소형 풍력 터빈

Small wind turbine
소형 풍력 터빈 및 리플러의 다이어그램.
파키스탄 라호르 교외에 설치된 1kW 마이크로 풍차.
Small wind turbine power output

마이크로 풍력 터빈으로도 알려진 소형 풍력 터빈은 풍력 발전소에서 볼 수 있는 대형 상업용 풍력 터빈과 달리 전력의 마이크로 발전용으로 사용된다.소형 풍력 터빈은 능동형 터빈과 달리 수동형 요 시스템을 가지고 있는 경우가 많습니다.대형 터빈은 능동적으로 바람을 가리키는 기어드 파워트레인이 있는 반면, 직접 구동 발전기를 사용하고 테일핀을 사용하여 바람을 가리킵니다.

소형 풍력 터빈은 일반적으로 500W에서 10kW의 전력을 생산하지만, 소형 터빈은 보트, 캐러밴 또는 소형 냉동 장치를 위한 50W 보조 발전기만큼 작을 수 있으며, 캐나다 풍력 에너지 협회(CanWEA)는 "소형 바람"을 300kW로 [1]정의한다.IEC 61400 표준은 소형2 풍력 터빈을 200m 미만의 회전자 스위프 면적을 가진 풍력 터빈으로 정의하며, 1000Va.c 또는 1500Vd.c 미만의 전압에서 발전한다.

설계.

블레이드

소형 터빈 블레이드는 일반적으로 직경이 1.5~3.5m(4피트 11인치 – 11피트 6인치)이며 최적의 [1]풍속에서 0.5-10kW의 전기를 생산합니다.소형 풍력 터빈의 대부분은 전통적인 수평 축 풍력 [2]터빈이다.일부 상황에서는 수직 축 풍력 터빈이 단순성으로 인해 유지 보수 및 배치에서 운영상의 이점을 갖지만, VAWT는 HAWT보다 신뢰성이 떨어지고 풍력을 [3]전기로 변환하는 데 덜 효율적이다.날개 끝의 속도와 바람의 속도 사이의 비율을 팁 속도 비율이라고 합니다.이는 최적의 효율 포인트로 유지되어야 합니다.일반적으로 리프트 대 드래그 비율이 높으면 효율도 높아집니다.

지상 장착 소형 풍력 터빈은 일반적으로 4개의 남자 와이어와 타워를 올리고 내리는 데 사용되는 진 폴에 의해 지지됩니다.타워 키트라고 불리는 풀 마운트 세트를 사용할 수 있습니다.

탄소섬유 강화 폴리머, 나노 콤포지트 [4]및 E-유리 폴리에스테르를 포함한 다양한 합성 재료를 이용할 [5]수 있다.천연 섬유는 품질 변화, 높은 수분 흡수 및 낮은 열 안정성에 민감하여 대형 블레이드에 적합하지 않지만, 소형 터빈은 여전히 이러한 [6]특성을 활용할 수 있습니다.목재를 사용할 수 있으며, 목재 유형은 가용성, 비용 및 성장 시간, 평균 밀도, 높은 강성 및 파단 변형률에 따라 선택해야 합니다.일반적으로 습기를 줄이기 위해 코팅이 사용되며, 프라이머를 사용한 흰색 에나멜이 특히 [7]효과적인 것으로 확인되었습니다.시트카 스프루스(프로펠러에 사용), 더글라스 파르는 터빈 블레이드에 [8]사용되었습니다.네팔은 Sal, Saur, Sisau, Utish, Tuni, Okhar, 소나무, 그리고 Lakuri [9]목재를 포함한 코팅된 목재로 만들어진 작은 블레이드 터빈을 사용해 왔다.대나무 기반 복합 재료는 목재 외에도 저밀도 및 탄소 격리 능력으로 인해 대형 및 소형 풍력 터빈에 모두 사용될 수 있으며, 이는 대나무 재료를 친환경적으로 만듭니다.또한 대나무는 목재에 비해 파단 인성이 높고 강도가 높고 가공비용이 저렴하며 생육속도가 빠르다.현재 진행 중인 재료 개발에는 레진을 사용한 대나무 라미네이트와 하이브리드 대나무 탄소 섬유 [10]소재가 포함됩니다.마, 아마, 목재 및 대나무는 모두 소형 [11]터빈에 적합한 블레이드 재료입니다.

배치

하나의 강철 파이프로 지탱할 수 있을 정도로 작은 풍력 터빈은 종종 콘크리트 기초에 장착된 비계 베이스 플레이트로 고정된다.힌지 달린 디자인으로 유지보수가 용이합니다.

소형 풍력 터빈은 발전을 시작하기 위해 컷인 속도라고 불리는 최소 풍속을 필요로 합니다.이 속도는 일반적으로 초속 약 4m(8.9mph)[12]이지만, 일부 소형 풍력 터빈은 낮은 [13]풍속에서도 작동하도록 설계될 수 있습니다.터빈은 종종 주변의 장애물 위로 올려놓기 위해 타워에 설치된다.경험의 법칙 중 하나는 터빈이 150m(490ft)[14] 이내의 어떤 것보다 적어도 9m(30ft) 더 높아야 한다는 것이다.풍력 터빈을 위한 더 나은 위치는 대형 역풍 장애물로부터 멀리 떨어져 있습니다.경계층 풍동 측정 결과 인근 장애물과 관련된 상당한 유해 영향이 장애물 높이의 최대 80배까지 [15]확장될 수 있는 것으로 나타났다.하지만 이것은 극단적인 경우이다.소형 터빈을 앉히는 또 다른 접근방식은 대피소 모델을 사용하여 인근 장애물이 국지적 바람 조건에 어떤 영향을 미칠지 예측하는 것이다.이 유형의 모델은 일반적이며 모든 사이트에 적용할 수 있습니다.실제 바람 측정을 기반으로 개발되는 경우가 많으며, 크기, 형태 및 인근 [16]장애물과의 거리를 고려하여 잠재적 터빈 위치에서 평균 풍속 및 난류 수준과 같은 흐름 특성을 추정할 수 있다.

지붕 위에 소형 풍력 터빈을 설치할 수 있다.설치 문제에는 지붕의 강도, 진동 및 지붕 난간으로 인한 난기류가 포함됩니다.소규모 옥상 터빈은 난기류에 시달리며 특히 마을과 [17]도시에서 상당한 양의 전력을 생산하는 경우는 드물다.

배선

오프 그리드 하이브리드 풍력/PV 시스템을 위한 고급 배선 다이어그램입니다.

소형 풍력 터빈용 발전기는 보통 3상 교류 발전기이며, 일부 모델은 단상 발전기 또는 직류 [18][19]출력을 사용하지만, 유도 유형을 사용하는 경향이 있다.

3상 AC 와이어를 슬립 링을 통해 수신 측까지 연결한 후, 3상 정류기를 사용하여 배터리 충전을 위해 AC를 정류된 DC로 변환합니다(특히 솔라 하이브리드 전력 시스템에서).냉각을 위해 히트 싱크에 정류기를 장착해야 합니다.또, 액티브 냉각을 위해 바이메탈 서멀 스위치로 작동하는 컴퓨터 팬을 추가할 수도 있습니다.

옥상에 설치된 도시형 풍력 터빈에 사용되는 3상 정류기.

그런 다음 정류기의 DC 끝을 배터리에 연결합니다.이 접속은 전력 손실을 피하기 위해 가능한 한 짧게 해야 합니다.일반적으로 감시를 위해 디지털 와트계를 사이에 두어야 합니다.그런 다음 배터리는 파워 인버터에 연결되고, 파워 인버터는 그리드 연결 및 최종 사용을 위해 전력을 일정한 주파수로 AC로 변환합니다.

강풍 시 터빈을 보호하는 전환 부하로 사용되는 저항기.

동적 제동은 터빈 손상을 방지하기 위해 강풍 시 저항 부하를 통해 과도한 에너지를 방출하여 속도를 조절합니다.동적 제동 저항기는 종종 전환 부하 또는 덤프 부하라고 불립니다.동적 제동은 배터리가 특정 전압 이상으로 올라가면 작동하는 컨트롤러에 의해 수행되며, 이 컨트롤러는 솔레노이드 또는 DC/DC 솔리드 스테이트 릴레이를 통해 덤프 부하를 켭니다. 이 릴레이는 DC/DC 솔리드 스테이트 릴레이를 통해 "열림 실패"라는 추가적인 이점을 제공합니다.지연 기능을 추가하거나 전환 기능을 지원하는 잘 설계된 재고 PWM 충전 컨트롤러를 사용하여 기생 진동을 방지하려면 컨트롤러를 적절히 튜닝해야 합니다.

배선이 요소에 노출되는 경우에는 태양광 케이블과 같이 자외선 및 온도 변동에 강한 케이블을 사용해야 합니다.시스템 전체의 와이어 게이지는 시스템을 통과하는 전류량에 적합해야 합니다.길이와 함께 선형적으로 증가하는 와이어의 저항으로 인해 총 전압 강하의 2 ~ 5%를 초과하는 전압 강하가 발생해서는 안 됩니다.

시장

일본.

2012년 7월에는 에다노 유키오(江野由紀夫) 일본 산업대신이 승인한 새로운 공급관세가 발효되어 풍력·태양광 에너지 생산의 증대를 약속하고 있다.이 [20]나라는 2011년 3월 후쿠시마 방사능 위기에 대한 대응으로 재생 에너지 투자를 부분적으로 늘리는 것을 목표로 하고 있다.공급 관세는 태양 전지판과 소형 풍력 터빈에 적용되며, 공공 사업자는 재생 에너지원에서 생산된 전기를 정부가 정한 요금으로 환매해야 한다.

소규모 풍력 발전(용량 20kW 미만의 터빈)에는 최소 57.75엔([21]kwh당 약 0.74 USD)의 보조금이 지급된다.

영국

영국의 시골이나 교외 지역의 부동산은 지역 그리드 전력을 보완하기 위해 인버터가 있는 풍력 터빈을 선택할 수 있다.영국의 마이크로제너레이션 인증 제도(MCS)는 자격을 갖춘 소형 풍력 [22]터빈 소유자에게 공급 관세를 제공한다.

미국

미국 인디애나 주 시골에 있는 작은 풍력탑

미국 풍력 에너지 협회(AWEA)에 따르면 소형 풍력 터빈은 2008년 미국 전역에서 총 17.3 MW의 발전 용량을 추가했다.이러한 성장은 용량이 100kW 이하인 풍력 터빈으로 정의되는 소형 풍력 터빈의 국내 시장에서의 78% 증가와 동일하다.2009년 5월 하순에 발행된 AWEA의 "2009 Small Wind Global Market Study"는 제조 공장 확장에 필요한 민간 투자를 충분히 유치할 수 있었기 때문에 제조업 규모가 증가했다고 볼 수 있습니다.그것은 또한 전기 요금 상승과 풍력 기술에 대한 대중의 인식을 주택용 판매의 증가로 돌렸다.

2019년 소형 풍력 터빈에 대한 미국 수요의 대부분은 원격지에서의 발전 및 대규모 풍력 발전 [23]설비를 위한 현장 사정 목적이었다.

미국의 소형 풍력 산업 또한 세계 시장의 절반 가량을 점유하고 있기 때문에 세계 시장으로부터 이익을 얻고 있다.미국 제조업체들은 소형 풍력 터빈 설비에 전 세계적으로 지출된 1억5천600만 달러 중 7천700만 달러를 벌어들였다.총 [24]38.7 MW의 소형 풍력 용량이 2008년에 전 세계에 설치되었다.

미국에서는 2-10kW 출력의 가정용 풍력 터빈의 설치 비용이 일반적으로 12,000달러에서 55,000달러(와트당 6달러) 사이이다. 그러나 19개 주에서 주택 소유자의 구매 가격을 최대 50%,[25] 와트당 3달러까지 낮출 수 있는 인센티브와 리베이트가 제공되고 있다.미국의 사우스웨스트 풍력 제조업체는 터빈이 5년에서 12년 [26][27]내에 에너지 절감 효과를 거둘 것으로 예상하고 있습니다.

특히 미국에서 시장에서 지배적인 모델은 수평축 풍력 [citation needed]터빈이다.

소비자가 소형 풍력 터빈을 구입할 때 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있도록 IEA 풍력 태스크 27이 IEC TC88 MT2와 협력하여 소비자 라벨링 방법을 개발했다.2011년 IEA Wind는 라벨 [28]적용에 필요한 테스트와 절차를 설명하는 권장 프랙티스를 발표했다.

크로아티아

하이브리드 시스템, 2400W 윈드터빈, 4000W 솔라 모듈, 아일랜드 지르제, 크로아티아[29]

크로아티아는 지중해의 기후와 전력망에 접근할 수 없는 수많은 섬들로 인해 소형 풍력 터빈의 이상적인 시장이다.태양은 적지만 풍력은 더 많은 겨울철에 소형 풍력 터빈은 고립된 재생 에너지 현장(GSM, 발전소, 마리나 등)에 훌륭한 추가 요소이다.그렇게 해서 태양광과 풍력은 일년 내내 일관된 에너지를 제공한다.

독일.

독일에서 소형 풍력 터빈의 공급 관세는 대형 터빈과 항상 동일했다.이것이 독일의 작은 풍력 터빈 분야가 느리게 발전한 주된 이유이다.반면 독일의 소형 태양광 발전 시스템은 킬로와트시당 50유로센트가 넘는 높은 공급관세 혜택을 받았다.

2014년 8월에는 독일 재생 에너지법이 조정되어 풍력 터빈의 공급 관세에도 영향을 미쳤다.용량이 50킬로와트 미만인 소형 풍력 터빈의 경우 20년간 관세는 8.5유로센트이다.

독일의 낮은 공급 요금과 높은 전기 가격 때문에, 소형 풍력 터빈의 경제 운영은 소형 풍력 터빈이 생산하는 전기의 큰 자가 소비율에 의존합니다.민간 가구는 킬로와트시당 평균 28센트를 전기료로 지불한다(19% VAT 포함).

2014년 독일 재생 에너지법의 일부로, 자가 소비 전력 요금이 2014년 8월에 도입되었다.이 규정은 용량이 10킬로와트 미만인 소형 발전소에는 적용되지 않는다.금액은 1.87유로센트이므로 수수료가 [30]저렴합니다.

제조업

DIY 건설

일부 취미 생활자들은 키트나 부품을 조달하거나 아예 처음부터 풍력 터빈을 만들었습니다.DIY 풍력 터빈은 일반적으로 약 1kW [31][32][33][34]이하의 소형(옥상) 터빈입니다.이러한 소형 풍력 터빈은 일반적으로 틸트업 또는 고정/[35][36]가이드가 달린 타워형입니다.

Do Yourself 또는 DIY 풍력 터빈 건설은 OtherPower나 HomePower와 [37]같은 잡지에 의해 인기를 끌고 있습니다.

실천행동단체(Organizations as Practical Action)는 개발도상국 커뮤니티에서 쉽게 건설할 수 있는 DIY 풍력 터빈을 설계하고 그 [38][39]방법에 대한 구체적인 문서를 제공하고 있습니다.

현지 제조

DIY 소형 풍력 터빈의 디자인은 1970년대 초반으로 거슬러 올라가며, 미국과 [40]유럽에서 1970년대 후반의 백 투 더 랜드 운동에 의해 더욱 발전되었다.

소규모, 저비용, 사회적 임베디드, 지역 상황에 적응하고 지식의 공개 공유를 기반으로 하는 지역 생산 소형 풍력 터빈은 적절하거나 중간 기술, 경합 기술, 열화, 개방형 설계 및 개방형 제조의 관점에 따라 구성되거나 관련지어져 왔다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크

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