[수직축 발전기]	[수평축 발전기]

수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만 소재가 비싸고
수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음
수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음
중대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100㎾급 이하 소형은 수직축도 사용됨


운전방식 따른 구분

[Geared형 풍력발전시스템]	[Gearless형 풍력발전시스템]

• 대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형 발전기기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가 장착되어 있는 형태임
• 증속기(Gear Box :적정속도로 변환)필요, Inverter 불필요
• 정속 : 발전기 주파수를 올려 한전계통에 적합한 60Hz 맞춤
• 대부분 정속운전 유도형 발전기 사용
• 유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치 장착
• 회전자→기어증속장치→유도발전기(정전압/정주파수)→한전계통
  

• 대부분 가변속 운전동기형(또는 영구자석형) 발전기기를 사용하는 풍력발전 시스템에 해당되며 다극형
  동기발전기를 사용하여 증속기어 장치가 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive 형태임
• 가변속 : 한전계통 주파수와 맞지 않기 때문에 Inverter 필요
• 가변속운전 동기형(또는 영구자석형)발전기 사용
• 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어장치 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive형태임
• 발전효율 높음(단독 운전의 경우 많이 사용되나 유도발전기보다 비싸고, 크기도 큰 단점있음)
• 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→한전계통
  

• 주) Hub : 블레이드가 모인 중심부분
• 주) Nacelle : gear box, generator 등이 있는 구동실
  

• 기어형
  
  
  • 회전자 →기어증속장치 → 유도발전기(정전압/정주파수) → 한전계통
    
    
• 기어리스형
  
  • 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→ 한전계통

• Pitch controll
  • 날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어(경사도 조절장치는 유압으로 작동. 장기간 운전시
    유압장치실린더와 회전자간의 기계적 링크부분 손상우려되며, 빠른 풍속변화시 순간적피크발생으로
    시스템손상우려)
    
    
• Stall(失速) controll
  • 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에 의한 제어로 고효율 발전량생산 및 기계적 링크가 없어 유지보수 수월 (피치각에 의한 능동적 출력제어 못하므로 과출력가능성 존재하며, 제동효율 좋지못함. 복잡한 공기역학 설계적용 필요)
    
    

• 유럽을 중심으로 시스템의 대형화에 초점을 두고 2MW는 상용화 단계이며, 4.5MW는 시험중이고 독일에서 5MW의 슈퍼 터빈을 개발중.
• 미국은 DOE를 중심으로 첨단 풍력발전기 개발에 중점 지원
• 제작기술의 발달로 풍력발전단가는 1980년도 5센트/kWh에서 현재 4센트/kWh 수준
• 설치비도 1980년대 3,000달러/kWh에서 현재 750∼950달러/kWh 수준

• 세계시장은 1989년 이후 매년 증가하고 있으며, 2003년 풍력발전 보급시장은 최근 5년간 31.7%의 높은 신장추세를 보이고 있음.
• 2003년까지 미국,유럽이 전세계 풍력발전기 보급량의 89.8% 차지함.

• * 연평균 증가율 26.5%
• * 자료출처 : Windpower Monthly

• 2005년에는 18,449MW(2000년)의 3.5배인 63,769MW 보급예상하고 있음.
• 세계 주요 국가의 판매량은 내수용보다 수출량이 많으며 특히 일본의 수출률은 96%임.

• * BTM Consult ApS - March 2004

• '88년부터 2004년까지 35과제에 39,136백만원을 투자하였으며 그중 25,927백만원을 정부에서 지원
  [표- 연구비 지원현황]
  
  

  구분＼년도		'88∼2000	2001	2002	2003	2004	계
  과제수	신 규	8	8	2	4	13	35
  	계 속	9	3	7	4	1	24
  	계	17	11	9	8	14	59
  사업비(백만원)	정 부	6,478	4,485	3,254	3,739	8,312	25,927
  	민 간	5,515	1,726	2,011	1,877	2,243	13,209
  	계	11,993	6,211	5,265	5,616	10,555	39,136

  
  

  기술개발 현황 및 동향

  • '90년대 초에 대학과 연구원을 중심으로 기초연구 및 소형풍력시스템 연구를 시작한 이래 '90년대 중반부터
    본격적으로 기술개발 수행
    
    • 1단계('88∼'91) 사업으로 전국 64개 기상청 산하 기상관측소, 일부지역의 도서 및 내륙 일부지역에서
      관측된 풍속과 풍향자료를 이용한 풍력자원 특성분석 이루어짐
    • '93년부터 한국에너지기술연구소가 제주 월령에 풍력, 태양광 및 태양열 시설을 포함한 신재생에너지 시범단지를 조성, 100㎾ 풍력발전기 1기와 30㎾ 풍력발전기 2기를 설치, 계통선에 연계 운전중임
      
    • 1단계 사업기간에 한국과학기술원이 20㎾ 소형 수평축 풍력발전기를 국산화하려는 연구개발을 시도하였고, 2단계('92∼'96) 사업기간에는 복합재료 분야의 전문업체인 한국화이바가 한국형 중형급 수직축 300㎾풍력발전기 개발
    • 한국화이바에서 중대형급(750㎾급) Gearless Type (Direct Drive Generation)수평축 풍력발전기
      (브레이드) 개발완료(2001년)
      
    • (주)효성에서 풍력발전 시스템용 증속기 및 유도 발전기 개발완료(2001말 종료)
      
    • 한국전기연구원에서 750kW급 제어 및 계통연계장치 개발(2002말 종료)
      
    • 주)우리들에서 50kW급 풍력,태양광,디젤복합발전 시스템개발중 (2003.5월종료)
      
    • (주)효성과 유니스산업(주)에서 750kW급 기어드 및 기어리스 풍력발전시스템 국산화 기술개발 완료
    • 1∼2MW급 중대형 풍력발전 시스템 개발 추진중(2004년∼ )

  
  향후 기술개발 추진계획

  • 풍력발전시스템 구성에 필요한 요소기술개발 및 시스템 개발 지속 추진(추진중)
    • 국산화 차원의 기술개발
    • 풍력 발전 패턴별 (예: Gearless Type, Geared Type등) 부문별 기술개발내용 추진
      • Geared Type(증속기) 기준의 풍력발전시스템 제어 및 계통연계장치 개발
      • Gearless Type기준에 적용되는 동기발전기 개발
    • 관련요소기술간의 System Integration 기술개발 및 확보
      
  • 풍력단지 용량별 계통연계 기술 및 설비의 표준화
    
  • 국내 풍력발전 시스템 표준성능시험 기술 개발
    
  • MW급 이상 대용량 발전 시스템 개발
    • 내륙 : 남북한, 시베리아, 해외수출
    • Offshore : 국내해안지역, 수출 목표 연구
      

  • ※ 해양(Offshore) 풍력발전
    • 해양풍력발전 : 해안에서 떨어진 10여m 깊이의 바다위에 설치
    • 스웨덴, 덴마크등 유럽에서는 90년대부터 시작하여 2000년말 현재 총 88기(설치용량 86MW)설치
      • 덴마크 Tuno : 총 5 MW (500kW×10기)
      • 덴마크 Middelgrunden : 총 40MW (2,000kW×20기)
    • 국내에서는 서해안이 유망 후보지역