풍력 발전 선택 가이드: 가장 적합한 발전기를 선택하는 방법은?
풍력 발전의 핵심은 바람 에너지를 효율적이고 안정적으로 전기 에너지로 변환하는 것이며, 발전기의 선택은 시스템 성능과 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 현재 주류를 이루는 풍력 터빈 유형에는 비동기 발전기, 이중 공급 유도 발전기, 영구 자석 동기 발전기가 있으며, 각각 장단점이 있어 적용 시나리오에 맞게 조정해야 합니다.
1. 비동기 생성기: 저렴한 초보자 선택
원리: 전자기 유도를 통해 전기를 생성하므로 회전자 속도가 동기 속도보다 약간 빠르며 무효 전력은 전력망에서 흡수해야 합니다.
장점:
구조가 간단합니다. 브러시리스 및 슬립 링으로 유지 보수 비용이 낮고 혹독한 환경에 적합합니다.
저렴한 가격: 성숙한 기술, 낮은 초기 투자 비용.
단점:
효율성은 평균적입니다. 여기 손실로 인해 효율성은 약 85%-90%입니다.
무효 전력 보상이 필요합니다. 추가적인 커패시터나 보상 장치를 구성해야 하며, 그렇지 않으면 그리드 전압에 영향을 미칩니다.
적용 가능한 시나리오: 중소 규모 풍력 발전 시스템, 그리드 안정성이 높은 지역(예: 농촌 분산형 풍력 발전)
2. 이중 공급 유도 발전기(DFIG): 효율과 비용의 균형
원리: 고정자는 전력망에 직접 연결되고, 회전자는 인버터를 통해 전력망에 연결되어 가변 속도 일정 주파수 작동을 구현합니다.
장점:
가변속도 운전: 3~25m/s의 풍속 범위 내에서 효율적으로 전력을 생산할 수 있어 풍력 에너지 활용 범위를 확대합니다.
부분 전력 변환: 회전자 측 전력의 25%-30%만 처리하면 되며, 변환기 비용이 낮습니다.
무효전력 지원: 인버터를 통해 무효전력 보상을 제공하여 그리드 안정성을 개선합니다.
단점:
구조가 복잡하여 기어박스와 슬립링이 필요하며 기계적 고장률이 높습니다.
적용 가능한 시나리오: 대규모 육상 풍력 발전소, 풍속 변동이 심한 지역(산악 지역, 해안 지역 등)
3. 영구자석 동기발전기(PMSG): 효율적이고 유지관리가 용이한 미래
원리: 영구 자석을 사용하여 자기장을 생성하므로 외부 자극이 필요 없어 효율이 높아집니다.
장점:
높은 효율: 여자 손실이 없고, 효율은 95% 이상에 도달할 수 있으며, 특히 저풍속 지역에 적합합니다.
컴팩트한 구조: 전기 브러시와 슬립링을 생략하여 고장률이 낮고, 유지보수 비용이 30% 이상 절감됩니다.
직접 구동의 장점: 블레이드에 직접 연결(기어박스 없음)되어 소음을 10~15데시벨까지 줄일 수 있습니다.
단점:
비용이 많이 듭니다. 영구자석 소재(네오디뮴 철 붕소 등)의 가격은 변동이 심하고 초기 투자 비용이 높습니다.
적용 가능한 시나리오: 해상 풍력 발전, 풍속이 낮은 내륙 지역, 소음에 민감한 환경(주거 지역 근처 등)
4、어떻게 선택해야 할까요? 핵심은 이 세 가지에 집중하는 것입니다
풍속 조건:
저풍속대(연평균풍속)<6m/s): 효율이 더 높은 영구 자석 동기 발전기를 선택하세요.
강풍속 구역: 이중 공급 발전기 또는 비동기 발전기(비용이 낮음).
그리드 요구 사항:
약한 전류 네트워크에는 무효 전력 지원이 필요할 수 있습니다: 이중 전원 발전기(유연한 역률 조정 가능).
강력한 전력망: 비동기식과 영구자석 동기식 발전기가 모두 적합합니다.
비용 및 유지 관리:
초기 예산이 제한적임: 비동기 발전기(가격이 20~30% 낮음).
장기 운영 및 유지 보수 민감성: 영구 자석 동기 발전기(10년 동안 유지 보수 비용 40% 절감).
5. 추세: 직접구동 영구자석 동기발전기가 주류로 부상
기술의 발전으로 기어박스가 없는 직접 구동 영구 자석 동기 발전기가 해상 풍력 발전과 저풍속 지역에서 선호되는 선택이 되고 있습니다. 그 장점은 다음과 같습니다.:
신뢰성 향상: 기계적 고장 지점을 50% 줄이고 수명을 25년 이상으로 연장합니다.
효율성 최적화: 전체 전력 변환기는 전력망 고장 극복(LVRT)을 달성하고 약한 전력망에 적응합니다.
환경적 적응성: 소음이 적고, 유류 오염이 없으며, 해양 생태 보호 요구에 적합합니다.
사례
덴마크 Vestas V236-15.0 MW 해상 풍력 터빈: 직접 구동 영구 자석 기술을 사용하여 단위당 연간 발전량이 80GWh가 넘습니다.
중국 골드윈드 테크놀로지 GW82-1.8MW 육상 풍력 터빈: 영구 자석 직접 구동 설계, 풍속 3m/s에서 발전을 시작할 수 있습니다.
결론
풍력 터빈을 선택할 때는 효율성, 비용, 신뢰성 간의 균형을 맞춰야 합니다. 대부분의 프로젝트의 경우:
육상 풍력 발전: 이중 공급 발전기(성능과 가격의 균형).
해상풍력 발전: 직접 구동 영구자석 동기발전기(높은 신뢰성, 낮은 유지 보수 비용).
분산형 풍력 발전: 비동기 발전기(저비용) 또는 영구 자석 동기 발전기(고효율).
영구자석 소재의 비용이 감소하고 직접 구동 기술이 성숙함에 따라 앞으로 풍력 발전은 더욱 효율적이고 조용하며 지속 가능해질 것입니다.
