풍력발전에대한 전문적 접근

[빈티지]

개요

풍력

풍력은 주목받는 가치있는 재생성 에너지 자원이다. 안전하고 풍부한 풍력은 미래의 깨끗하고 지속적인 에너지개발에 중요한 역할을 할수있고, 다양한 전기 장치에 안정적공급을 가져올수 있다. 타에너지의 기원과는 다르게 , 풍력은 대기오염이 없으며 위험 폐기물도 배출하지 않는다.

풍력 에너지는 발전 , 배터리를 충전 , 물을끌어올리거나 곡식을 분쇄하는것과 같은 실용적인 목적에 있어서 바람이 있는곳에서는 에너지로 사용될수 있다. 대체로 , 현제 윈드 터빈은 농장 기기들의 전력공급을 위하여 사용되고 있다. 작은 터빈들은 각 가정과 외딴 마을에 에너지를 공급하는데 이용되고 있다.

윈드터빈은 2~3개의 축차에 올려진 프로펠러 모양의 날로써 바람의 에너지를 사로잡아 전기를 생산한다.터빈은 타워의 높은곳에 위치하는데, 이는 100 feet (30m) 이상의 높은곳에서는 바람이 강하고 난기류도 적은 편이기 때문이다.

터빈의 날에서는 항공기 날개에서 일어나는 것과 같은 현상이 일어난다. 바람이 불 때 , 저압의 공기흐름은 날의 아래쪽에 형성되고, 저압의 공기 흐름은 날개를 흐름 쪽으로 잡아 당기게 되어 로터를 돌게 만든다. 이것이 양력이다. 양력은 그힘에 반하는 날개 앞쪽의 공기 저항보다 충분히 크다. 양력과 저항의 조합은 로터를 프로펠러와 같이 회전하게 만들고 이 회전은 전기를 발생시킨다.

현대식 윈드 터빈은 수직축 터빈과 수평축 터빈으로 크게 나뉘어 진다. 여전히 고풍적인 풍차는 시골에서 볼수있다.

윈드터빈의 구조

수직축 윈드터빈은 로터의 회전축이 땅으로 부터 수직이다.(바람의 흐름과도 대략 수직이 된다.)

반면, 수평축 윈드터빈은 회전축이 땅과 바람의 흐름과도 수평이다.

이 그림은 발전에 쓰이는 두가지 타입의 터빈과 그 내부구조를 보인것이다. 내부구조에는 풍력을 회전에너지로 전환하는 회전날과 모터와 기어와 제네레이터로 이루어진 전환기, 로터와 전환기를 지탱하는 타워, 그리고 제어기, 부가 장비 연결장치등이 있다.

수평축 터빈(Horizontal Axis Turbines, HAWT)은 요즘 가장 보편적으로 쓰이는 윈드터빈 형태이다. 이터빈은 높은 타워와 그꼭대기에 얹어진 바람을 맞서고있는 팬모양의 로터, 제네레이터, 제어기 그리고 부가장비등으로 이루어져 있다. 대부분의 수평축 터빈은 보통 2~3개의 회전날을 가지고 있다. 가끔 더 많거나 적은 경우도 있다.

수평축 터빈에서의 기체역학

수평축 윈드터빈에서 일어나는 기체역학적 원리.

바람은 프로펠러모양의 회전날을 지나게되는데, 이때 날의 긴쪽(위쪽)에서 공기의 흐름이 더 빠르게 된다. 이로인해 회전날 위쪽에 저압이 발생하게 되고 회전날표면에서의 기압차는 기체역학적 양력을 발생하게 된다. 항공기 날개에서 생성되는 이힘은 항공기를 뜨게 한다. 반면, 윈드 터빈에서는 회전날이 회전축과 함께 평면에서만 움직이도록 제약되어 있기 때문에 양력은 회전축 주위를 회전날이 회전하게 만든다. 양력을 더 자세히 보면, "저항"이 양력에의한 회전을 방해한다. 윈드터빈 회전날 설계에서 고려해야할 중요한 요인은 큰 양력과 저항의 비를 가져야 한다는 것이다. 이 비율은 다양한 풍속에서적합한 터빈의 에너지를 얻기위한 회전날의 길이를 다양하게 설계되도록 한다.

수직축 윈드터빈(Vertical Axis Turbines, VAWT)은 크게 두가지로나뉜다. 새보니우스 터빈과 다리우스 터빈이 그것이다.

• 다리우스 터빈(Darrieus turbine)은 1920년 프랑스에서 개발되었다. 거품기-요리기구의 일종- 처럼 수직축 터빈은 바람에 의해 안과 밖으로 회전하는 수직 회전날을 가지고 있다. 기체역학적 양력을 이용하여, 터빈은 저항체 보다 많은 에너지를 생성할수 있다. Giromill 과 Cycloturbin 은 다리우스 터빈의 일종이다.
  
• 사보니우스 터빈(Savonius turbine)(핀란드에서 처음 개발되었다.)은 위에서 본다면 S 자모양을 가지고 있다. 끌기 타입 의 수직축 터빈(VAWT)은 비교적 천천히 회전하지만, 큰 회전력(torque)를 가진다. 이것은 곡물을 갈거나 물을 퍼올리는등 많은 다른 일에 쓰여질수 있다. 그러나 이 같은 느린 회전속도는 발전에는 적합하지 않다.

풍차는 곡물분쇄와 양수에 적어도 B.C. 200년전 이전부터 사용되어왔다. 1900년대 까지는 미국의 농장과 대목장에서 물을 끌어 올리는데 쓰였고, 이후에는 발전에쓰였다. 풍차는 현대의 윈드 터빈보다 많은 회전날을 가지고 있고, 회전날을 회전시키는 항력에 의존한다.

윈드터빈은 주로 단독으로 사용되는 것이 보통이나, 때로는 전력배급 시설이나, 태양열 발전시스템, 축전지, 발전기의 일종인 디젤 제너레이터등을 연결할수 있다. 단독 윈드터빈은 주로 양수나 커뮤니케이션에 이용된다. 그러나 윈드터빈 개인 사용자나, 농장등 바람이 잣은곳에서는 발전시설로써 쓰인다. 윈드에너지의 에너지소스로써의 이용에 있어서는 주로 많은수의 터빈이 좁은 지역에 다수가 같이 건설된다. 마치 윈드 농장-풍력 발전 단지-보이게 된다. 최근의 전력 공급자는 풍력발전 단지를 수요자에게 전력을 공급하기 위하여 건설하게 된다.

환경적 측면의 논의: 윈드에너지는 환경에 단지 작은 영향밖에 없으므로 그린 에너지테크놀로지로 여겨진다. 윈드에너지 시설은 어떤 대기오염이나 온실효과를 발생시키는 개스를 발생하지 않는다. 그러나, 어떤 방식으로의 에너지 생성은 환경적인 부작용을 가지기 마련이다.

• 미적인 측면에서의 부작용; 미적측면의 부작용은 터빈의 구조물의 공간 차지나 디자인에 의한것이다.
• 조류나 다른 야생동물; 윈드터빈의 구조물들은 조류나 야생동물에게 영향이 있을수 있다.
• 지구온난화; 윈드에너지는 지구온난화에 맏설수 있다. 윈드 터빈은 그린하우스 개스 등의 어떤 개스도 방출하지 않는다.
• 번개; 현재 진행중인 연구와 작동에서의 쌓인 경험은 번개와 윈드터빈의 관계를 이해 할수 있게 한다.
• 소음; 다른 기계적 시스템과 같이, 윈드터빈도 약간의 소음을 발생한다. 최근에 기술자들은 터빈의 소음을 줄이기 위해 디자인을 수정하기도 한다.
• TV/라디오 전파 장애; 과거에 금속으로 제작된 윈드 터빈 날은 TV/라디오 전파의 장애를 일으켰다. 최근에는 윈드터빈날은 금속이 아니라 금속 합금으로 제작되어 전파 장애는 잘일어나지 않는다.

유럽의 풍력 이용

세계의 90% 윈드터빈 제작자가 유럽에 있다. 그들의 연간 에너지 산출량은 백만 유로이상이다. 윈드에너지는 경제적 측면으로도 나앗으면 나앗지 결코 떨어지지않는다. 대부분의 에너지 생산단가는 시간이 지남에 따라 올라가는 반면 윈드 에너지의 비용은 점점 내려간다.

지난 6년동안 유럽의 윈드에너지 설비는 거의 40%정도 늘어나고 있다. 최근의 유럽은 윈드에너지에의한 전력생산으로 5백만정도의 지역전력을 충당한다. 윈드에너지 사업은 2010년 까지 약 60,000MW의 생산능력을 갖추는 것을 목표로 하고있다. 이는 약 7500만 유럽인에게 공급할 전력량이다.

As long ago as 1991 the European Wind Energy Association (EWEA)calculated that the development of wind energy on a European basis at a responsible rate would yield 4,000 MW by the by the year 2000. But by the end of 1997, when more than 4,600 MW had been installed in Europe, EWEA doubled its earlier target to 8,000 MW by the year 2000. In fact, more than 9,500 MW were installed in Europe before the end of 1999.

In 1997, the EWEA also set a target of 40,000 MW installed capacity by the year 2010. In September 2000, it decided to increase the target for 2010 to 60,000MW to reflect the past rates of growth.

The new EWEA targets are as follows:

YEAR MW Installed Of which Offshore
2010 60,000 5,000
2020 150,000 50,000

VAWT 기술 요약

	VAWTs에는 두 가지가 있다: 양력(lift) 기초 설계와 저항력(drag) 기초 설계이다. 닻형 (drag) 설계는 물에서 카누를 젓는 데 사용되는 패달과 같은 작용을 한다. 물속에 카누를 젓는데 사용되는 패달이 얇지 않다고 가정하면, 최대 속도는 패들에 항력이 만들어 내는 것과 같은 속도에 해당한다. 바람에 대해서도 같은 크기로 작용한다. 풍속 측정으로 주로 사용되는 삼배 풍속계가 닻형 수직선 바람 터빈이다. 배의 속도가 바람의 속도와 같다고 가정하면, 기구가 정점 속도 비율(TSR) 1로 작동한다고 볼 수 있다. 배의 끝은 바람보다 더 빠를 수 없기 때문에 TSR은 언제나 1 이하이다.
A cup anemometer is a drag-type vertical axis wind turbine

VAWT 설계가 저항력(drag)형인지 리프트(lift)형 인지 결정하는 좋은 방법은 TSR이 1보다 더 높은 지를 보는 것이다. 1이하라면 저항력형이고, 그 이상이면 리프트형을 의미한다. 리프트형 설계가 보통 더 많은 에너지와 효율을 생산한다.

The Savonius: 효과적인 저항력형(Drag Type) VAWT

아직 까지는저항력형 VAWTs이 유용하게 사용된다. 그것들은 양동이( buckets) 나 노(paddle), 돛(sails) 그리고 기름통(oil drums)과는 아주 다른 방식이다. 그 것의 Savonius 회전기는 위에서 보았을 때 S자 모양으로 되어있고, 핀란드에서 기원한 것으로 보인다. 효율적인 Savonius 터빈은 TSR 값 1을 넘기는 하되 많이 초과하지는 않는다. 이러한 설계들은 비교적 느린 속도로 돌지만, 높은 회전 우력(廻轉偶力) 을 낸다. 이것들은 알갱이를 부수거나 물을 끌어올릴 때 이외에 다른 여러 가지 일에 유용하게 사용될 수 있지만, 전기 발생 장치로써는 그다지 좋지 못하다. 1000 이상의 정격 회전 속도 (RPM, Revolution Per Min) 에서는 전기를 발생하기에 좋지만, 저항력형 VAWT는 주로 100 RPM이하로 돌려준다. 감속기(gear box)를 사용할 수 도 있으나 그런 경우 효율이 저해되고 기기가 잘 가동되지 않게 될 수도 있다.

Stacked Savonius rotor

낮은 정격 회전 속도의 VAWT를 건설하고 에너지 산출을 추정해보고자 한다면, 기계가 무거운 것을 들어 올리도록 해본다. 1마력(hp)은 550 ft- pounds/sec 이다. 만약1초안에 100 pound를 5.5 ft 들어 올렸다면, 그것이 1 마력에 해당된다. 에너지 산출량을 계산하기 위해 회전 우력( torque)이나 정격 회전 속도 (RPM) 등을 측정할 수도 있을 것이다.

마력= 회전 우력 ´ 정격 회전 속도 / 63000

회전 우력 (inch x pounds) (1 hp = 746 watts)

Darrieus 양력형(Lift Type) 수직축 기계

	"교반기"처럼 생긴 양력형 수직축 기기는 프랑스인인 Darrieus 에의해 고안되었다. (1927) 각 날은 사인 곡선을 그리는 큰 회전 우력( 그리고 에너지) 을 내며 - 자전거의 크랭크처럼 - 회전당 2회만 최대 상승 회전 우력값을 보인다. 이것은 HAWT에서는 볼 수 없는 것이다. 그리고 날이 긴 VAWT는 운영시 생기는 빈번한 진동을 조절해야 한다. 예를 들면, 현장에 설치된 500 kW 양날 수직형 터빈은 작동 속도에 빠르게 도달할 때 조작상 피해야 하는 2, 3개 정도의 회전 속도가 있다. 잘 디자인된 HAWT는 이런 문제가 없다.
DOE's 500-kW variable speed Darrieus machine

VAWT기기는 높은 고도의 바람을 얻기 위해 타워에 높게 설치하기가 쉽지 않다. 이러한 이유로 이 기기는 주로 낮고 난류인 바람을 받게 되어 더 해로운 바람으로 생산이 저하될 수도 있다.

터빈을 세울 때, 주로 Guy cable이 사용되는데, 이것은 주요 터빈을 지지하는 부분들에 대해 큰 추진력을 제공하기도 한다. 지지대를 잘 선택해주는 것이 중요하다. 모든 종류의 터빈들이 그렇듯이 주 지지대를 대체하면 터빈이 손상될 수 있다.

다른 수직 축 리프트 형

	Darrieus의 1927년 특허는 Giromill 이라고 불리는 수직축의 직선형 날로 된 기기를 다루고있다.(왼쪽 사진 참조) cycloturbine (왼쪽 아래)라고도 불리우는 변형된 형태의 Giromill은 풍신기를 사용해서 풍차 날개 회전을 기계적으로 조절해주어 작용을 변화 시킨다. 수직형 터빈에 대한 참조문을 찾기는 쉽지 않다. Albuquerque, New Mexico 에 있는 샌디아 국립 연구소의 풍력 에너지 부에서는 Darrieus 수직형 기술에대해 연구하고 있으며, 수직 날형 VAWT에대한 연구는 NREL에 있는 국립 풍력 기술 센터에서 이루어지고 있다.(링크 참조) VAWTs는 풍력 터빈 시장에서 상업적으로 잘 사용 되지는 못했다. 몇 해 동안 상업적으로 시장에 소개되어진 것은 cylco- turbine이다. Giromills는 지속적인 연구를 통해 더욱 개발되어야 한다. 1997년 여름, 미국 Darrieus VAWT사는 파산했다.
McDonnell Aircraft Vertical Axis Giromill
ASI/Pinson Cycloturbine

풍차에 대한 동력 생산 기본 원리

풍차의 터빈에 의한 생산량은 회전기에 의해 만들어지는 바람 속도에 따라 달라진다. 이러한 관계는 동력 곡선 그래프로 나타내어질 수 있다.(그림).

"등급이 매겨진 풍속"이란 "등급화된 파워"가 최대 전환 효율에 가까워졌을 때 그 등급의 동력에서의 풍속을 말한다. 많은 시스템에서 등급 매겨진 풍속 이상에 대한 동력 생산량은 시스템을 안정되도록 조절하기 때문에 전자 및 기계적으로 같은 수준으로 유지되어 나타난다.

풍속이 낮을 때에는 동력 생산도 뚜렷하게 감소 된다는 것에 주목해야 한다. 이것은 풍속이 2배 증가함에 따라 동력은 8배 증가한다는 세 제곱 힘의 법칙에 의해 설명될 수 있다. (풍속이 반으로 줄 때 동력은 8배 감소한다.)

동력 곡선에 의해 한 위치에서의 평균 풍속에서 생산되는 동력의 양을 대략적으로 구할 수 있다. 위의 예에서, 풍차는 평균 15mi/h 의 풍속에서 그 등급 동력의 약 20%를 생산한다. (풍차의 터빈이 100 kW이면 20Kw 생산) 이것은 대부분 요즘 풍차들보다 다소 낮은 수치이다.

풍력터빈의 에너지 생산이 동력(Power)의 생산과 다른점은 무엇인가?

풍력터빈이 일정 속도의 바람속에서 생산하는 동력으로써 구분되긴하지만, 한지역에서 풍력터빈의 효율을 특징짓는 중요한 잣대는 연간 에너지 생산량이다.

다음의 식에서,

에너지 = 동력 x 시간

풍력터빈이 일정한 동력을 만들어내는 일정 시간 시간은 동력만큼이나 중요하다는 뜻이 된다. 그리고 대부분의 풍력 터빈은 단몇분 혹은 몇초안의 짧은시간에 큰 동력 발생을 위해 만들어지진 않는다. (아주 특별한 경우를 제외하고는). 풍력터빈의 에너지는 Kwh로써 나타내며, 이는 일정시간(1시간)에 생산하는 동력의 양이다.

풍력 터빈의 에너지 생산 능력의 가장 원초적인 잣대는 터빈날개의 지름이다. 또한, 이 날개가 쓸고 지나가는 면적을 Capture Area 라 한다. 윈드터빈은 대략 100kw 정도의 출력을 가지고 있으나 로터의 지름이 너무나 작으면 시속 40Km(초속 18m) 정도의 바람이 없으면 충분한 동력을 얻지 못하고, 적절한 연간 에너지생산량 산출에 적합한 '동력' 또한 충분한 시간에 얻지 못한다.

윈드터빈의 용량을 결정짓는 요인중 하나인 연간 평균 바람 속도를 알 때 신뢰할수 있는 연간 에너지 생산량을 계산할수 있다. 만일 윈드 터빈이 연간 일정한 양의 동력을 만들어 낸다면 연간 윈드터빈의 에너지 실제적 에너지 산출인 용량 인자는 에너지 산출로 나뉘어 구한다. 적합한 에너지 용량 인자는 0.25 에서 0.30 정도이며 적절한 에너지 인자는 0.40 이다.

NOTE : 용량 인자는 평균 풍속에 매우 민감하다. 추정되는 연감 에너지 결과를 계산할 때, 일정한 평균풍속을 가지는 지역에서의 용량요소를 아는 것은 매우 중요하다.

만일 용량 인자가 없다면, 윈드 터빈 동력 곡선을 연간 에너지 산출에 이용할 수 있다. 동력 곡선을 사용하면, 일정지역 일정 풍속에서의 예견된 에너지 산출을 찾을수 있다. 대지의 평균 바람 속도에 생산한 동력의 백분율을 계산하는 것에 의하여 , 한 지역에서 윈드터빈의 용량이자을 대략 적으로 알아낼수 있다. 그리고 용량 인자로써 구해진 동력을 일년을 시간으로 바꾼 값(8760)과 곱하여 순수 연간 에너지 생산량을 추측 할 수 있다. 예를 들면, 평균 풍속 15mph 에서 20kW를 생산하는 터빈의 에너지는 다음과 같다:

100 kW (RP) x .20 (RCF) = 20 kW x 8760 시간 = 175,200 kWh

사실, 세제곱 멱급수 법칙(cubic power law) 에의해 연간 에너지 생산량은 대부분의 지역에서 다소 높게 나타난다. 이것은 풍력 분포에 의해 결정되는데, 이는 연중 다양한 풍속의 변화를 백분율로 나타낸 시간을 의미한다. 한 지역에서의 정확한 데이터가 부족하면, 두가지의 바람의 분포가 터빈의 에너지를 계산하는 데 쓰이게 된다. Weibull distribution 과 a variant of the Weibull는 높은 평균풍속에서 Rayleigh distribution이 보다 정확하다고 생각된다. 윈드 터빈의 에너지는 터빈 디자인 같은, Cut-in 속도혹은 동력을 생산하기 시작하는 풍속등(만일 cut-in 풍속이 평균풍속 보다 훨씬 작다면 그 문제는 고려하지 않아도 된다.), 부수적 특징에 많은 영향을 받는다. 낮은 속도 on-off 사이클링 , shut-down 행동 , 그리고 전반적인 신용 특성을 관리함으로써 , 제네레이터나 기어박스 같은 drive train components의 효율 범위에서의 풍속일 때 동력을 산출하는 효용성을 결정한다. 이와 같은 부수적 요인은 에너지 생산을 증대시킬 다른 방법을 찾을 때 절대 과소 평가 되어서는 안된다. 최근의 미국의 풍력 산업은 10에서 25% 이상까지의 연간 에너지 생산을 증가시킬 목적으로 날모양의 터빈 추차를 사용하기 시작했다. 이 증가는 풍력으로 인한 에너지 생산비용을 크게 감소시키는데 기여했고, 미국내에 많은 지역에서 풍력 사용을 가능하게 하였다.

풍력 자원 평가의 기본 원리

풍력 자원에 대한 평가는 해당 지역에서 풍차의 성능을 기획하는데 있어 중요한 요소가 된다. 바람이 불면서 만들어지는 에너지는 그 바람의 속도에 세 배 비례한다. 즉, 바람 속도가 2배가 되면 에너지는 8배 증가하게 되는 것이다. 그리고 바람 그 자체는 지속적이고 안정된 상태로 흐르지 않는다. 일일 중 시간대, 계절, 지상 고도, 지형에 따라 바뀐다. 큰 장애물로부터 멀리 떨어져 있는 곳에서 바람이 불도록 위치를 정하는 것이 풍차의 성능을 향상시킬 수 있다.

일반적으로, 풍속이 년 평균 5 m/s (11 mi/h) 정도가 되면 grid-connected applications 가 사용된다. 년 평균 3-4 m/s (7-9 m/h) 에는 전지를 충전해 주거나 물을 공급해주는 non-connected 전자 및 기계 장치들이 사용된다. 세계의 많은 곳에 이 수치를 넘는 속도의 풍력 자원이 있다.

풍력 밀도는 사용될 위치에서 풍력 자원을 평가하는데 유용한 방법이다. W/m2로 측정되는 풍력 밀도는 그 위치에서 풍차에 의해서 전환되어지는 에너지의 양을 나타낸다. 2개 표준 바람 측정 높이에 대한 풍력 밀도를 아래 표와 같이 분류하였다. 지상 고도가 증가함에 따라 풍속도 서서히 증가한다.

Classes of Wind Power Density at 10 m and 50 m(a)
.	10 m (33 ft)		50 m (164 ft)
Wind Power Class	Wind Power Density (W/m2)	Speed(b) m/s (mph)	Wind Power Density (W/m2)	Speed(b) m/s (mph)
1	<100	<4.4 (9.8)	<200	<5.6 (12.5)
2	100 - 150	4.4 (9.8)/5.1 (11.5)	200 - 300	5.6 (12.5)/6.4 (14.3)
3	150 - 200	5.1 (11.5)/5.6 (12.5)	300 - 400	6.4 (14.3)/7.0 (15.7)
4	200 - 250	5.6 (12.5)/6.0 (13.4)	400 - 500	7.0 (15.7)/7.5 (16.8)
5	250 - 300	6.0 (13.4)/6.4 (14.3)	500 - 600	7.5 (16.8)/8.0 (17.9)
6	300 - 400	6.4 (14.3)/7.0 (15.7)	600 - 800	8.0 (17.9)/8.8 (19.7)
7	>400	>7.0 (15.7)	>800	>8.8 (19.7)

(a) 풍속의 세로 외삽은1/7 에너지 법칙에 의한 것이다.
(b) 평균 풍속은 같은 풍력 밀도에 대한 Rayleigh 속도 분포에 따른 것이다. 풍속은 표준 해면을 기준으로 한다. 에너지 밀도를 유지하기 위해 고도가 증가하면서 3%/1000 m (5%/5000 ft) 씩 풍속을 증가시킨다.
(Battelle Wind Energy Resource Atlas 참조)

http://www.awea.org/faq/basicwr.html

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일반적으로, 4이상의 풍급을 나타내는 곳은 큰 규모의 풍력 공정에 사용된다. 산업과 미국 정부에 의해 이루어지는 연구에서는 좀 더 온화한 풍속의 지역에 grid connected 풍력 기술의 실용화를 확장하고 있다.

Wind Turbine Glossary

Anemometer: Measures the wind speed and transmits wind speed data to the controller.

Blades: Most turbines have either two or three blades. Wind blowing over the blades causes the blades to "lift" and rotate.

Brake: A disc brake which can be applied mechanically, electrically, or hydraulically to stop the rotor in emergencies.

Controller: The controller starts up the machine at wind speeds of about 8 to 16 miles per hour (mph) and shuts off the machine at about 65 mph. Turbines cannot operate at wind speeds above about 65 mph because their generators could overheat.

Gear box: Gears connect the low-speed shaft to the high-speed shaft and increase the rotational speeds from about 30 to 60 rotations per minute (rpm) to about 1200 to 1500 rpm, the rotational speed required by most generators to produce electricity. The gear box is a costly (and heavy) part of the wind turbine and engineers are exploring "direct-drive" generators that operate at lower rotational speeds and don't need gear boxes.

Generator: Usually an off-the-shelf induction generator that produces 60-cycle AC electricity.

High-speed shaft: Drives the generator.

Low-speed shaft: The rotor turns the low-speed shaft at about 30 to 60 rotations per minute.

Nacelle: The rotor attaches to the nacelle, which sits atop the tower and includes the gear box, low- and high-speed shafts, generator, controller, and brake. A cover protects the components inside the nacelle. Some nacelles are large enough for a technician to stand inside while working.

Pitch: Blades are turned, or pitched, out of the wind to keep the rotor from turning in winds that are too high or too low to produce electricity.

Rotor: The blades and the hub together are called the rotor.

Tower: Towers are made from tubular steel (shown here) or steel lattice. Because wind speed increases with height, taller towers enable turbines to capture more energy and generate more electricity.

Wind direction: This is an "upwind" turbine, so-called because it operates facing into the wind. Other turbines are designed to run "downwind", facing away from the wind.

Wind vane: Measures wind direction and communicates with the yaw drive to orient the turbine properly with respect to the wind.

Yaw drive: Upwind turbines face into the wind; the yaw drive is used to keep the rotor facing into the wind as the wind direction changes. Downwind turbines don't require a yaw drive, the wind blows the rotor downwind.

Yaw motor: Powers the yaw drive.

Documents

Industrial-Scale Wind Power in China by Debra J. Lew+, Robert H. Williams+, Xie Shaoxiong* and Zhang Shihui*

http://solstice.crest.org/renewables/wind/

Publications Links

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DOE Information Bridge http://www.doe.gov/bridge/home.html
National Wind Coordinating Committee Publications http://www.nationalwind.org/pubs/default.htm
National Wind Technology Center Technical Publications http://www.nrel.gov/wind/library.html
Wind Power Monthly http://www.wpm.co.nz/
WindStats http://www.gridwise.com/windstats

Wind Energy Links

Wind Energy Associations and Organizations

American Wind Energy Association, US http://www.awea.org

British Wind Energy Association http://www.bwea.com

Canadian Wind Energy Association http://www.canwea.ca
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European Wind Energy Association http://www.ewea.org
Irish Wind Energy Association http://www.iwea.com

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National Wind Coordinating Committee, US http://www.nationalwind.org
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Utility Wind Interest Group, US http://www.uwig.org

Research Laboratories

DEWI, German Wind Energy Institute http://www.dewi.de
ECN, Netherlands Research Foundation http://www.ecn.nl/main.html
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National Renewable Energy Lab's National Wind Technology Center, US http://www.nrel.gov/wind
Risø National Laboratory, Denmark http://www.risoe.dk
Rutherford Applet‎on Laboratory, Energy Research Unit, UK http://www.rl.ac.uk/departments/tec/eru.html

Sandia National Laboratories, US http://www.sandia.gov/Renewable_Energy/wind_energy/homepage.html

University Wind Energy Research Programs

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