바람을 전기로 변환하거나: 이중으로

인류는 수세기 동안 바람으로부터 에너지를 수확해 왔습니다. 이러한 관행은 적어도 풍차에 대한 최초의 역사적 기록이 나온 8세기 페르시아까지 거슬러 올라가지만, 아마도 그보다 훨씬 더 이전으로 확장될 가능성이 높습니다. 곡물 생산, 물 양수, 목재 톱질, 직물 생산 등의 작업에 풍력 에너지를 직접 사용했던 광대한 역사에 비하면, 전기 생산은 여전히 ​​상대적으로 새로운 분야입니다. 그럼에도 불구하고, 바람을 이용해 전기를 생산하는 몇 가지 흥미로운 방법이 있습니다. 순간순간 예측할 수 없는 바람의 특성으로 인해 이를 사용하여 전력망으로 연결된 대형 발전기를 돌리는 것은 생각만큼 간단하지 않습니다. 네 가지 유형의 풍력 터빈 구성을 살펴보고 각각이 풍속의 급격한 변화를 어떻게 처리하는지 살펴보겠습니다.

그러나 첫째, 특정 지역에서 1년 이상의 바람 패턴이 잘 알려져 있으며 풍력 발전 단지 설계에 사용된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 더욱이, 하루나 일주일과 같은 더 짧은 기간의 풍속 예측은 해당 기간의 전력 생산 능력을 매우 근접하게 추정할 수 있을 만큼 충분히 정확합니다. 항상 불지는 않습니다. 꽤 대조적 인 것; 평균 풍속에 대한 매우 정확한 예측은 지난 수십 년 동안 얼마나 좋은 일기 예보가 이루어졌기 때문에 몇 시간, 며칠 전에 미리 가능하며, 화석 연료 발전소와 같은 발전기는 더 많은 경고와 함께 더 많은 풍력 발전이 가능해짐에 따라 생산을 축소할 수 있습니다.

장단기 바람 예측이 매우 강력함에도 불구하고 돌풍은 처리하기가 훨씬 더 어렵고 모든 풍력 터빈에 있어 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 돌풍이 발생할 때 터빈이 단순히 기계적 브레이크를 적용하여 회전 속도를 늦춘다고 생각하기 쉽지만, 대형 터빈의 경우 이는 일반적으로 경제적으로 실행 가능한 솔루션이 아닙니다. 이는 지속적인 브레이크 작동으로 인해 발생하는 터빈의 기계적 스트레스는 말할 것도 없고 브레이크 패드를 지속적으로 교체하기 위해 기술자를 파견하는 것을 의미합니다. 터빈의 이상적인 설계 회전 속도에 최대한 가깝게 유지하기 위해 블레이드(또는 블레이드 팁만)를 바람 안팎으로 돌릴 수 있는 공기역학적 브레이크라고도 알려진 블레이드 피치 시스템도 있지만, 이러한 피치 시스템은 일부 돌풍에는 시스템이 여전히 너무 느립니다.

하지만 기계식 브레이크는 필요합니다. 일반적으로 기술자가 물리적 위험에 처한 비상 정지 중에만 사용됩니다. 블레이드 피치 시스템이 고장난 경우 심각한 과속 이벤트를 중지하기 위한 최후의 수단으로 사용하거나 특정 유지 관리 프로세스가 끝난 후 터빈 로터를 일시적으로 "파킹"하는 경우에만 사용됩니다. 공기역학적 브레이크가 적용되었습니다. 발전기 또는 기어박스 교체를 기다리는 터빈과 같은 오프라인 터빈도 장기간 브레이크를 사용하지 못할 수 있습니다. 블레이드가 바람에서 튀어나온 터빈은 강풍 속에서도 위험 없이 오랫동안 "바람개비"를 할 수 있기 때문입니다.

터빈 회전을 완전히 정지해야 하는 유지 관리 작업의 경우에도 일반적으로 로터 잠금 메커니즘을 설치할 만큼만 사용됩니다. 작동 중 회전 속도를 제어하기 위해 이러한 브레이크를 사용하는 대신, 낭비되는 에너지 양을 줄이고 브레이크 시스템에서 수행해야 하는 유지 관리 양을 줄이는 돌풍 문제에 대한 훨씬 더 영리한 전기 솔루션이 발견되었습니다. , 때로는 돌풍 자체에서 에너지를 수확할 수도 있습니다. 첫 번째 해결책은 매우 간단합니다.

고정 속도 터빈이라고도 하는 유형 1 풍력 터빈은 실제로 풍속의 단기적이고 일시적인 변화를 처리하는 데 크게 관심을 두지 않습니다. 유도 발전기의 고유한 특성을 사용하면 이 문제가 쉽게 해결됩니다. 이 구성에서 발전기의 출력은 그리드에 직접 연결되며 그리드의 관성은 대부분 올바른 회전 속도를 유지합니다. 돌풍이 발생하면 발전기는 동기 속도를 약간 넘어서 "미끄러지고" 돌풍을 흡수한 후 다시 정상 상태로 복구됩니다. 돌풍이 너무 심할 경우, 이 범주의 터빈은 초과 에너지를 저항기 뱅크 또는 동등한 장치에 쏟아 붓는 전기 "브레이크"를 사용하여 터빈을 약간 느리게 할 수도 있습니다.