[단독/집중기획④] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 풍력 획득 시스템

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자 | 기사입력 2019/07/18 [16:38]

[단독/집중기획④] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 풍력 획득 시스템

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자 | 입력 : 2019/07/18 [16:38]

  

집중기획에너지 패권을 장악할 재생에너지’... 혁명적인 재생에너지 획득 ‘Archista’에 이어 집중기획에서는 인류 에너지 문명을 변혁할 수 있는 혁명적인 재생에너지 획득·생산·공급·저장·재생 시스템인 ‘Archista’가 구현된 첨단 과학 기술들 중 Archista 풍력 획득 시스템에 관한 논문을 세계 최초로 게재한다.

 

 

 

2. Archista 풍력 획득 시스템

 

기술 분야

 

풍력 획득 장치는 바람의 이동을 간섭함으로써 바람의 운동에너지가 풍압으로 작용하고 그 풍압을 기계에너지로 획득할 뿐만 아니라 풍력 발전기의 전체 구조와 운전 효율과 전기에너지 생산량을 결정하는 가장 핵심 기술 요소들 중 하나이다.

 

공기역학적으로, 풍력 획득 장치의 효율은 블레이드의 형태와 크기에 따라, 바람의 충돌방향과 블레이드의 회전방향에 따라, 바람이 블레이드에 작용하는 힘의 특성에 따라, 블레이드에 풍압이 작용하는 지점에 따라, 블레이드의 회전에 따른 공기저항의 크기에 따라 블레이드에 작용하는 풍압의 세기가 결정된다. 특히 풍력 획득 장치는 악조건에 노출되는 회전체로서 그의 내구성이 풍력 발전기의 운전 시간과 유지 보수와 운전 수명을 결정한다.

 

전 방향의 바람을 많이 포집하여 상승 곡풍을 유도하고, 유도되는 바람을 집약시켜 유속과 밀도를 높여 풍압 중심점에 직각으로 충돌하게 바람을 집중 주입하고, 블레이드와 바람에 정면으로 대응하고 바람에 직각방향으로 회전하여 풍압이 최대로 작용하는 풍력 획득 시스템에 관한 것이다.

 

기술 배경 및 종래 기술

 

현재 풍력발전기에 채용되는 풍력 획득 장치들은 거의 블레이드 방식으로 다양한 형태들이 개발되어 있다. 공기역학적으로, 블레이드가 설치되는 축의 회전방향에 따라 블레이드의 형상이 다르고, 블레이드에 작용하는 풍속에 차이가 심하고, 블레이드에 작용하는 풍압의 특성이 다르고, 풍력 획득 효율에 차이가 난다. 그럼으로 블레이드가 설치되는 축의 회전방향에 따라 수평축 블레이드와 수직축 블레이드로 구분하고 있다.

 

먼저, 지면에 대해 수평방향으로 설치된 회전축에 장착된 블레이드(이하 수평축 블레이드)는 주로 비행기의 에어포일(airfoil) 프로펠러를 차용한 것으로 바람이 에어포일의 앞면과 뒷면을 통과하는 속도의 차이로 발생하는 압력차에 의해 블레이드에 풍압이 작용한다. 일반적으로 수평방향으로 부는 자연 바람에 대해 수평축 블레이드는 직각 방향으로 회전함으로 블레이드에 바람이 충돌하는 속도가 느려지는 문제가 발생하지 않아 풍력 획득 효율이 좋다. 그러나 풍향의 변화에 영향을 받음으로 풍향의 변동을 추적하여 블레이드가 바람방향에 직각으로 대응하도록 하는 요 시스템(yaw system)이 채용되어야 한다.

 

또한 강풍으로 블레이드에 풍압이 크게 작용하여 블레이드의 축이 과회전하는 것을 방지하기 위해 받음각을 조절하여 바람을 회피하는 피치제어 시스템(pitch control system)이나 실속이 발생되도록 하는 스탈 시스템(stall system)이 채용되어야 한다. 공기역학적으로 바람방향에 수평축 블레이드는 빗각으로 대응해야 하고, 바람방향에 수평축 블레이드는 직각으로 회전해야 하고, 바람이 블레이드의 앞면과 뒷면을 통과하는 속도차이로 블레이드에 양력이 작용하는 등의 기능들이 중첩되어 있다.

 

풍력 발전기의 발전용량을 높이기 위해서는 우선 많은 풍력을 획득할 수 있도록 블레이드를 대형화할 필요가 있다. 그렇지만 블레이드의 대형화는 블레이드의 무게의 증가와 내구성 문제뿐만 아니라 블레이드와 직간접적으로 연결되는 기계장치들이 커지게 되고, 이에 풍력발전기 전체가 커지게 된다. 블레이드의 폭이 넓고 길이가 길수록 블레이드에 진동과 뒤틀림의 발생이 심하여 기계 장치의 효율이 낮고, 타워에 충돌할 위험이 크다. 또한 회전하는 블레이드에 작용하는 공기저항과 소음이 증가하는 문제가 있다.

 

수평축 에어포일 블레이드는 직선 길이가 수십m로 분할 제작이 거의 불가능하다. 길이가 긴 블레이드를 설치하고 지지하기 위해서는 타워가 높아야 하고, 운송 및 설치 그리고 유지보수가 어렵다. 요 시스템의 장착으로 시설비와 유지보수비가 증가되며, 고장 시 운전시간을 단축시키고, 하중이 증가하는 등의 문제가 있다. 또한 난류나 돌풍의 경우 즉각 대처할 수 없다는 문제가 있다.

 

13이상의 풍속(설계풍속)부터는 바람을 회피하여 블레이드에 작용하는 풍압을 줄이는 출력 제어가 실시된다. 한편, 23이상의 풍속(한계풍속)에서는 피치제어 시스템의 조절이 불가능함으로 과속으로 인한 사고와 완파를 방지하기 위해 브레이크 장치를 작동하여 운전을 정지해야만 한다. 돌풍과 같이 풍향과 풍속이 급변하는 경우 피치제어 시스템이 신속하게 대처할 수 없다. 피치제어 시스템의 채용으로 시설비용이 높고, 유지보수가 어렵다는 문제가 있다.

 

이어서, 회전방향이 수직인 축에 설치된 블레이드(이하 수직축 블레이드)는 다양한 형태들이 개발되어있다. 바람이 블레이드에 직접 충돌하여 항력이 작용하는 구조와 바람이 블레이드의 앞면과 뒷면을 통과하는 속도의 차이로 발생하는 압력차에 의해 양력이 작용하는 구조가 있다. 공기역학적으로 수직축에 설치된 블레이드는 풍향의 변동에 거의 영향을 받지 않으나, 바람이 블레이드에 작용하는 방향으로 블레이드가 회전하기 때문에 블레이드의 회전하는 속도만큼 블레이드에 바람이 작용하는 풍속이 느려지게 되어 풍속보다 블레이드는 더 빠르게 회전할 수 없다.

 

또한, 바람이 부는 쪽에 대응하는 블레이드에만 풍압이 작용함으로 풍력 획득 효율이 낮다. 또한 회전에 따른 배면항력을 많이 받기 때문에 소음과 진동이 심하게 발생하는 등의 문제가 있다. 수직축 블레이드는 강풍에 바람을 회피하여 블레이드에 작용하는 풍압을 줄이기 위한 별도의 출력 제어 수단이 개발되어 있지 않다. 그럼으로 강풍에 브레이크 장치를 사용하여 블레이드의 축이 과속 회전하는 것을 제어하는데 문제가 발생한다. 기존 수평축에 설치되는 에어포일 블레이드나 수직축에 설치되는 블레이드로는 풍력 획득 효율을 획기적으로 높이는 것이 어렵다.

 

▲ 수직축/수평축 블레이드의 비교도     © 특허뉴스

 

Archista 풍력 획득 장치 기술 과제

 

바람의 에너지 밀도는 낮고 자연바람은 일정한 방향으로 일정한 속도로 불지 않는다. 이러한 문제들을 완벽하게 극복할 수 있는 풍력 획득 장치를 개발한다는 것은 사실 불가능하다. 풍력 발전기의 생산성은 설치 지역의 풍황 조건과 풍력 획득 장치의 효율에 크게 좌우된다.

 

그럼으로 우선 풍황이 좋은 곳에 풍력 발전기가 설치될 필요가 있다. 하지만 바람자원이 우수하더라도, 풍력 획득 기술의 효율에 풍력 발전기의 생산성이 달려있다. 즉 바람이 충돌하는 블레이드의 형상과 크기, 블레이드의 풍압면에 대한 바람이 충돌하는 각도, 블레이드에 풍압이 작용하는 지점, 블레이드에 작용한 풍압의 전도성, 작용 풍압의 집결과 방향성뿐만 아니라, 바람의 충돌방향에 대한 블레이드의 이동방향, 이동하는 블레이드에 작용하는 공기저항의 크기 등에 의해 풍력 획득 효율이 결정된다. 또한 풍력 획득 장치는 풍력 발전기를 구성하는 장치들과 전체 구조와 기능과 성능 그리고 내구성을 결정하는 요소이다.

 

1 세대 풍력 발전기에는 배의 돛으로 사용되었던 세일(sail) 구조의 블레이드를 응용한 풍력 획득 장치가 채용되었고, 2 세대 풍력 발전기에는 윈드 밀(wind mill)에 사용되었던 블레이드를 응용한 풍력 획득 장치가 채용되었고, 3 세대 풍력 발전기에는 비행기 에어포일(air-foil) 프로펠러를 응용한 풍력 획득 장치가 채용되고 있다. 4 세대 풍력 발전기를 구현하기 위한 효율이 뛰어난 풍력 획득 장치의 개발이 절대 요구된다.

 

Archista 풍력 획득 시스템 구성

 

Archista를 구성하는 풍력 획득 시스템은 전 방향의 바람을 많이 포집하여 상승 곡풍을 유도하기 위한 안내 블레이드와, 유도되는 바람을 집약시켜 유속과 밀도를 높여 풍압 중심점에 직각으로 충돌하게 바람을 집중 주입하기 위한 펜더 블레이드와, 펜더 블레이드를 개방하여 유도되는 바람을 통과시켜 작용 풍압의 크기를 제어하기 위한 바이패스장치와, 바람에 정면으로 대응하고 바람에 직각방향으로 회전하여 풍압을 받기 위한 터보 임펠러로 이루어진다. 아래에서 각각에 대해 상세하게 설명한다.  

 

▲ Archista 풍력 획득 장치 구성도     © 특허뉴스

 

안내 블레이드(guide blade)

 

안내 블레이드는 폭이 넓고 앞면이 오목한 형태의 3차원 곡률 구조로 지니도록 철판으로 제작된다. 방사상으로 그라운드 베이스의 상단에 그의 하종단이 고정되고, 그의 내측은 타워-2F 하단에서 타워-4F 상단까지 타워의 원주외면에 중심축의 회전방향으로 포집되는 바람이 상승 곡풍으로 유도될 수 있도록 지면에 대해 15˚∼35˚ 점차적으로 경사지게 고정되어 나선형 구조를 지닌다. 각각의 안내 블레이드 상단에 펜더 블레이드의 하단이 힌지 결합된다. 타워의 원주외면과 결합하는 안내 블레이드 내측부에 관로가 구비된다.

 

고정체인 안내 블레이드의 표면적은 넓게 제작될 수가 있고, 여러 방향으로 설치될 수 있어 전 방향의 바람이 대량으로 포집될 수 있다. 포집된 바람은 상승곡풍으로 유도됨으로 풍향이 일정한 방향으로 집중되고, 바람의 유속이 빠르고, 밀도가 높아지게 된다. 안내 블레이드가 유도하는 상승 곡풍은 펜더 블레이드로 유입된다. 안내 블레이드는 타워를 견고하게 지지하는 역할을 한다.

 

 

 

펜더 블레이드(fender blade)

 

펜더 블레이드는 안내 블레이드와 같이 폭이 넓고 앞면이 오목한 형태 3차원 곡률(curvature) 구조로 지니도록 철판으로 제작되어 각각의 안내 블레이드의 상단에 그의 하단이 힌지(hinge)로 결합되어 지지된다. 중심축의 회전방향으로 지면에 대해 35˚∼43˚ 경사지게 설치되어 그의 내측과 상종단은 터보 임펠러의 3차원 구조의 곡률에 대응되게 터보 임펠러의 아래에 근접된다.

 

안내 블레이드의 상단과 펜더 블레이드의 하단이 힌지 결합된 부분에 서보 모터(또는 유압장치)가 설치된다. 각각의 펜더 블레이드 상단 일 측에 축기장치의 압축공기 분사노즐이 설치된다. 또한 펜더 블레이드 상단 일 측에 설치된 압력 센서들로부터 실시간 검출한 정보를 전달받은 중앙 운영 시스템에서는 이를 분석하여 풍향, 풍양, 풍속을 파악할 수 있고 작용 풍압과 출력의 예측과 운전 관리 상태를 진단할 수가 있으며, 펜더 블레이드와 터보 블레이드 사이에 이물이 낀 상황을 바로 감지할 수 있다.

 

펜더 블레이드는 안내 블레이드에서 유도되는 상승 곡풍과 함께 전 방향의 바람을 포집하여 유속과 밀도를 높일 수 있다. 터보 임펠러의 블레이드와 대응되는 3차원 곡률을 지님으로 효과적으로 바람의 유동을 촉진하여 터보 임펠러의 블레이드 풍압중심점에 바람을 집중 주입시킬 수 있다. 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 충돌한 바람이 아래로 분산되는 것을 방지함으로 터보 임펠러의 블레이드 내부에 에어포켓이 형성되어 충돌풍압이 지속될 수 있게 한다.

 

바이패스 장치(bypass device)

 

안내 블레이드의 상단에 힌지 결합되어 지지되는 펜더 블레이드는 유압장치의 작동으로 개폐가 조절되어 터보 임펠러로 유입하는 바람의 방향과 양을 조절할 수 있다. 때문에 터보 임펠러에 작용하는 풍압의 세기가 효과적으로 제어될 수 있다.

 

그럼으로 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드의 개폐를 조절함으로 50이상의 풍속에서도 정격 발전운전이 실시된다. 또한 모든 바이패스 장치를 통해 펜더 블레이드가 완전 개방되면 터보 임펠러에 작용하는 풍압의 90% 이상을 감소시킬 수 있다. 그럼으로 제동장치의 사용 없이 운전이 용이하게 정지될 수 있다. 한편 펜더 블레이드와 터보 임펠러 사이에 이물이 낄 경우 펜더 블레이드를 개방하여 이를 제거할 수 있다. 기존 수평축 풍력 발전기에 채용되는 회전하는 블레이드의 받음각을 조절하여 출력을 제어하는 피치제어 시스템에 비해 경제적이고 효과적인 출력 제어 방식이다.

 

터보 임펠러(turbo impeller)

 

터보 임펠러는 플라이휠의 원주외면 둘레에 방사상으로 동일형의 블레이드(3차원 곡률을 가진) 들로 프로펠러·터빈 혼합형이다. 아래에서 위로 점차 깊이가 깊어지고 폭이 넓어지되 하단에서 변곡점(inflection point)까지는 바람의 유동을 원활하게 플라이휠 회전방향으로 지면에 대해 35°43°가량 경사지고, 변곡점의 윗부분은 아랫부분에 대해 직각(플라이휠 회전방향과 137°가량 반대방향)으로 굽고 지면에 대해 거의 수평이 되는 뒤틀린 부메랑(boomerang) 형태의 블레이드들이 비스듬하게 배열 형성된다.

 

변곡점 아랫부분의 깊이와 폭에 비해 변곡점의 윗부분의 깊이와 폭 그리고 곡률 반경(curvature radius)은 수십 배의 차이를 갖는다. 펜더 블레이드로부터 유입되는 바람과 변곡점의 아랫부분에서 위쪽으로 유동하는 바람에 반대방향으로 굽은 지점(bent point)의 윗부분이 풍압이 집중적으로 작용하는 중심면이다. 그 풍압면(windage)에 초승달 형태로 돌출되게 성형되어 반-곡률 효과가 크다.

 

한편, 터보 임펠러의 각각의 블레이드 배면은 회전에 따른 공기저항을 최소로 발생하도록 항력계수(drag coefficient)가 낮은 비크(beak) 형태의 유선구조를 갖는다.

 

부연하자면, 동체인 터보 임펠러의 블레이드의 측면과 하면에 대해 같은 곡률로 펜더 블레이드가 근접 대응한 상태로 설치된다. 펜더 블레이드로부터 터보 임펠러의 블레이드의 하단 내부로 유입되는 바람은 빠르게 위쪽으로 유동하다가 반대 방향으로 굽은 상단 풍압면에 직각으로 충돌한다.

 

풍압면에 충돌한 바람의 운동력은 상종단에서 토출될 때까지 풍압면에 풍압을 효과적으로 작용한다. 특히 풍압골 내부와 펜더 블레이드 상단 내부의 바람이 풍압면에 작용하는 속도가 느려지는 것을 방지하기 위해 플라이휠의 회전으로 인한 터보 임펠러 블레이드 풍압면이 이동하는 거리를 회전방향에 역으로 굽은 각도로 처리함으로써 작용 풍속이 빠르게 된다. 즉 플라이휠의 정격 회전속도와 플라이휠의 터보 임펠러 블레이드의 이동거리 그리고 바람의 유속을 감안하여 터보 임펠러 블레이드의 풍압면 상단의 반대방향으로 굽은 반-곡률이 결정된다.

 

플라이휠의 원주외측에 3차원 구조의 곡률을 갖도록 음각된 부메랑 형태의 블레이드 수백 개로 이루어진 터보 임펠러의 블레이드 풍압면적은 플라이휠의 원주외면의 48배가량 넓다.

 

터보 임펠러의 블레이드는 아래에서 위로 점차 폭이 넓어지고 깊이가 깊어진다. 그럼으로 기압차에 의해 바람의 유입이 빠르고 유입된 바람의 유속이 빨라지게 된다. 블레이드 풍압면의 상단 외측, 풍압면에 강한 풍압이 작용하도록, 터보 임펠러의 블레이드 각각의 상단 풍압면은 지면에 대해 수평이고, 터보 임펠러의 회전방향에 대해 반대방향으로 굽어있다. 이에 펜더 블레이드로부터 유입하는 바람은 풍압면에 직각으로 충돌하고, 해당 펜더 블레이드를 통과하게 될 때까지 반대로 굽은 풍압면의 내부외측에 팽창압력과 원심마찰력이 작용한다.

 

블레이드에 작용된 풍압은 플라이휠을 통해 중심축에 비틀림 힘으로 모인다. 터보 임펠러 블레이드의 배면은 비크(beak) 형의 유선 구조로 회전에 따른 공기저항이 최소화된다. 또한 자동조심이 뛰어난 플라이휠에 일체된 터보 임펠러의 블레이드에서 진동, 뒤틀림이 발생하지 않음으로 에너지 손실과 동력 전환·전달 장치의 효율저하가 방지된다.

 

 

대형 터보 임펠러는 주물공장에서 균등한 크기와 형태로 분할 제작하고, 설치 장소로 운반하여 플라이휠 프레임의 원주외면에 선 볼트 조립 후, 플라이휠과 일체가 되도록 용접한 후 도장된다. 그럼으로 제작이 신속 간단하고, 제작비가 저렴하며, 운반 및 설치가 용이하고 내구성이 높고 유지관리가 쉽다는 장점이 있다.

 

▲ 터보 임펠러의 블레이드 도면     © 특허뉴스

 

Archista 풍력 획득 시스템의 작동

 

안내 블레이드에 의해 포집되는 전 방향의 바람이 대량으로 포집되고 상승 곡풍으로 유도되어 펜더 블레이드로 유입된 후 펜더 블레이드에서 집약되어 유속과 밀도가 높아진 바람은 집중되어 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 직각으로 충돌하게 된다. 특히 터보 임펠러의 블레이드의 풍압면은 바람의 이동방향에 직각이고 반대방향으로 굽어 있기 때문에 공기역학적으로 빠른 속도로 충돌이 이루어진다.

 

또한 풍압이 작용하는 방향에 대해 터보 임펠러는 직각방향으로 회전함으로 작용 풍속이 빨라 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 강한 풍압이 작용한다. 따라서 플라이휠 중심축은 자연 바람의 속도보다 더 빠른 속도로 회전할 수 있다. 풍압면에 작용한 풍압은 플라이휠을 통해 중심축에 비틀림 힘으로 모인다. 한편, Archista 풍력 획득 장치의 바이패스 장치는 출력 제어 수단으로서, 중앙운영 시스템의 명령에 따라 유압장치의 작동에 의해 펜더 블레이드의 개폐가 조절된다. 바이패스 장치를 통해 터보 임펠러의 블레이드 풍압중심점에 작용하는 풍압의 90% 가량을 제어가 가능하다.

     


Archista의 풍력 획득 장치 특징 및 장점

 

통상 수평방향으로 부는 자연 바람을 사선방향의 펜더 블레이드로 유도하기 위해 그라운드 베이스의 상부에 방사상으로 그의 하단이 고정되고 타워-2F에서 타워-4F까지의 원주 외면에 그의 내측이 고정되되 그의 하단 기울기는 지면에 대해 10˚이고 점차 기울기가 커져서 상단 기울기가 지면에 대해 35°가 되도록 함으로써 폭이 넓고 앞면이 오목한 나선형 구조를 이루는 고정체인 안내 블레이드와, 안내 블레이드에서 유도되는 바람이 터보 임펠러의 블레이드 풍압중심지점에 직각으로 충돌할 수 있도록 하기 위해 각각의 안내 블레이드의 상단에 구비된 힌지에 그의 하단이 결합되어 유압장치에 의해 개폐가능하게 지지되되, 그의 하단 기울기는 지면에 대해 35˚이고, 그의 내측과 상단의 곡률 구조는 터보 임펠러의 블레이드 곡률 구조와 대응되게 펜더 블레이드와, 펜더 블레이드에서 집중 유입되는 바람에 직각으로 대응하는 받음각을 갖고, 바람방향에 직각이 되는 방향으로 회전할 수 있도록 하기 위해 플라이휠의 원주외면 둘레에 방사상으로 동일형의 아래에서 위로 점차 깊이가 깊어지고 폭이 넓어지되 하단에서 변곡점(inflection point)까지는 바람의 유동을 원활하게 플라이휠 회전방향으로 지면에 대해 35°43°가량 경사지고 변곡점의 윗부분은 지면에 대해 거의 수평이 되고 아랫부분에 대해 직각(플라이휠 회전방향과 137°가량 반대방향)으로 굽는 뒤틀린 부메랑 형태의 블레이드들로 이루어진 동체인 터보 임펠러로 Archista 풍력 획득 장치가 구성되는 것을 특징으로 한다.

 

 

특별히 Archista의 풍력 획득 장치에는 풍속의 변동에 효과적으로 대응하기 위해 바이패스 장치가 채용된다. 플라이휠 중심축이 정격회전속도보다 빨라지게 되는 경우 펜더 블레이드를 개방하여 터보 임펠러의 블레이드에 충돌하는 바람의 양이 조절됨으로 작용 풍압이 감소된다. 바이패스 장치의 작동으로 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압이 조절되어 플라이휠 중심축이 정격회전속도를 유지할 수 있다.

 

하지만 Archista의 중앙운영시스템은 발전기 장치의 자기작용 조정의 한계인 최대발전풍속(50m/s 이상)에서만 출력제어를 위해 바이패스 장치를 작동한다. 기존 풍력 발전기 블레이드의 받음각을 조절하여 출력을 제어하는 피치 제어 시스템과 달리 돌풍과 같이 풍속이 급변하는 경우에도 바이패스 장치는 즉각 작동할 수 있다. 특히 바이패스 장치는 회전체가 아닌 펜더 블레이드에 장착됨으로 간단하고 저렴하며 유지보수가 용이하다. 또한 펜더 블레이드의 블레이드에 작용하는 풍압의 90%가량을 제어할 수 있음으로 바이패스 장치의 작동과 발전기 장치의 자기작용 조정만으로 브레이크 장치를 사용하지 않고 운전을 정지시킬 수 있다.

 

전 방향의 바람을 포집함으로 풍향의 변동에 영향을 받지 않으며, 많은 풍양을 확보할 수 있다. 상승 곡풍이 유도하여 바람의 유속과 에너지 밀도를 높일 수 있고, 직각으로 집중 충돌하고, 작용풍속이 빠르기 때문에 풍력획득 효율이 매우 높다. 대응하는 바람의 운동에너지의 80%를 풍압으로 획득할 수 있다. 50이상의 풍속에서도 규정 주파수의 전기에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

 

또한, 터보 임펠러의 블레이드의 상단 배면은 회전방향에 대해 비크(beak) 형태로 곡률효과가 높아 회전에 따른 공기마찰저항이 최소화 되어 에너지 손실이 적다.

안내 블레이드와 펜더 블레이드 그리고 플라이휠의 원주외면에 일체로 형성된 터보 임펠러는 철 구조물로 분할 제작함으로 저렴하고, 운반과 설치가 간편하고, 내구성이 높다.

 

플라이휠의 원주외면에 성형된 터보 임펠러의 블레이드에서는 진동과 뒤틀림이 발생하지 않고 터보 임펠러의 블레이드는 난류에 영향을 받지 않으며, 효율을 떨어뜨리는 실속과 와류의 발생이 없다. 대용량 풍력 획득 장치의 개발이 가능하기 때문에 100발전용량 이상의 단기 Archista를 개발할 수 있다.

 

▲ 풍력 획득 장치 구성 요소들의 특징     © 특허뉴스

 

 

다음편은...

[단독/집중기획] 에너지 패권을 장악할 재생에너지’... Archista 동력 전환·전달 시스템

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