풍력 터빈의 기본 구조

풍력 터빈의 주요 부품

풍력 터빈의 타워

타워는 풍력 터빈의 매우 중요한 부분으로, 다른 모든 부품을 지지합니다. 이는 터빈뿐만 아니라 충분한 높이로 터빈을 올려 회전 시에 날개 끝이 안전한 높이에 있도록 합니다. 또한, 강한 바람을 받기 위해 타워의 높이를 유지해야 합니다. 타워의 높이는 풍력 터빈의 발전 용량에 따라 달라집니다. 상업용 풍력 발전소의 터빈 타워는 일반적으로 40미터에서 100미터 사이입니다. 이러한 타워는 관형 철제 타워, 격자형 타워, 또는 콘크리트 타워일 수 있습니다. 대형 풍력 터빈에는 관형 철제 타워가 사용되며, 보통 30~40미터 길이의 섹션으로 제조됩니다.각 섹션은 구멍이 있는 플랜지가 있으며, 현장에서 너트와 볼트로 연결하여 완전한 타워를 형성합니다. 완성된 타워는 기계적 안정성을 제공하기 위해 약간 원뿔형태입니다. 격자형 타워는 다양한 철강 또는 GI 각도 또는 튜브로 조립되며, 모든 구성 요소는 볼트나 용접으로 결합되어 원하는 높이의 완전한 타워를 형성합니다. 이러한 타워의 비용은 철관 타워보다 훨씬 적지만, 미적으로 철관 타워만큼 좋지 않습니다. 운송, 조립, 유지보수가 쉽지만, 현대적인 풍력 터빈 발전소에서는 미적인 이유로 격자형 타워의 사용이 피됩니다. 작은 풍력 터빈에 사용되는 또 다른 타입의 타워는 가이드 폴 타워입니다. 가이드 폴 타워는 여러 방향에서 가이드 와이어로 지지되는 단일 수직 폴입니다. 많은 가이드 와이어 때문에 타워의 기초 접근이 어려우므로, 농경지에서는 이러한 타워를 피합니다.

작은 발전소에 사용되는 또 다른 종류의 풍력 터빈 타워는 하이브리드 타워입니다. 하이브리드 타워는 가이드 타워의 일종이지만, 중앙에 단일 폴 대신 얇고 높은 격자형 타워를 사용한다는 점이 다릅니다. 하이브리드 타워는 격자형 타워와 가이드 타워의 혼합체입니다.

풍력 터빈의 나셀

나셀은 타워 위에 위치하며, 모든 풍력 터빈의 구성 요소를 수용하는 큰 박스 또는 키오스크입니다. 전기 발생기, 전력 변환기, 기어박스, 터빈 컨트롤러, 케이블, 야우 드라이브 등을 수용합니다.

풍력 터빈의 로터 날개

날개는 풍력 터빈의 주요 기계 부품입니다. 날개는 바람 에너지를 사용 가능한 기계 에너지로 변환합니다. 바람이 날개에 부딪히면, 날개가 회전합니다. 이 회전은 그 기계 에너지를 샤프트로 전달합니다. 우리는 날개를 비행기 날개처럼 설계합니다. 풍력 터빈의 날개는 40미터에서 90미터까지 길 수 있습니다. 날개는 강한 바람, 심지어 폭풍 속에서도 기계적으로 충분히 견딜 수 있어야 합니다. 동시에, 날개는 부드럽게 회전하도록 가능한 한 가볍게 만들어야 합니다. 이를 위해 합성 강화재료 위에 유리섬유와 탄소 섬유층으로 날개를 제작합니다.

현대적인 터빈에서는 일반적으로 세 개의 동일한 날개가 중앙 허브에 너트와 볼트로 장착됩니다. 각 동일한 날개는 서로 120o로 정렬됩니다. 이 과정은 질량 분포를 더 잘 하고 시스템에 더 부드러운 회전을 제공합니다.

풍력 터빈의 샤프트

허브와 직접 연결된 샤프트는 저속 샤프트입니다. 날개가 회전할 때, 이 샤프트는 회전하는 허브와 같은 rpm으로 회전합니다. 저속 발생기에 경우에는 이 샤프트를 직접 전기 발생기에 연결합니다. 그러나 대부분의 경우, 저속 메인 샤프트는 기어박스를 통해 고속 샤프트와 연결됩니다. 이렇게 함으로써, 로터 날개는 그 기계 에너지를 샤프트로 전달하고, 결국 전기 발생기에 들어갑니다.

기어박스

풍력 터빈은 고속으로 회전하지 않고, 느린 속도로 회전합니다. 그러나 대부분의 전기 발생기는 고속 회전이 필요합니다. 따라서, 발생기 샤프트의 고속 회전을 달성하기 위한 속도 증폭 장치가 필요합니다. 풍력 터빈의 기어박스가 이를 수행합니다. 기어박스는 속도를 훨씬 높은 값으로 증가시킵니다. 예를 들어, 기어박스 비율이 1:80이고 저속 메인 샤프트의 rpm이 15라면, 기어박스는 발생기 샤프트의 속도를 15 × 80 = 1200 rpm로 증가시킵니다.

발생기

발생기는 샤프트로부터 받은 기계 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전기 장치입니다. 현대적인 풍력 터빈에서는 일반적으로 유도 발생기를 사용합니다. 이전에는 동기 발생기가 이 목적으로 많이 사용되었습니다. 일부 풍력 터빈에서는 영구 자석 DC 발생기도 사용됩니다. 기어박스 조립물을 사용하면 샤프트의 속도를 높일 수 있지만, 샤프트의 속도를 일정하게 만들 수는 없습니다. 샤프트의 속도는 바람의 속도에 따라 변동할 수 있으므로, 로터의 속도도 변동합니다. 이러한 변동은 생성된 전기 전력의 주파수와 전압에 영향을 미칩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 일반적으로 유도 발생기를 사용합니다.

유도 발생기는 항상 로터의 속도와 무관하게 연결된 그리드에 동기화된 전기 전력을 생성합니다. 3상 동기 발생기를 사용하는 경우, 먼저 출력 전력을 DC로 직류화한 다음, 인버터 회로를 사용하여 원하는 전압과 주파수의 AC로 변환합니다. 동기 발생기가 생성하는 교류 전력은 전압과 주파수가 일정하지 않고, 로터의 속도에 따라 변동하기 때문입니다. 같은 이유로, 일부 경우에는 DC 발생기를 사용합니다. 이러한 경우, 발생기로부터 출력된 DC 전력은 그리드로 공급하기 전에 원하는 전압과 주파수의 AC로 역변환됩니다.

전력 변환기

바람이 항상 일정하지 않으므로, 발생기에서 생성된 전기 전위는 일정하지 않습니다. 그러나 그리드에 공급하기 위해서는 매우 안정적인 전압이 필요합니다. 전력 변환기는 그리드로 전송되는 교류 출력 전압을 안정화하는 전기 장치입니다.

터빈 컨트롤