NASA 풍력 터빈

NASA wind turbines
NASA의 풍력 터빈 실험으로 같은 규모로 끌어당겼다.

1975년부터 NASA는 미국 에너지부와 내무부가 유가 [1]상승에 대응하여 전력용 유틸리티 규모의 풍력 터빈을 개발하는 프로그램을 운영하였다.세계에서 가장 큰 풍력 터빈이 이 선구적 프로그램에 따라 개발 및 테스트되었습니다.이 프로그램은 당시 풍력 터빈 발전기의 최신 기술 수준을 훨씬 뛰어넘기 위한 시도였으며, 이후 풍력 터빈 산업에 채택된 많은 기술을 개발했습니다.그러나 1980년대 경쟁 에너지 가격의 현저한 하락으로 인해 상업 산업의 발전은 지연되었다.

프로그램 기원

1974년, 1973년 석유 위기 이후 유가 상승에 부분적으로 대응하여, 에너지 연구 개발국(ERDA)은 Louis Divone의 지시로 유틸리티 규모의 풍력 터빈에 대한 연구 자금을 지원할 부서를 임명했다.NASA는 오하이오 샌더스키에 위치한 루이스 연구센터(현 글렌 연구센터)를 통해 제너럴 일렉트릭, 웨스팅하우스, 유나이티드 테크놀로지스, 보잉과 같은 대형 건설업체로부터 개발 조정 임무를 부여받았다.

1975년 NASA는 미국 국립과학재단과 ERDA의 자금 지원을 받아 오하이오 주 샌더스키에서 첫 시제품 풍력 터빈인 100kW Mod-0을 설계하고 제작했습니다.Mod-0은 오스트리아 울리히 휘터(Ulrich Hütter)[2]가 만든 경량 2블레이드 연구 터빈을 본떠 만들었다.유연한 회전자 허브 또는 비틀림형 회전자 허브가 있는 두 개의 날개 풍력 터빈은 NASA가 주도하는 프로그램의 특징이었다.NASA와 그 도급업자들은 두 개의 블레이드가 세 개의 블레이드와 본질적으로 동등한 에너지를 생산할 수 있다는 것을 알아냈지만, 블레이드의 비용과 무게를 줄일 수 있었다.2-블레이드 로터는 동급 3-블레이드 로터보다 회전 속도가 빠르기 때문에 기어박스의 비율이 줄어듭니다.로터의 유연성은 구동 트레인으로의 굽힘 부하 전달을 최소화합니다. NASA 풍력 터빈 중 변속 장치 고장이 발생하지 않았으며, 이는 오늘날 사용 중인 강성 로터 시스템에 종종 문제가 됩니다.

NASA 프로그램은 기술 회의를 개최하여 국제적인 파트너들을 초대했습니다.NASA는 1977년에서 1979년 사이에 덴마크제 3블레이드 게더 풍력 터빈의 정비와 운영을 도왔기 때문에 더 큰 유닛의 모델로서 작동과 특성을 연구할 수 있었다.요하네스 쥬울이 설계한 1957년형 유닛은 11년 동안 200kW의 전력을 생산했으며, 내부 가이 와이어로 부분적으로 지지되는 격자 타워와 블레이드가 있는 3블레이드 역풍 로터를 사용했다.이러한 노력을 통해 공기역학, 전기적 및 기계적 특성에 대한 연구 데이터가 생성됩니다.이러한 노력의 중요한 결과는 업계에서 수동적 전력 [3]제어를 위해 사용하는 엔지니어링 설계 모델의 개발이었습니다.

더 큰 풍력 터빈 유닛은 규모의 경제를 실현합니다.NASA의 연구 및 프로토타입은 구조적 강도, 피로, 속도 제어 및 공기역학에서 상당한 스케일링 문제가 있음을 입증했습니다.1980년대에 대부분의 풍력 터빈은 25kW 정격의 소형 유닛이었다.NASA의 건설업자들이 수행한 연구에 따르면 [4]전력회사에 의한 전기 생산의 경제적 측면에서 약 1MW 또는 그 이상의 대규모 유닛이 필요할 것이라고 합니다.당시 사용되던 가장 큰 직경의 프로펠러 날개 세트는 46피트 밖에 되지 않는 헬리콥터용이었지만, 200~300피트 직경의 대형 날개 세트는 제작이 가능하고 에너지 비용을 [4][5]최소화할 것으로 예측되었다.

NASA/DOE/DOI 풍력 터빈
모델 정격 kW 스윕 직경(m) 묘사 주계약자 근속 연수 언급
MOD 0 100 38 풍향과 풍향의 2개의 블레이드 록히드 블레이드를 탑재한 NASA 설계 1975–1982 Sandusky에서만 프로토타입 사용
모드 0A 200 38 블레이드 2개, 바람 불어오는 곳 웨스팅하우스 1977–1984 현장 시험용으로 4대 설치
MOD 1 2000 61 블레이드 2개, 바람 불어오는 곳 제너럴 일렉트릭 1979–1981 하나는 하워드 노브에 설치되었다.2MW 출력을 달성한 세계 최초의 터빈.
MOD 2 2500 91 블레이드 2개, 역풍 보잉 1982–1988 구드노 힐스 근처에 풍력 발전소로 3개가 설치되었다.4호기와 5호기를 공공사업자에게 판매, 1988년 태평양 가스 및 전기 사업자가 철거
WTS 4 4000 79.2 블레이드 2개, 바람 불어오는 곳 유나이티드 테크놀로지스 1982–1994 와이오밍주 Medicine Bow에 설치된 터빈과 스웨덴의 소형 3MW WTS 3 버전
모드 5A 7300 121.5 블레이드 2개, 역풍 제너럴 일렉트릭 구축되지 않음
모드 5B 3200 97.5 블레이드 2개, 역풍 보잉 1987–1996 1대는 하와이 오아후에서 설치되었습니다.

MOD-0 및 MOD-0A

오하이오 주 샌더스키에 있는 NASA MOD-0 연구용 풍력 터빈

첫 번째 설계는 MOD-0으로 오하이오 주 샌더스키에 있는 루이스 연구 센터 근처에 건설되어 1975년 9월에 가동되었습니다.대규모 유닛에서 사용할 수 있는 많은 개념을 개발하기 위한 테스트 베드 역할을 했습니다.이 설계는 풍속 8m/s에서 전력 정격이 100kW인 동기식 발전기와 결합된 38m 직경의 풍속 2블레이드 로터를 가지고 있었다.증속기는 터빈의 40r/min을 증가시켜 1800r/min 발전기를 구동했다.기계의 출력은 로터 블레이드를 피칭하여 조절되었습니다.

최초의 MOD-0 블레이드는 알루미늄으로 록히드사가 만들었다.구조적인 문제는 블레이드의 뿌리 끝에서 거의 즉시 표면화되었습니다.이를 해결하기 위해 몇 가지 중요한 변경과 노력이 수행되었습니다.조사 결과, 복합 트러스 타워 구조물에 의한 바람의 현저한 차단으로 인해 예상외로 높은 순환 하중이 발생한 것으로 밝혀졌다.이로 인해 풍향 로터의 공기역학적 부하가 급격히 변화했습니다.이 막힘을 바로잡기 위해 [6]탑의 중앙에서 접근 계단을 없앴다.섬유 유리 복합 재료, 강철, 목재, 심지어 콘크리트를 평가하는 주요 블레이드 재료 프로그램이 시작되었습니다.NASA는 미시간주에 있는 Gougeon Brothers, Inc.에 접근하여 그들의 보트 재료 기술을 풍력 터빈에 적용했습니다.그 결과 목재와 컴포지트 블레이드가 Mod-0(이후 Mod-0A)의 알루미늄 블레이드를 대체하여 블레이드의 뿌리 구조적인 문제를 없앴습니다.Gougeon Brothers는 전 세계에서 판매되며 풍력 터빈 산업에 그들의 제품을 성공적으로 상용화했다.

타워의 로터 블레이드를 바람을 거슬러 짧은 작동, 터빈 로터를 위한 단일 블레이드를 시험하는 등 많은 실험이 MOD-0으로 수행되었습니다.업계 전체에서 3.2 MW Mod-5B 이후를 사용하기 전에 최초의 가변 속도 발전기를 테스트했습니다.Mod-0은 또한 최초의 강철 쉘 타워를 테스트하는 데 사용되었는데, 지금은 지배적인 타워 설계이다.설계상의 과제는 시동 시 부드러운 구조의 공명을 안전하게 통과하면서 타워에서 무게와 비용을 줄이는 것이었습니다.

시제품 MOD-0에 대한 운영 경험은 MOD-0A로 명명된 여러 시연 장치를 제작하기 위한 기초를 제공했다.이는 동일한 로터 크기를 가진 프로토타입과 유사하지만 약간 더 높은 풍속에서의 정격 200 kW입니다.웨스팅하우스는 전체 공사를 책임지는 주요 건설업자로 임명되었다.1977년 클레이튼 뉴멕시코, 1978년 푸에르토리코 쿨레브라, 1979년 로드아일랜드 블록아일랜드, 1980년 하와이 카하쿠 포인트에 각각 설치됐다.

MOD-1

North Carolina Boone에 있는 NASA/GE MOD-1 풍력 터빈은 2MW를 생산하는 세계 최초의 터빈이었다.

NASA는 1978년 제너럴 일렉트릭과 MOD-0A를 10배 이상 전력으로 확장하기로 계약했다.Mod-1은 2메가와트를 생산하는 세계 최초의 풍력 터빈이었고 제너럴 일렉트릭의 첫 풍력 터빈이기도 했다.지상 46m의 허브 높이, 더 큰 회전자, 더 높은 풍속에서의 정격의 덴마크 da:Vindkraftvérket Tvindkraft는 용량이 2000kW였지만 Mod-1의 2MW 출력을 달성하지는 못했다.Mod-1의 디자인 무게 때문에 경쟁력 있는 상용 제품이 될 수 없었지만, 시제품은 노스캐롤라이나주 분 근처의 하워드 노브에 설치되고 작동되었습니다.1세대 Mod-0에 기반한 수 메가와트 크기로의 빠른 설계 사이클은 기술적 및 운영상의 문제를 야기했습니다.바람을 차단하는 무거운 트러스 타워에서 풍향 로터까지의 저주파 소음은 근처에 위치한 주택에 문제를 일으켰다.연방 프로그램 자금의 추가 감축 압력으로, 터빈은 1983년에 해체되었다.

MOD-2

1981년 동안 Goodnoe Hills에서 위에 표시된 3개의 MOD-2 풍력 터빈은 총 7.5 메가와트의 발전 용량을 가지고 있었다.

1977년 보잉은 미국 내 여러 2.5메가와트 풍력 터빈 모델의 설계, 제작, 건설, 설치 및 테스트를 위한 NASA와 US-DOE 계약을 따냈다.최초의 4개의 MOD-2 모델은 1980년대 초에 운용되기 시작했다.최초의 3개의 터빈의 기공식은 1980년 4월 11일 워싱턴의 Goodnoe Hills에서 건설 [7]개시를 기념하여 개최되었습니다.첫 번째 터빈은 12월에 가동될 예정이었다.[8] 1982년 9월 2일 와이오밍주 메디슨 보우에서 4번째가 영업을 시작했다.본네빌 전력국은 구드노 힐스 터빈의 발전된 전기를 구입하여 지역 전력망에 통합하였다.1981년 5월 동안, 구드노 힐즈 현장의 세 개의 터빈이 세계 최초의 풍력 발전소를 형성했다.Goodnoe Hills 사이트는 주로 Boeing, Bonneville Power Administration, NASA 및 Battelle Memorial Institute를 위한 연구 프로젝트였습니다.태양광 연구소는 또한 메가와트급 풍력 터빈의 전력 공급원으로서의 적합성을 평가했다.1986년 굿노 힐스의 MOD-2 풍력 터빈이 해체되었다.운영 마지막 해인 1985년에 3개의 터빈의 총 전력 출력은 8,251 메가와트시였다.Medicine Bow MOD-2 풍력 터빈은 1987년에 고철용으로 팔렸다.2008년 구드노 힐스 풍력 발전소는 총 명판 용량 94MW의 REPOWER 2.0MW 풍력 발전기 47대와 같은 부지에 문을 열었다. enXco/Power Holdings는 풍력 발전기를 소유하고 있으며, PacifiCorp은 전력 [9]구매 업체이다.

WTS-4

메디슨 보 와이오밍의 NASA/DOI/United Technologies 4MW WTS-4 풍력 터빈은 20년 이상 세계 전력 생산 기록을 보유하고 있었습니다.

와이오밍에 있는 WTS-4(4메가와트) 풍력 터빈은 United Technologies (Hamilton Standard Division)에 의해 NASA의 기술 관리 하에 미국 내무부의 자금으로 설계되었다.WTS-4는 1982년 와이오밍주 메디슨 보우에서 운용되었다.그것은 "부드러운" 강철 튜브 타워, 파이버 글라스 블레이드, 드라이브트레인의 비틀림 스프링과 대시팟, 그리고 유연한 티어 허브가 특징이었다.오늘날까지 WTS-4는 미국에서 가동된 가장 강력한 풍력 터빈으로 20년 이상 세계 전력 기록을 보유하고 있습니다.WTS-3로 명명된 더 작은 발전기(3메가와트)를 가진 두 번째 상업용 시제품이 스웨덴에서 제작되어 운영되었다.Glided Doman은 WTS-4 프로젝트의 해밀턴 스탠다드의 시스템 설계 매니저로 스웨덴 정부에 고용되어 WTS-3 [10]프로젝트를 시작했습니다.2014년, 글라이드 도만은 마틴 자쿠보스키, 실베스트로 카루소와 함께 Seawind Ocean Technology B.V.를 공동 설립하여 1991년 [10][11]WTS-4 풍력 터빈 및 후속 1.5 MW 감마 60 터빈에 대한 시스템 설계 변경을 기반으로 한 새로운 세대의 부유 풍력 기술을 배치하였다.

MOD-5B

이 97.53m(320.0ft) 직경의 2블레이드 풍력 터빈은 1990년대 초 세계에서 가장 큰 작동식 풍력 터빈이었다.

1987년에 건조된 MOD-5B 풍력 터빈은 1990년대에 세계에서 가장 큰 작동식 풍력 터빈이었다.Mod-5B의 제작 계약은 1980년에 보잉에 넘겨졌고 1987년에 [12]오아후 기지에 설치되었다.정격 용량은 3.2메가와트이며 무게는 426,000kg (939,000파운드)이며 60m (200ft) 철탑에 [13]직경 97.53m (320.0ft)의 2블레이드 로터를 가지고 있다.Mod-5B의 초기 작동은 새로운 1호기 풍력 터빈의 95%의 양호한 가용성을 보여주었다.1988년 초, 터빈의 운영은 하와이 전기 공업에 이어 마카니 우윌라 전력공사(MUPC)로 이전되었고, 1996년 후반까지 간헐적으로 운영되었다.재정적인 어려움 때문에, 풍력 터빈은 MUPC의 나머지 부분과 함께 폐쇄되었고, 부동산 소유자인 캠벨 [13]에스테이트에게 넘어갔다.캠벨 에스테이트스는 그 유닛을 분해해서 고철로 [14]팔기로 결정했다.DOE는 1998년 [13]7월에 드라이브 트레인 기어박스와 발전기를 인양했다.

프로그램 레거시

이 프로그램의 목적은 기술을 개발하고 신흥 산업을 지원하는 것이었기 때문에 NASA의 시제품 중 어느 것도 상용 발전기로서 일반적으로 생산되지 않았다.이중으로 공급되는 가변 속도 발전기, 경량 튜브형 타워, 그리고 오늘날 풍력 산업에서 사용되는 엔지니어링 설계 도구와 같은 많은 기술들은 NASA [15]프로그램에 의해 개발되고 개척되었다.1974년과 1992년 사이의 프로그램의 총 비용은 3억 3천만 달러였다.참고로 2008년까지 [16]세계 풍력 시장은 연간 470억 달러에 달했다.제너럴 일렉트릭, 보잉 엔지니어링 및 건설, 웨스팅 하우스, 유나이티드 테크놀로지스는 이 프로그램의 상업적 파트너였으며, 이들 중 일부는 오늘날 풍력 산업에 관여하고 있다.상업적인 디자인이 [4]만들어지지 않았다고 널리 언급되어 왔지만, NASA의 산업 파트너들은 실제로 이 프로그램 동안 보잉 Mod-2(앞에서 설명한)와 [17]하와이에 있는 카후쿠 풍력발전소의 웨스팅하우스 600kW 터빈과 같은 상업용 터빈을 생산했다.1980년대 오일 과잉으로 알려진 기간 동안 1980년대부터 1990년대 초반까지 유가가 3배 하락했을 때, 크고 작은 많은 터빈 제조업체들이 사업을 떠났다.예를 들어, NASA/Boeing Mod-5B의 상업적인 판매는 보잉 엔지니어링 & 건설이 "저유가 때문에 발전용 풍차를 [18]비경제적으로 만들고 있기 때문에" 시장을 떠날 계획이라고 발표하면서 1987년에 끝났다.DOE/NASA 대형 풍력 터빈 프로그램의 요약은 [19]1984년에 발표되었다.

「 」를 참조해 주세요.

참조

메모들
  1. ^ 아스머스 2001, 54-56페이지
  2. ^ Cleveland, Cutler J. (2008-08-24). "Ulrich Hütter". In Lawrence, Tom (ed.). Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment. Archived from the original on 2012-10-13. Retrieved 2016-08-25.
  3. ^ 비테르나 & 야네츠케 1982
  4. ^ a b c 기페 1995, 103~106페이지
  5. ^ "Winds of Change: American Federal Projects 1975–1985". Winds of Change (Danish Wind Power History Site). Retrieved 2016-08-25.
  6. ^ 존슨 2006, 1~8페이지
  7. ^ "Windmill Idea Tilted", Spokane(WA) 대변인-리뷰, 1980년 4월 23일, 페이지 6
  8. ^ "도움이 되는 풍력 발전기—식 시작 기념식", The World(Coos Bay, OR), 1980년 4월 19일, 페이지 14
  9. ^ "U.S. Wind Energy Projects – Washington". American Wind Energy Association. 2009-12-31. Archived from the original on December 31, 2008. Retrieved 2010-03-14.{{cite web}}: CS1 유지보수: 부적합한 URL(링크)
  10. ^ a b Jakubowski, Martin. "History of the Development of the Seawind Technology". Seawind Technology. Retrieved January 7, 2017.
  11. ^ de Vries, Eize (April 1, 2020). "Seawind steps up development of radical two-blade offshore turbine". Windtech International. Windtech Offshore. Archived from the original on June 21, 2020. Retrieved July 24, 2020.
  12. ^ Bovarnick, M. L.; Engle, W. W. (1985). "The evolution of the Mod-2 and Mod-5B Wind Turbine Systems". 20Th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. Intersociety Energy Conversion Engineering Conference. 3. Bibcode:1985iece....3S...3B. The Mod-5B, awarded to Boeing in 1983, is to be installed on the island of Oahu in 1986. The 3.2 MW Mod-5B design has benefitted from the Mod-2 operational and test experience. In addition, major performance improvements have been incorporated in the design. The Mod-5B is designed to produce 43 percent more energy than the Mod-2 as originally delivered.
  13. ^ a b c "MOD-2/MOD-5B Wind Turbines". Boeing. Retrieved 2016-08-24.
  14. ^ Easterbrook, Gregg (June 28, 2009). "The Dirty War Against Clean Coal". New York Times. Retrieved 2009-06-30. The Energy Department has also financed such overpriced, unrealistic projects as the MOD-5B, a wind turbine that weighed 470 tons and stood 20 stories tall: it looked like a gigantic propeller intended to push the earth to a new star system. It ended up being sold for scrap.
  15. ^ 스페라 2009
  16. ^ "Wind energy gathers steam, US biggest market: survey". AFP. 2009-02-02. Archived from the original on 2014-01-31. Retrieved 2016-08-25.{{cite news}}: CS1 유지보수: 부적합한 URL(링크)
  17. ^ "History of Wind Energy Projects in Hawaii". Hawaii State Department of Business, Economic Development, and Tourism. 2002-04-15. Archived from the original on 2008-07-24. Retrieved 2016-08-25.{{cite web}}: CS1 유지보수: 부적합한 URL(링크)
  18. ^ Gapay, Les (1987-08-27). "Hawaiians Get Boeing's Last Wind Machine: Makani Ho'Olapa Will Bring Power to 1,140 Residences". Seattle Post-Intelligencer. p. B7. Retrieved 2011-03-28.[데드링크]
  19. ^ 린스코트, 퍼킨스 & 데넷 1984
원천

추가 정보

  • Douthwaite, M. B. (2002). Enabling innovation: a practical guide to understanding and fostering technological change. Zed Books. pp. 96–101.

외부 링크