Why Small Wind
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소형풍력발전 시스템의 이해
풍력발전기의 종류
풍력발전기의 구분
기본적으로는 회전축의 방향에 따라 수평축(horizontal Axis)과 수직축(Vertical Axis) 방식으로 나누어 지며 그 중에서도 수평식발전기는 바람을 받는 방향에 따라 Up Wind(맞바람) 방식과 Down wind(뒤바람) 방식으로 구분되고 가속기어 (Gear Box) 유무에 따라 간접구동(Geared turbine)과 직접구동(Gearless turbine)으로 구분한다
수직축 발전기는 바람의 방향에 관계없이 운전이 가능한 이점이 있으나
- 고도가 증가함에 따라 풍속이 변하는 “경계층 효과”에 취약점이 있고 경우에 따라 진동으로 인한 소음, 시스템 불안정 우려가 발생
- 저 풍속에서는 시동 토크가 필요하여 자기 기동이 어려우며 (Self-start 불리)
- 대부분의 경우 베어링 교체 등 수리를 위해 시스템 전체를 분해해야 하여야 하며 (정비 어려움)
- 타워의 높이가 증가함에 따라 반복적인 좌우 진동으로부터 타워를 지지하기 위해 수평축에 비해 상대적으로 넓은 전용면적이 필요하다.
이러한 이유로 수직축 모델은 공원 등지에 설치하는 초소형 기종이나 전시, 교육목적 등에 제한적으로 적용하고 있으며
현재 상용화 된 풍력발전기는 대부분 수평축 설계를 채택하고 있음.
수직축 발전기
수평축 발전기
태양광발전과 풍력시스템의 장단점 비교
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| 구분 | 태양광 | 풍력 |
|---|---|---|
| 장점 |
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| 단점 |
효율이 낮은 반면 넓은 면적이 필요 - 경작지 감소, 옥상 설치 시 강풍에 취약 눈, 비, 황사, 갈매기 배설물 등 오염에 민감하다 - 표면 청결상태 유지 등 관리필요 1일 가동률 약 3.6시간에 불과 (발전 효율 15% 수준) Peak-time 무관 (일조량 = 발전량) 기타 제약 사항
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대형 풍력설비의 경우 기반조성, 도로개설 등 토목공사로 인한 환경파괴, 산지 훼손 (소형은 무관) 풍력자원 양호한 경우에만 설치효율 보장 (P28~29 한국의 풍력자원 참조) 소음, 위압적 구조 - 민원여지, 경관 훼손 (소형은 무관) 막대한 투자 Risk, 수리, 정비상의 어려움 (소형은 무관) |
소형 풍력발전 시스템의 선정 기준
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| Key issue | 주요 검토사항 | 비고 (검증방법) |
|---|---|---|
| 기기의 내구성 |
소형풍력발전기를 선정함에 있어서 가장 중요한 요소는 해당 설비의 “내구성”으로서, 이를 검증하기 위해서 사전 다음 사항을 확인합니다.
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실적 Data로 검증 |
| 시스템 효율 |
정격 RPM, 정격 출력 Cut-in Speed (기동 풍속, 터빈이 작동을 개시하는 최저 풍속) Cut-out speed (한계풍속, 터빈이 발전을 계속할 수 있는 최대 풍속) RAE (연평균 풍속 5m/sec 기준 연간 예상 발전량) 현장 풍속을 근거로 한 연간 예상발전량 |
제품 인증서, 시험성적서 설치 실적에 근거한 data |
| 시공 및 관리조건 |
Rotor 직경, 터빈, 타워 (구성품)의 규격, 중량, 운반 및 조건 기초구조물의 규격, 설치조건 유지보수를 위한 타워 기립, 하강 방법 |
설치도면, 사용자 매뉴얼 확인 |
| 제품 및 Maker 신뢰성 |
제품 인증 여부 입지 (풍향, 풍속 분포 등 설치 예상지점의 풍력자원) 분석 능력 보증조건 |
제품 보증서 보험증서 |
소형풍력 시스템과 소음 및 저주파
소음 분석
KMTC가 공급하는 SD6 모델의 시스템 가동 소음레벨은 Slant 60m 거리에서 44.8 dB로써 첨부 주거지 소음기준 이하 MCS 보고서 (소음 관련부분) 발췌 자료 및 소음기준 참조
저주파 문제
언론 보도에 의하면 대형 풍력발전기에서 발생하는 소음 및 저주파에 대한 인근 주민들의 민원이 제기되고 있다고 하나 아직 우리나라에는 풍력발전기와 저주파의 상관 관계에 대하여 구체적인 연구를 진행하였다거나 검증된 보고서가 발행된 사례가 없음
다만 독일의 연구기관 (DNR)에서 작성한 보고서에 의하면 20Hz이하의 저주파라 하드라도 인간의 귀로 들을 수 있는 수준, “가청범위”를 초과한 경우에 불편을 초래한다고 하며 이러한 영향에 대해 각 주파수 대역별로 인간의 가청범위에서 불편을 초래하는 소음 레벨을 분석한 자료를 발표하였음 - 첨부 DNR report 인용자료 “저주파의 영향” 참조
다만 독일의 연구기관 (DNR)에서 작성한 보고서에 의하면 20Hz이하의 저주파라 하드라도 인간의 귀로 들을 수 있는 수준, “가청범위”를 초과한 경우에 불편을 초래한다고 하며 이러한 영향에 대해 각 주파수 대역별로 인간의 가청범위에서 불편을 초래하는 소음 레벨을 분석한 자료를 발표하였음 - 첨부 DNR report 인용자료 “저주파의 영향” 참조
저주파와 소음레벨의 상관 관계에 대한 위의 자료와 상관 없이 당사가 공급하는 소형풍력발전기의 설계 특성은 전 품목이 정격 rpm 155 (15kW모델)에서 300 (3kW모델) 범위 내에 있으며, 이와 같이 rpm이 높은 소형발전기는 정격 rpm이 16~20 전도인 대형모델과 달리 저주파를 발생키지 않으며, 만약 소형 모델을 가동 중에 낮은 풍속에서 Blade의 회전 속도가 떨어짐에 따라 저주파가 발생하는 경우를 가정하더라도 이 때에는 정격 rpm에서 발생하는 소음(48.1 dBA) 보다 훨씬 낮은 음량을 보일것이므로 전혀 문제가 되지 않습니다.
참고로 덴마크 V사의 3MW급 모델의 경우 날개길이가 44m, 회전직경이 90m로써 초속 15m 풍속에 정격 rpm은 16정도이며 이때 첨부 자료를 근거로 판단하면 79dB이상의 소음이 발생하므로 저주파로 인한 불편을 느낄 수 있을 것이라고 유추할 수 있으나
참고로 덴마크 V사의 3MW급 모델의 경우 날개길이가 44m, 회전직경이 90m로써 초속 15m 풍속에 정격 rpm은 16정도이며 이때 첨부 자료를 근거로 판단하면 79dB이상의 소음이 발생하므로 저주파로 인한 불편을 느낄 수 있을 것이라고 유추할 수 있으나
