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먼저
설명 항목에서, 바람의 에너지와 파워에 대해서 설명했지만, 그러면 실제로, 풍력
발전 시스템에서는, 어느 정도의 전기가 얻어지는 것인지에 대해서 생각해 봅니다.
바람의 에너지를 마지막으로
전기에너지로 변환하려면, 몇 단계가 있고, 각 단계에 있어서 loss가 생기기 때문에, 실제로 쓸만한 전기량은, 바람이 가지는 에너지의 일부가
됩니다.
우선, 바람의 에너지를 풍력 발전기의 braid에 의해 회전 운동에너지로 변환하는 효율에 대해서, 바람의
흐름이 가진 에너지를 100% 이용하려면, 바람이 가진 운동에너지가 제로로 끝나게 됩니다. 이것은 풍력 발전기에 의해 바람의
흐름을 완전히 막아버리기 때문에 바람이 갈 곳이 없어져 버립니다.
( 즉, 풍력 발전기에 바람이 일절 유입할 수 없는
상태가 됩니다).
또 반대 견지에서 생각하면, 전항의 설명과 같이, 바람의 에너지는, 풍속의 3승으로 비례하기에, 가능한
조금이라도 큰 풍속의 바람이 풍력 발전기를 통과하는 것이 바람직합니다, 이유는, 가능한 바람을 부드럽게 풍력 발전기의
후방에 받아 넘겨 줄 필요가 있습니다.
이러한 단순한 원리부터도, 어느 정도 바람을 후방에 에너지를 통과시켜
주는 것이 효율적이 되는 것인지, 비효율적인지는 정확히
좋은 포인트가 어느 것인지를 생각해 볼 필요가 있습니다.
이 것에 대해서 이론 적으로 해석하면, 바람
에너지를 운동에너지에
가장 효율 적으로 변환하려면, 풍력 발전기의 후방 쪽 풍속이 3분의 1에 저하하도록 한 경우에, 그 때의 최대 효율은, 약59.3%인 것이 증명되고 있습니다.
(이것을 벳츠의 법칙(
벳츠 한계 )라고 부르고 있습니다).
앞에서 말한 값은, 이론 적으로 제출된 이상적인
한계치이고, 실제의 풍력 발전기용 풍차에 있어서는, 20∼45% 정도의 에너지 변환 효율이 되고 있습니다.
일반적으로 고
효율형의
풍차는, 고속 회전형이 되기 때문에, 소음이나 수명, 안전성을 고려하는 경향이 있지만
폭넓은 풍속력에 유연한 성능을 발휘하는 목적 등에는 적절하지 않을 수 있습니다.
그러나
풍력발전기는 반드시 최대 효율만을 우선한 풍차 디자인이 채용될 수는 없습니다.
기타, 발전기나 송전 등에 의한 전기적인 효율, 회전력의 전달 등의 기계적 효율 등이 있지만, 이러한 에너지 효율(변환 효율이나
전달 효율)은, 대개80∼95% 정도와 앞에서 말한 풍차 효율과 비교하여 큰 값이 되게
설계되고 있습니다.
결론 : 풍력 발전에
의해 얻어지는 전기 에너지량은, 풍차가 받는 바람 에너지의 대강 10∼35% 정도입니다.
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바람의 에너지나 파워는, 풍속의 3승으로 비례하기에, 풍속 즉시에 풍력
발전기의 출력도 크게 변동하게 됩니다. 실제의 자연의 바람은, 항상 풍속이 변화하고, 또 일 격차나 계절 격차도 큰 것이 일반적이고, 항상
풍속이 일정하고 안정된 바람이 얻어지는 듯한 환경은 없습니다. 따라서, 풍력 발전기의 발전 특성도 시간 변동이나 일 격차, 계절 격차가 대단히
큰
발전 특성인 것이 특징입니다.
풍력 발전 시스템을 계획하는 데 있어서, 조금이라도 큰 풍속이 얻어지는 장소를
선정하는 것은 매우 중요한 것입니다. 또 그렇지 않아도 변동이 심한 발전 특성의 풍력 발전이므로, 풍속이나 풍향의 변동이 적은 안정적인 바람이
얻어지는 장소를 선택하는 것도 중요하고, 특히 풍향 변동이 큰 장소로는, 풍차에 손상도 비약적으로 커지고, 수명을 줄이는 것뿐만 아니라
매우 위험하기 때문에, 주의하여 주십시오.
결론
: 풍력 발전은, 변동 격차가 심한 발전 특성이 있습니다.
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