자연 [펌]획기적인 소형풍력발전을 가정에서도 가능하게

[나무늘보]

요새 풍력발전기에 관심이 많아서 자료를 찾다가보니 자연에 피해를 주지 않고

사용할 수 에너지가 많이 있다는 걸 새삼 깨닫게 됩니다. 좀 더 획기적인 풍력발전기의

모습이 곧 출현하지 않을까 하네요. ^^

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일본에서 최근 개발된 신형 소형풍력발전기에 대한 기술해설자료를 번역해 보았습니다.

대기중 흩어진 바람을 모아 가속시켜 보다 강한 바람을 풍차날개에 대어 발전효율을 크게 높이는 신형 타입의 집풍식 소형풍차로서 바람이 가진 낮은 에너지 밀도와 불규칙성이라고 하는 단점을 극복하여 깨끗하고 무진장한 자연에너지로서의 장점을 양(量)과 질(質) 모두 많이 발휘할 수 있는 고출력의 풍력발전기 입니다. 발전량이 종래의 같은 날개 직경을 가진 풍력발전기에 비해 2~5배까지 출력을 얻을 수 있다고 합니다.

            획기적인 소형풍력발전을 가정에서도 가능하게

1. 取り組みの背景は？

     개발의 배경은 ?

化石燃料の枯渇や地球環境問題を背景に、クリーンで再生可能な風力エネルギー利用への期待が高まっています。風車の大型化、大規模ウィンドファームの建設が進む一方、小型風車も徐々に一般社会に浸透し始めています。公園の街灯の上や山小屋の前でクルクルまわる風車を見ると、自然の風を感じることができて心が和むことでしょう。小型風車をより身近で実用的に利用するためには、弱い風でも効率よく利用エネルギーに変換することが重要です。

水力発電がダムによって水のエネルギーを集中させることで成り立つように、風力発電においても、地形や構造体の流体力学的性質をうまく利用して風エネルギーを集中させることができれば、風車の発電能力は飛躍的に増大します。そこで風を集めて加速させ、より強い風を風車翼にあて、発電効率を大きく高める新タイプの集風式小型風車の研究開発に取り組みました。

화석연료의 고갈이나 지구환경문제를 배경으로, 깨끗하고 재생가능한 풍력에너지 이용에의 기대가 높아지고 있습니다. 풍차의 대형화, 대규모 Wind Farm(풍력단지)의 건설이 진행되는 한편, 소형풍차도 서서히 일반사회에 침투하기 시작하고 있습니다. 공원의 가로등 위나 산속 오두막의 앞에서 빙글빙글 도는 풍차를 보면, 자연의 바람을 느낄 수 있고 마음이 누그러지겠지요. 소형 풍차를 보다 친밀하고 실용적으로 이용하기 위해서는, 약한 바람에서도 효율적으로 이용가능한 에너지로 변환하는 것이 중요합니다.

수력발전이 댐에 의해서 물의 에너지를 집중시키는 것으로 성립되듯이, 풍력발전에 대해서도, 지형이나 구조체의 유체역학적 성질을 잘 이용해 바람에너지를 집중시킬 수 있으면, 풍차의 발전능력은 비약적으로 증대합니다. 거기서 바람을 모아 가속시켜, 보다 강한 바람을 풍차날개에 대어 발전효율을 크게 높이는 신형 타입의 집풍식 소형풍차의 연구개발에 임했습니다.

本研究開発により、風力発電の低いエネルギー密度と不規則性という短所を克服してクリーンで無尽蔵な自然エネルギーとしての長所を量・質ともに大いに発揮することができる高出力の風力発電システムの実現を目的としました。

본 연구개발에 의해, 풍력발전이 낮은 에너지 밀도와 불규칙성이라고 하는 단점을 극복하여 깨끗하고 무진장한 자연에너지로서의 장점을 양·질 모두 많이 발휘할 수 있는 고출력의 풍력발전시스템의 실현을 목적으로 했습니다.

2. どんな研究？

     어떤 연구 ?

▒ 高出力風レンズ風車の開発

   고출력 바람렌즈 풍차의 개발

風車は風力エネルギーを別のエネルギーに変換するため、効率よく風を受けることができれば利用エネルギーも大きくなります。この時の発電量は風車が受ける風速の３乗に比例します。そこで虫メガネで太陽光を一点に集中するように、風を集中させる集風体「風レンズ」の研究開発を行いました。これは風車を覆うディフューザとその出口周囲につけたフランジ状の「つば」から成ります。実用化を考えて単純な構造体となっています。この集風式の新しいタイプの風車を「風レンズ風車」と呼んでいます。

풍차는 풍력에너지를 다른 에너지로 변환하기 위해, 효율적으로 바람을 받을 수 있으면 이용할 수 있는 에너지도 커집니다. 이때의 발전량은 풍차가 받는 풍속의 3승에 비례합니다. 거기서 벌레안경(파라볼라-집광형)으로 태양광을 한점에 집중하듯이, 바람을 집중시키는 집풍체「바람 렌즈」의 연구개발을 시행했습니다. 이것은 풍차를 가리는 디퓨저(Diffuser)와 그 출구 주위에 붙인 플랜지형의 「테두리」로 완성됩니다. 실용화를 고려하여 단순한 구조체로 되어 있습니다. 이 집풍식의 새로운 타입의 풍차를 「바람 렌즈 풍차」라고 부르고 있습니다.

                                                                                                       ( 동영상 보기 )

風レンズ風車は同じロータ径の通常風車に比べ、約５倍の高出力となることが、風洞実験やフィールド試験で実証されています。小さなロータ径で高出力が得られることから、低・中風速地域やこれまで設置が困難な地域にも拡張できます。

바람렌즈 풍차는 같은 로터(날개) 직경의 통상적인 풍차에 비해, 약 5배의 고출력이 되는 것이, 풍동실험이나 필드(야외) 시험으로 실증되고 있습니다. 작은 로터 직경으로 고출력을 얻을 수 있기 때문에, 저·중 풍속지역이나 지금까지 설치가 곤란한 지역에도 확장할 수 있습니다.

▒ 集風加速体(風レンズ)の研究開発

   집풍가속체(바람 렌즈)의 연구개발

風エネルギーの集中化を図るために、風車を筒状の中空構造体で覆うことを考えました。風の中にノズルタイプ(縮小型)とディフューザタイプ(拡大型)の２種類の中空体を置くと、常識的にはノズルタイプの出口が最も風が速くなりそうですが、実験の結果はディフューザタイプの入口で風が最も速くなることがわかりました。

바람에너지의 집중화를 도모하기 위해서, 풍차를 통 모양의 중공구조체로 가리는 것을 고려했습니다. 바람속에 노즐 타입(축소형)과 디퓨저 타입(확대형)의 2종류의 중공체를 두면, 상식적으로는 노즐 타입의 출구가 가장 바람이 빨라질 것 같습니다만, 실험의 결과는 디퓨저 타입의 입구에서 바람이 가장 빨라지는 것을 알 수 있었습니다.

ディフューザの長さを長くすればするほど、その入口での風速は大きくなります。しかし、実用化を考えた場合、ディフューザの長さはある程度短くする必要があります。短いディフューザの入口でさらに風を速めたいと考え、ディフューザ出口の周囲にフランジ状の「つば」を取り付けました。その結果、はるかに大きな増速効果を得ることができました。

디퓨저의 길이를 길게하면 할수록, 그 입구에서의 풍속은 커집니다. 그러나, 실용화를 생각했을 경우, 디퓨저의 길이는 어느정도 짧게 할 필요가 있습니다. 짧은 디퓨저의 입구에서 한층 더 바람을 빨리 하고 싶다고 생각해서 디퓨저 출구의 주위에 플랜지형의「테두리」를 달았습니다. 그 결과, 훨씬 큰 증속효과를 얻을 수 있었습니다.

集風加速装置の風増速メカ二ズムは、つばを付けるとその背後の風下側で強い渦が形成され、ディフューザ出口周辺の空気圧が非常に低くなります。この低圧域によりディフューザ内部に速い流れが引き込まれてきます。風レンズ風車としての性能向上を目指して、ディフューザ入口形状、ディフューザ長さと全体形状、開き角度、つばの最適高さを検討し、さらにディフューザ内で高性能となる風車翼の設計など種々の検討を重ね、集風加速体(風レンズ)としての最適化を行いました。

집풍가속장치의 바람 증속메카니즘은, 플랜지형 테두리를 붙이면 그 배후의 바람 아래측에서 강한 소용돌이(와류)가 형성되어 디퓨저 출구 주변의 공기압이 매우 낮아집니다. 이 저압역에 의해 디퓨저 내부에 빠른 흐름이 끌어 들여져 옵니다. 바람렌즈 풍차로서의 성능향상을 목표로 하고, 디퓨저 입구형상, 디퓨저 길이와 전체 형상, 개방각도, 테두리의 최적높이를 검토 해, 한층 더 디퓨저 내에서 고성능이 되는 풍차날개의 설계 등 여러 가지의 검토를 거듭해 집풍가속체(바람 렌즈)로서의 최적화를 실시했습니다.

3. 今後の展開は？

    향후의 전개는?

本プロジェクトで実用化した風レンズ風車は、小型で500W～3.5kW(定格風速12m/s時)の出力を得られますが、より実用的な風力発電の促進のために数10ｋWから数100kW級の中型風車への適用を目指しています。中型風車への適用を考えて、集風構造体(風レンズ)はほとんどリング状に見えるほどコンパクトなつば付きディフューザとなります。この超コンパクトなつば付きディフューザの最適形状を研究開発しており、これにより従来機に比べ２倍以上の出力増加された中型規模の風レンズ風車が登場することになります。

また小型化・低風速でも出力できることから、従来の設置条件である風況が良い、機材を搬入できる場所、景観被害がないこと、などが緩和されるため、より風力発電の導入促進が可能となります。

본 프로젝트로 실용화한 바람렌즈 풍차는, 소형으로 500W~3.5kW (정격 풍속12m/s 때)의 출력을 얻을 수 있습니다만, 보다 실용적인 풍력발전의 촉진을 위해서 수10kW에서 수100kW급의 중형풍차에의 적용을 목표로 하고 있습니다. 중형풍차에의 적용을 고려해서, 집풍구조체(바람렌즈)는 거의 링(Ring) 형상으로 보일 만큼 컴팩트한 플랜지형 디퓨저가 됩니다. 이 초컴팩트인 플랜지형 디퓨저의 최적형상을 연구개발 하고 있어, 이것에 의해 종래기계에 비해 2배 이상의 출력이 증가된 중형 규모의 바람렌즈풍차가 등장하게 됩니다.

또 소형화·저풍속에서도 출력될 수 있는 것에서, 종래의 설치조건인 풍황이 좋은, 기재를 반입할 수 있는 장소, 경관 피해가 없는 것 등이 완화되기 위해, 보다 풍력발전의 도입 촉진이 가능하게 됩니다.

風力発電の有効利用には高効率な風車の開発に加えて、やはり複雑地形やビルに囲まれた市街地においても、風に恵まれた場所を捜すということが必要です。そのためには局所的な風況場を高精度に数値計算する風況シミュレータ(RIAM－COMPACT)を同時に開発しています。これを用いればピンポイントで最適風況地点が選定できるようになります。

高効率風車の開発と局地風況予測の高精度化を研究開発することにより、無尽蔵でクリーンな風力エネルギーの利用が大きく飛躍することが期待されています。

풍력발전의 유효이용에는 고효율인 풍차의 개발에 박차를 가하고, 역시 복잡한 지형이나 빌딩에 둘러싸인 시가지에 있어서도, 바람에 혜택을 받는 장소를 찾는 것이 필요합니다. 그러기 위해서는 국소적인 풍황장소를 고정밀도에 수치계산하는 풍황시뮬레이터(RIAM－COMPACT)를 동시에 개발하고 있습니다. 이것을 이용하면 핀 포인트(Pin Point)로 최적풍황지점을 선정할 수 있게 됩니다.

고효율 풍차의 개발과 국지풍황예측의 고정밀화를 연구개발 하므로서, 무진장하고 깨끗한 풍력 에너지의 이용이 크게 비약될 것으로 기대하고 있습니다.

※ 동영상 보기

[출처] 획기적인 소형풍력발전을 가정에서도 가능하게 (스트로베일 하우스) |작성자 법꽁