[에너지공학실험]풍력 측정

실험 목적

풍력발전기가 가장 효율적으로 전류를 발생시키는 날개 각도와 개수를 알아본다.

 

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기 역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 장치가 풍력발전 시스템이다. 풍력발전기의 주요 구성 요소로는 날개와 허브로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속장치, 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어장치, 유압 브레이크 장치와 전력제어 장치 및 지지 탑으로 구성되어 있다. 바람이 불면 로터가 블레이드와 함께 돌게 된다. 기어박스가 작동하여 발전기를 돌리고 전기가 발생하게 되는 것이다.

 

실험 기구 및 장치

1. 실험 도구

풍력발전기 키트, 선풍기, 멀티미터

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 풍력발전기 키트를 조립한다.

2) 로터부분을 돌려 날개 각도를 0도로 설정한다.

3) 선풍기를 키고 팬이 돌게 되면 그 전류량을 측정한다.

4) 10°에서 50°까지 회전해가며 어느 각도에서 전류량이 제일 높은지 확인해본다.

5) 날개의 개수를 달리하여 날개가 몇 개 였을 때, 전류량이 제일 높은지 확인해본다.

 

실험 결과

1. 결과 data

날개종류 type(BP-28)		날개 경사각
		0°		10°		20°		30°		40°		50°
날 개 수 (mV)	2개	X	X	X	6.7	X	4.47	X	3.3	0.93	2.63	1.0	2.25
	3개	X	X	X	7.94	1.9	4.5	1.57	3.4	1.43	2.9	1.1	2.4
	4개	X	X	3.38	6.55	2.4	4.65	1.82	3.47	1.3	2.8	1.28	2.45
	6개	X	X	3.2	5.8	2.5	4.4	2.15	3.7	1.75	3.08	1.4	2.62

 

날개종류 type (44)		날개 경사각
		0°		10°		20°		30°		40°		50°
날 개 수 (mV)	2개	X	X	X	6.7	X	3.9	1.3	3.1	1.15	2.5	1.05	2.1
	3개	X	X	X	12.9	1.85	4.1	1.7	3.2	1.5	2.7	1.3	2.3
	4개	X	X	X	11.9	2.4	4.7	1.9	3.5	1.65	2.8	1.3	2.35
	6개	X	X	5.65	9.6	3.55	6.1	2.25	4.0	1.7	3.05	1.5	2.65

 

날개종류 type (63)		날개 경사각
		0°		10°		20°		30°		40°		50°
날 개 수 (mV)	2개	X	X	X	3.4	X	3.2	X	2.6	X	2.1	0.3	1.9
	3개	X	X	X	4.7	0.5	3.4	0.7	2.6	0.7	2.3	0.7	2.0
	4개	X	X	X	5.8	0.7	3.7	0.9	3.0	0.7	2.3	0.7	2.1
	6개	X	X	2.6	8.0	1.5	4.4	1.3	3.4	1.1	2.5	0.7	2.2

 

토의 사항

1. 실험 고찰

실제 풍력발전기는 날개의 수뿐만 아니라 엄청난 질량을 고려해야한다. 실제 풍력발전기와는 다를 수 있지만, 실험결과를 통해서 살펴볼 때 무조건 날개 수가 많다거나 각도가 클수록 많은 에너지를 발생시키는 게 아니라 날개 수별로도 알맞은 각도가 있고, 각 날개 모양마다도 알맞은 날개수가 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 

또, 바람의 방향에 따른 특정각도를 고려해야할 뿐 만 아니라, 지역의 특성까지도 고려해서 바람을 효율적으로 받을 수 있는 시설을 지어야 한다고 생각한다. 무조건 틀어진 각도나 많은 수의 날개가 아닌 무게나, 그 지역에서의 풍향의 세기나 방향 등까지도 고려해야 한다고 생각한다.