궁금한 이야기 주제는 풍력 발전의 개요와 장점과 단점 입니다. 신 재생 에너지의 대표주자인 태양광 에너지와 풍력 에너지는 지열, 조수간만의 차를 이용한 발전소와 더불어 자연 발생 에너지의 대표 주자입니다. 이러한 친 환경적인 녹색 에너지의 기술집약적 발전과 효율성의 향상은 오늘날 우리의 생활을 보다 윤택하게 해주는 기술이 되었습니다.
바람은 우리 눈에는 보이지 않는 유체의 흐름입니다. 하지만 느낄수 있습니다. 이유는 공기라는 비 응축성 GAS가 유속에 편승해서 우리 주위를 끊임없이 돌고 있습니다. 이를 바람이라고 말 할수 있습니다. 모든 유체의 특성과 마찬가지로 바람 또한 압력이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동합니다. 이러한 이유는 태양광과 연관성이 있습니다. 태양은 일정하지 않게 지표면에 열 에너지를 방사하고 이로 인해서 지구 표면이 가열되어 온도가 상승하게 되면 차가운 공기가 유입되는 형태로 끊임없이 바람이 만들어지게 됩니다. 이렇게 만들어진 에너지가 바로 운동에너지(Kinetic Energy) 입니다.
바람을 동력원으로 사용하게 된 인류의 역사는 적어도 5,500년 전으로 돌아갑니다. 바람은 가장 쉽게 사용할 수 있는 동력원의 하나로 써 풍차를 사용한 방앗간을 예로 들 수 있습니다. 1887년에는 영국에서 최초로 바람을 이용한 연구를 실시 했으며 20세기에 들어서면서 바람을 발전기로 사용한 최초의 터빈이 개발되게 되었습니다. 오늘날에는 그 수요가 점차적으로 상승 곡선을 타고 있으며 선진국을 중심으로 점차적으로 저변이 확대되고 있습니다.
우리나라도 마찬가지로 풍력발전의 발전 공급을 점차적으로 늘려나가고 있는 추세입니다. 바닷가를 중심으로 풍력발전기가 설치되어 있는 모습을 이제는 쉽게 찾아 볼 수 있게 되었습니다.
풍력 발전기는 크게 3가지의 주요 부품으로 나뉘어 집니다.
날개 (Blades) : 기본적으로 날개는 선박의 돛에서 설계를 착안하였습니다. 바람이라는 운동에너지에 저항을 가하고 저항으로 생긴 힘으로 로터를 회전시키게 됩니다.
축 (Shaft) : 축은 날개와 연결되어 있는 로터와 연결이 되어있으며 날개를 통해 얻은 운동에너지로 로터를 회전시키고 이는 다시 축을 통해 발전기로 전달되게 됩니다.
발전기 (Generator) : 축을 통해 전달된 풍력 에너지로 발전기를 돌려서 에너지를 생산하게 됩니다. 발전기는 간단한 장치로서 전자유도 방식을 통해 전기를 생산하게 됩니다.
따라서 풍력을 통해 얻어진 Kinetic Energy는 날개를 통해 로터와 축으로 전달되고 최종적으로 발전기를 구동시켜서 전기를 얻어내게 되는 것 입니다.
B. 풍력발전의 순서
Wind power generator scheme
STEP. 1
1번의 블레이드가 풍력의 운동 에너지를 수집해서 날개를 회전시키고 이를 통해 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 생성합니다.
STEP. 2
2번의 블레이드는 나셀이라고 호칭하는 풍력발전기 연결부위에 부착되어 있습니다. 블레이드의 크기가 클수록 얻는 풍력 에너지 또한 비례적으로 증가합니다.
STEP. 3
3번의 나셀안에는 기어박스와 발전기가 포함되어 있습니다. 블레이드를 통해 수집된 풍력 에너지는 기어박스를 통해 발전기를 회전시키고 이를 통해 전기를 생산합니다.
STEP. 4
4번은 타워(:Tower)는 블레이트와 나셀을 지지하는 Support 역할을 수행하며 안에는 전기를 이송하는 케이블이 있습니다. 나셀에서 생산된 전기는 타워의 전력 케이블을 통해 변압기(Transformer)로 이동합니다.
STEP. 5
5번의 변압기(Transformer) 이동된 전기는 소비자에게 이동할 수 있습니다.
STEP. 6
풍력발전기를 통해 생성된 전기 에너지는 송전탑과 같은 전력망을 통해 지정한 장소로 이동됩니다.
C. 풍력 발전의 장점 과 단점
장점
● 효과적인 비용 : 천연 자원을 소비하는 것이 아닌 바람을 사용하므로 비용은 무료 입니다. 또한 현대 기술의 발달로 인해 효율적으로 바람을 캡쳐할 수 있습니다.
● 바람을 사용한 에너지의 발생으로 인한 환경오염이 없습니다. 또한 지역 환경에 미치는 영향이 미미 합니다. 일반적인 형태의 발전소에서 발생하는 오염원이나 이산화 탄소 메탄 같은 온실 가스를 발생하지 않습니다.
● 바람 에너지는 무한으로 사용할 수 있습니다.
● 풍력 터빈은 유지 보수가 거의 필요 없습니다.
● 높은 공간에 설치되기 때문에 아래의 공간에서는 농업등의 형태로 활용할 수 있습니다. 따라서 공간적으로 많은 면적을 차지하지 않습니다.
● 화력 발전과 같은 형태의 주요 전력시설이 공급되지 않은 일부 지역에 풍력 발전기를 설치하여 자력으로 전기를 만들어 내서 전력을 자급할 수 있습니다.
단점
● 환경적인 부분에 따라서 차이는 있으나 때로 새가 로터 블레이트로 날아와 죽습니다.
● 블레이드를 회전시키면 소음이 발생합니다. 자동차가 주행할 때와 같은 소음이 발생합니다. 이는 풍력 발전기의 크기에 따라 비례적으로 상승합니다. 풍력 발전에서 발생하는 소음의 주된 원인은 블레이드와 기어박스와 같은 기계요소에서 발생하는 소음 2가지로 분류 합니다.
● 바람이라는 것은 예측할 수 없으며 항상 이용할 수 있는 것이 아닙니다. 또한 풍력은 제로에서 폭풍에 이르기 까지 예측할 수가 없습니다. 이는 결과적으로 항상 일정하게 전기를 생산할 수 없다는 것을 의미합니다.
● 시각적인 영향, 풍력 발전은 화력 발전, 원자력의 구조물에 비해 시각적인 영향이 상대적을 적지만 인근 지역에서 거주하거나 근접해 있는 상황에서 거부감을 줄 수 있습니다.
● 그림자 발생, 풍력 발전기의 블레이드가 회전하면서 깜빡 깜빡 거리는 형태로 그림자를 발생시킵니다. 이는 때때로 이슈가 될 수 있습니다.
맺음말
풍력발전의 개요와 장점 단점을 살펴 보았습니다. 풍력 에너지를 현실화 하기 위한 과학의 발전은 20 세기에 들어서 첫 발을 내 딛었지만 그 발전 속도와 확장세는 녹색에너지의 대표주자라고 하기에 손색이 없을 정도로 나날이 성장하고 있습니다. 풍력 에너지의 장점 단점을 살펴 보았지만 특별히 눈에 띄게 좋거나 나쁜 점을 발견할 수 없었습니다.
이상 궁금한 이야기였습니다.
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