풍력 터빈이 그렇게 느린 속도로 전기를 생산할 수 있을까?

할 수 있다 풍력 터빈 그렇게 느린 속도로 전기를 생산할 수 있다니요? 풍력 에너지는 재생 가능하고 깨끗한 에너지원입니다. 인간의 에너지 수요가 지속적으로 증가함에 따라 인간은 점차 풍력 에너지의 활용을 늘리고 있습니다. 풍력 터빈은 종종 광활한 초원, 산비탈, 심지어 바다 표면에도 나타나지만, 회전하는 터빈에는 그런 문제가 있을 수 있다는 것을 알 수 있습니다. 풍력 터빈의 날개는 왜 그렇게 느리게 회전할까요? 이걸로 전기를 생산할 수 있을까요?

풍력 터빈의 속도를 우리가 보는 대로 조정하는 것은 실제로 여러 요인의 조합입니다.

풍력 터빈 날개는 질량이 크고 회전시키려면 많은 노력이 필요합니다.

많은 사람들은 풍력 터빈이 크지 않은 작은 풍차와 같다고 생각합니다. 특히 멀리서 큰 풍력 터빈을 보면 더욱 그렇습니다. 우리는 이런 느낌을 받지만, 사실 풍력 터빈은 거대한 기계라고 불릴 수 있습니다. 풍력 터빈의 날개는 길이가 최대 60m에 이릅니다. 중형 여객기의 날개폭은 약 30m이고, 일반적인 대형 여객기의 날개폭은 겨우 60m에 불과한 것으로 알려져 있습니다. 이렇게 큰 칼날은 고강도, 저밀도 소재를 사용하지만, 그 질량은 보통 10톤이 넘습니다. 이런 고품질의 칼날 3개는 원래 회전하기 어렵습니다.

어떤 사람들은 그렇게 생각할 수도 있다. 이렇게 큰 팬은 돌리기가 어려우니, 왜 더 작게 만들지 않을까요? 이는 발전기의 바람이 부는 쪽 면적과 관련이 있습니다. 날개가 너무 작으면 바람이 부는 쪽의 면적이 자연스럽게 너무 작아지고, 날개에 부는 바람이 점점 약해지며, 단일 발전기에서 생산되는 전기량도 점점 줄어듭니다. 발전기 수가 늘어나면 이를 보상할 수 있을까요? 사실, 발전기 수의 증가는 건설 비용도 증가시킵니다. 일반적으로 동일한 전원을 사용하더라도 소형 날개 발전기의 비용은 더 높습니다. 하지만 팬은 너무 크면 안 됩니다. 한편으로는 재료에 제약이 있고, 다른 한편으로는 설치가 더 어려울 것입니다. 우리는 포괄적인 고려 끝에 다양한 크기의 팬을 사용해 왔습니다.

회전 속도가 높다는 것은 반드시 발전량이 높다는 것을 의미하지는 않습니다.

풍력 터빈의 날개가 회전하면 거대한 내부 기어가 함께 회전하고, 큰 기어가 작은 기어를 구동하면 회전 속도도 크게 변합니다. 이 구조는 가장 익숙한 방식, 즉 기어박스에 해당하는 방식으로 표현됩니다. 우리는 날개가 천천히 회전하는 것을 볼 수 있지만, 실제로 팬은 기어박스를 통해 발전기를 고속으로 회전시킵니다.

물론 풍력 터빈의 발전은 속도뿐만 아니라 토크와도 관련이 있습니다. 전력은 토크 속도 K이며 상수입니다. 속도가 낮을 때 토크를 높이면 출력도 높아질 수 있습니다. 따라서 풍력 터빈의 수명을 연장하기 위해서는 일반적으로 날개를 너무 빠르게 회전시키지 않습니다. 풍력 터빈의 날개는 거대하고 고속 회전의 원심력도 크기 때문입니다. 장기간 고강도 원심 운동은 블레이드의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각한 손상이 직접적으로 발생할 수도 있습니다. 따라서 풍력 터빈이 강풍을 만나면 보호 모드를 켜고 발전량을 중단하여 팬을 보호합니다.

과도한 속도는 발전 효율에 영향을 미칠 수도 있습니다.

사실, 선풍기 날개가 회전하면 바람의 흐름도 방해받게 됩니다. 속도가 빠를수록 장애물은 강해집니다. 특정 값에 도달하면 풍력 에너지 이용률도 감소하기 시작합니다. 여러분의 이해의 편의를 위해, 두 가지 극단적인 예를 상상해 보겠습니다. 팬 속도가 무한대에 가까워지면, 날개의 회전은 공기 흐름을 막는 밀폐판을 직접 형성하는 것과 같습니다. 이 시점에서 바람은 방향을 바꿔야 하므로, 당연히 이 풍력 에너지를 잘 활용하는 것은 불가능합니다. 이 시점에서 풍력 에너지의 이용률은 0과 같습니다. 또 다른 시나리오는 팬 속도가 바로 0인 경우입니다. 현재까지 풍력 에너지는 전혀 활용되지 않았습니다. 풍력에너지 이용률이 가장 높은 속도는 0속도와 무한속도의 범위 내에 존재한다. 이 속도는 여러 가지 요인과 관련이 있습니다. 우리는 여기서 많은 내용을 논의했습니다. 따라서 우리가 보는 팬 속도는 이론적인 최적 속도와 크게 다르지 않습니다. 최적의 속도로 조정함으로써 풍력 에너지 이용률도 이때 가장 높아집니다.

요약하다

따라서 풍력 터빈은 느리게 보이지만, 실제 터빈 본체는 효율적으로 전기를 생산합니다. 겉보기에 간단한 팬 발전기이지만, 실제로는 설계 초기부터 팬 발전의 효율성에 영향을 미치는 다양한 요소가 고려되었습니다. 간단한 현상 뒤에는 복잡하고 엄격한 과학적 진실이 존재합니다.