풍력 터빈 유형 HAWT, VAWT 및 기타 설명

30.2024 월 XNUMX 일

대부분의 풍력 터빈 카운티 전역의 풍력 발전소(해상 및 해상 모두)에서 볼 수 있는 표준 3개 블레이드 디자인이 있습니다. 그러나 다양한 스타일/유형의 터빈이 존재하며 바람에서 운동 에너지를 활용하는 방식이 상당히 다릅니다.

풍력 터빈의 두 가지 주요 유형은 수평축과 수직축입니다. 수평축 풍력 터빈 회전축이 수평으로 향하게 합니다. 일반적으로 3개의 날개가 있으며 바람을 향하도록 설계되었습니다. 수직축 풍력 터빈은 회전축이 수직으로 정렬되어 있으며 반대 방향으로 운동 에너지를 활용하도록 설계되었습니다.

수평축과 수직축 풍력 터빈 외에도 탐색해 볼 만한 다른 형태의 터빈이 있습니다.

가장 일반적인 풍력 터빈 유형은 '수평축 풍력 터빈'입니다. 회전 축이 수평으로 놓여 있기 때문에 수평축이라고 합니다(아래 다이어그램 참조)

수평축 풍력 터빈은 최대 효율로 작동하기 위해 바람을 직접 향해야 하며, 전체 헤드는 바람을 향하도록 회전하도록 설계되었습니다. 바람의 방향이 바뀌면 헤드도 바람을 향하도록 회전(또는 '요')해야 합니다.

수평축 풍력 터빈은 대부분 평평하고 개방된 땅인 해상 풍력 발전소와 육상 풍력 발전소에 선택됩니다. 바람이 난류가 없는 지역에서는 수직축 터빈보다 더 효율적으로 작동하기 때문입니다.

크기에 맞게 제작됨

에너지를 의식하는 주택 소유자를 위해 상업적으로 판매되는 소규모 수평축 풍력 터빈이 많이 있지만, 가장 큰 장점 중 하나는 제조에 적합하고 매우 크게 만들 수 있다는 것입니다. 이것이 풍력 발전소에 사용되는 또 다른 이유입니다. 10개의 2MW 터빈보다 XNUMX메가와트(MW) 터빈 하나를 만들고 운영하는 것이 훨씬 비용 효율적입니다.

세계에서 가장 큰 풍력 터빈(2021년 여름 기준)은 Vestas V236 터빈으로, 정격 출력은 15메가와트(MW)입니다. 블레이드 로터 직경은 236m로 자유의 여신상 높이의 두 배 이상입니다! 블레이드가 한 번만 회전하면 일반 가구가 하루 동안 사용할 수 있는 전기를 공급할 수 있습니다.

수직축 풍력 터빈

덜 효율적이고 덜 흔한 터빈은 '수직축 풍력 터빈'입니다. 회전축이 수직으로 위쪽으로 정렬되어 있기 때문에 수직축이라고 합니다.

수평축 터빈 풍력 발전소에서 볼 수 있는 대규모의 수직축 터빈을 건설하는 것은 불가능합니다. 지금까지 건설된 가장 큰 수직축 풍력 터빈은 캐나다 퀘벡에 있는 높이 110m, 3.8MW "ÉOLE" 터빈이었습니다. 그러나 로터 베어링은 1993년에 지탱해야 할 880톤의 무게로 인해 고장났습니다. 그 이후로 가동이 중단되었고, 지금은 관광객들에게 호기심을 불러일으키는 대상입니다. 단일 베어링에 이렇게 무거운 무게를 직접 지탱하는 것과 관련된 엔지니어링 문제 때문에 이보다 더 큰 수직축 터빈을 건설하려는 사람은 거의 없을 것입니다.

유연성을 위해 제작됨

더 작지만, 수평축에 비해 수직축 풍력 터빈이 가진 주요 장점은 요잉할 필요가 없다는 것입니다. 항상 모든 방향에서 풍력 에너지를 수집합니다. 블레이드가 설계된 방식 때문에 바람이 어디에서 오든 항상 같은 방향으로 회전합니다.

이로 인해 수직축 풍력 터빈은 난류 바람의 방향이 항상 바뀌는 도시 옥상과 빌딩이 밀집된 지역에서 풍력 에너지를 포착하는 데 더 적합합니다.

수직축 풍력 터빈 동등한 전력을 사용하는 수평축 터빈보다 차지하는 공간이 적으며, 공간이 제한된 곳에 자주 선택됩니다.

다양한 유형의 VAWT

수직축 풍력 터빈에는 Savonius와 Darrieus라는 두 가지 주요 설계가 있습니다. 이러한 설계는 풍력 에너지를 포착하는 방식이 상당히 다릅니다.

사보니우스 VAWT

Savonius 스타일의 수직축 풍력 터빈은 항력의 원리를 사용하여 풍력 에너지를 기계적 회전 에너지로 변환합니다. 이 터빈은 스쿱처럼 작동하여 터빈으로 들어오는 바람을 가두어 항력을 생성하고 회전하도록 강제합니다(아래 다이어그램 참조). 바람이 어느 방향에서 오든 항상 스쿱의 앞면과 뒷면에 부딪히지만 스쿱의 둥근 뒷면은 항력을 줄여 터빈을 회전시킬 수 있습니다. 그러나 이는 Savonius 수직축 풍력 터빈이 기껏해야 풍력 에너지의 15%만 기계적 회전 에너지로 변환할 수 있다는 것을 의미합니다.

다리우스 VAWT

다리우스 수직축 풍력 터빈은 양력의 원리를 사용하여 풍력 에너지를 기계적 회전 에너지로 변환하며, 사보니우스 스타일의 수직축 터빈보다 효율적입니다. 다리우스 수직축 풍력 터빈은 비행기 날개 모양의 단면을 가진 블레이드를 사용합니다. 바람이 블레이드 위를 지나면서 에어포일 효과가 양력을 생성하고, 이것이 터빈을 회전시킵니다(아래 다이어그램 참조).

다리우스 터빈의 에어포일 블레이드는 직선, 곡선 또는 나선형 모양이 될 수 있습니다(아래 다이어그램 참조).

이것들은 모두 다리우스 터빈입니다. 로터 블레이드는 모두 동일한 양력을 생성하는 에어포일이지만 구성이 다릅니다.

나선형 구성은 아마도 가장 흥미로운데, 왜냐하면 직선형 터빈과 동일한 회전 영역 내에 더 긴 에어포일 블레이드를 넣을 수 있어 더 많은 바람을 포착하고 효율성을 높일 수 있기 때문입니다.

기타 터빈 설계

대부분의 풍력 터빈은 이 두 가지 주요 범주(수직축과 수평축)에 속하지만, 이 두 가지 설계의 일반적인 구성에서 벗어나는 다양한 실험 설계가 있었습니다.

바람나무

파리에 본사를 둔 회사인 뉴 월드 윈드가 만든 '윈드 트리'는 사보니우스의 수직축 풍력 터빈을 기반으로 하지만, 나무의 잎사귀처럼 보이도록 배열된 많은 작은 터빈을 사용하여 장식적인 도시적 특징을 만들었다는 점에서 참신합니다.

볼텍스 블레이드리스

Vortex Bladeless는 바람에서 운동 에너지를 추출하기 위해 완전히 다른 방법을 활용한 스페인 회사입니다. 그들의 "터빈"은 회전하지 않기 때문에 전혀 기존 터빈처럼 보이지 않습니다.

Vortex Bladeless 시스템은 기둥 모양의 키가 큰 마스트를 사용하는데, 이 마스트는 소용돌이 유도 공명이라는 기술을 사용하여 바람에서 에너지를 추출합니다. 바람이 기둥을 지나면서 기둥 뒤에 난류가 발생하여 기둥이 앞뒤로 진동하거나 '진동'하게 되고, 이 기계적 에너지가 선형 발전기를 구동하여 전류를 생성합니다.

이런 방식의 풍력 발전기는 회전하는 날개가 없기 때문에 철새나 야생 동물에 위험을 초래하지 않습니다.

차량 구동 터빈

여러 회사가 고속도로와 고속도로의 중앙 예약지에 설치할 수 있는 소규모 수직축 풍력 터빈을 개발하기 시작했습니다. '자연적인' 바람에 의해 구동되는 것이 아니라 고속으로 지나가는 차량의 끊임없는 흐름으로 인해 발생하는 난류가 이러한 터빈을 회전시킵니다. 따라서 여전히 기존의 수직축 풍력 터빈이기는 하지만, 적용되는 상황이 참신합니다.

교차축 풍력 터빈(CAWT)

교차축 풍력 터빈은 수평 및 수직 터빈 블레이드를 새로운 교차 연결 구성으로 사용하는 실험적 수직축 터빈 설계입니다. 2.5개의 수직 블레이드와 XNUMX개의 수평 블레이드를 사용하여 수평 및 수직 방향에서 오는 풍력 에너지를 포착할 수 있습니다. 연구에 따르면 동일한 바람 조건에서 기존 수직축 터빈보다 XNUMX배 더 효율적이었습니다.