풍차와 풍력발전기

풍차와 풍력발전기

바람이 불면 풍차와 풍력 발전기의 날개가 움직입니다. 이 날개 달린 기계는 1,000년 넘게 사용되어 왔으며, 최초의 풍차는 서기 800년 경 페르시아에서 사용하였습니다. 풍차(windmill)은 이름처럼 바람에 의해 움직입니다. 풍차의 날개 또는 블레이드가 회전하면 중앙 샤프트가 회전하여 멧돌을 작동시켰고, 밀가루 또는 곡물 제품을 생산하는데 사용되었습니다. 또, 멧돌 대신 도시와 주택에 물을 공급하는 펌프 역할을 하기도 했습니다. 전기 생산을 위해 만들어진 최초의 풍력 발전 터빈은 1888년 발명가인 Charles Brush가 오하이오에 있는 자신의 저택에 전기를 생산하기 위해 만들었습니다.

 

목차

풍차의 원리

풍력 발전기의 원리

 

풍차의 원리

풍차는 지면 근처의 기류를 이용해야 합니다 일반적으로 바람의 흐름은 대기의 높은 곳보다 낮은 곳이 약하기 때문에 풍차는 가능한 한 많은 바람을 받기 위해 더 큰 날개를 가져야 했습니다.

풍차는 800년경부터 존재해 왔지만 실제로는 1800년대 중반에 널리 인기를 끌었습니다. 1850년 이후 산업 혁명으로 인해 펌프와 공장에 전력을 공급하고 기타 에너지 수요를 충족시키기 위해 미국에만 600만 개 이상의 기계식 풍차가 설치되었습니다. 이러한 인기는 기계적 에너지 발생기로 풍차를 건설하는 것이 매우 단순하고 유용했기 때문이었습니다(날개가 달린 풍차를 세우는 것만으로도 무료인 에너지를 사용할 수 있기 때문).

 

풍차

날개(블레이드)의 회전을 통해 얻게되는 회전 에너지는 기어를 통해 기계를 구동하는 데 사용되거나 펌프에 사용하여 물을 공급하는 데 사용되었습니다. 풍차가 대중화됨에 따라 발전기도 개발 및 개선되었습니다. 바람이 불 때만 에너지를 사용할 수 있는 것이 아니라, 발전기를 사용하면 회전 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장할 수 있습니다.

 

 

 

풍력 발전기의 원리

더 강한 바람을 잡기 위해 풍력 발전기는 풍차보다 수십미터 더 높은 하늘에 도달합니다. 풍차와 동일하게 바람을 회전에너지로 전환하여 사용하지만 풍력 발전기 내부에는 블레이드와 직접 연결된 발전기가 있습니다. 발전기를 회전시키면 전류가 생성되며, 전력망에 직접 전기를 공급하거나 배터리에 충전됩니다.

 

풍력 발전기

보다 구체적으로, 풍력 발전기의 블레이드는 바람의 운동 에너지(운동에 의해 생성된 에너지)를 포착하여 회전 에너지로 변환합니다. 이 회전 에너지는 일련의 기어를 통해 공급되어 발전기의 속도를 높입니다. 일반적으로 시속 8 ~ 16km/h의 풍속에서 에너지를 생산하기 시작하고 96km/h 근처의 고속에서는 작동이 중단되도록 설계되어 있어, 오작동이나 자체 손상이 발생하지 않습니다.

풍력 발전기는 전기를 생산하지만 효율적이지는 않습니다. 풍력 발전 터빈의 최대 효율은 59%이며, 이를 Betz 한계라고 합니다. 바람의 모든 에너지를 활용할 수 없고 회전 에너지를 운동 에너지로 변환하는 손실이 발생하기 때문입니다. 그러나 청정에너지로써 풍력 발전기는 전 세계 에너지 중 5%를 차지할 만큼 규모가 확대되고 있습니다.