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제1장 풍력발전의 기초
1.1 풍력발전기의 종류와 특징 1.1.1 풍력발전기의 특징 1.2 프로펠러형 풍력발전기의 원리 1.2.1 풍력발전기의 기본 용어 1.2.2 프로펠러형 풍력발전의 원리 1.3 풍차로부터 얻을 수 있는 에너지 1.3.1 바람으로부터 얻을 수 있는 에너지 1.3.2 풍차의 종류와 파워계수 1.4 소형 풍력발전의 이용 분야와 이용방법 1.4.1 필요한 때 필요한 전력을 얻기 위한 방법 1.4.2 태양광발전과의 하이브리드 시스템 1.4.3 구체적인 이용 분야의 예 1.4.4 연료전지와의 하이브리드 시스템 제2장 풍력발전용 발전기 2.1 발전기의 기초 2.1.1 DC 모터의 이용 여부 2.1.2 자전거용 발전기의 이용 가능성 2.1.3 자동차용 발전기의 이용 가능성 2.2 발전기의 원리와 구조 2.2.1 발전기의 원리 2.2.2 마그넷(영구자석) 2.2.3 전자기 회로용 전자강판 2.2.4 기타 재료 2.3 발전기에 요구되는 발전 특성 2.3.1 회전수와 발전 특성 2.3.2 풍속 및 블레이드 지름과 회전수, 발전기 출력관계 2.4 실험적으로 제작한 발전기 2.4.1 형상과 구조 2.4.2 기어 증속형 발전기 제작 2.5 3상교류발전기의 장점 2.5.1 교류발전기 2.5.2 풍력발전기에 적합한 3상교류발전기 2.6 자동차용 발전기의 이용 2.6.1 자동차용 발전기의 종류 2.6.2 직류발전기 2.6.3 자동차용 직류발전기의 개조 2.6.4 교류발전기 제3장 발전기의 제작 3.1 공작용 공구류의 종류와 사용법 3.1.1 목재와 금속을 절단한다 3.1.2 구멍을 뚫는다 3.1.3 깎고 다듬고 3.1.4 기타 공구류 3.2 500 W급 풍력발전기의 제작 3.2.1 발전기의 개요 3.2.2 제작 순서 3.2.3 500 W급 발전기의 특성 3.2.4 부속 기구의 제작 3.3 700 W급 풍력발전기의 제작 3.3.1 문제점과 해결책 3.3.2 제작 순서 3.3.3 700 W급 풍력발전기의 특성 3.3.4 부속 기구의 제작 3.3.5 시운전 제4장 로터 블레이드의 설계와 제작 4.1 블레이드의 기초 지식 4.1.1 블레이드의 기초 지식 4.1.2 블레이드의 날개 형상 4.2 로터 블레이드의 설계 4.2.1 블레이드의 설계 4.2.2 1.6m 블레이드의 간이 설계 예 4.3 실제 설계에서 고려해야 할 사항 4.3.1 블레이드 선단 속도 4.3.2 로터 블레이드에 작용하는 원심력 4.3.3 블레이드의 재질과 구조 4.4 로터 블레이드의 제작 4.4.1 디퓨서가 달린 풍차 4.4.2 후드가 달린 풍차 4.4.3 복어형 풍차 4.4.4 멀티 로터 풍차 4.5 실제 제작과 목재 블레이드의 장점 4.6 날개 2개짜리 목재 블레이드의 제작 4.6.1 설계하는 블레이드의 시방 4.6.2 블레이드 원형을 제작 4.6.3 날개 형체의 제작 4.6.4 풍차 블레이드에 가해지는 힘 4.7 발포 스티롤과 FRP에 의한 저속 회전용 블레이드 제작 4.7.1 나무틀의 제작 4.7.2 블레이드를 오려낸다 4.7.3 나무틀과 발포 스티롤의 접착 4.7.4 표면을 FRP로 덮는다 4.7.5 마무리 4.7.6 허브부의 제작 4.8 고속 회전용 블레이드 제작 4.8.1 나무틀의 제작 4.8.2 블레이드의 접착 4.8.3 표면을 FRP로 씌운다 4.9 FRP 성형에 의한 블레이드 제작 4.9.1 FRP 성형의 특징 4.9.2 FRP에서 사용하는 재료와 공구 4.9.3 FRP 성형의 순서 4.9.4 허브에 장착 제5장 배터리 충전 제어장치 5.1 풍력발전의 특성과 배터리 충전 제어회로 / 240 5.1.1 배터리 충전회로 / 240 5.1.2 최대 출력을 얻는 방법 / 241 5.1.3 DC-DC 컨버터에 의한 충전 제어회로 / 244 5.2 300 W급 충전 제어회로 / 249 5.2.1 스위칭 전원 컨트롤러 IC TL494 / 251 5.2.2 회로의 동작 / 251 5.3 700 W급 충전 제어회로 / 260 5.3.1 푸시풀 방식의 센터 탭형 DC-DC 컨버터 회로 5.3.2 실제 회로 5.3.3 이 장치의 실측 특성 5.4 배터리 대책 5.4.1 디프 사이클 배터리 5.4.2 배터리의 특성 5.4.3 배터리 사용에서 주의할 점 5.4.4 배터리의 폐기 처분 5.5 전기 2중층 콘덴서의 활용 5.5.1 전기 2중층 콘덴서의 특징 5.5.2 소형 풍력발전기에 대한 응용 5.6 안전대책 회로 5.6.1 전자 브레이크와 배터리 과충전 방지회로 5.6.2 배터리 방전 제어회로 제6장 풍력발전기의 안전대책 6.1 강풍 때의 안전대책 6.1.1 로터 상방 편향 방식 6.1.2 로터 축방 편향 방식 6.1.3 피치 제어, 스톨 제어 방식 6.1.4 날개 선단 피치 제어 방식 6.1.5 발전기 전자(?? 브레이크에 의한 제어 6.1.6 수풍면적 가변 방식 6.1.7 디스크 브레이크, 기타 6.1.8 꼬리날개의 강풍 대책 6.2 풍력발전기의 설치와 타워 제작 6.2.1 설치 장소 6.2.2 풍차에 가해지는 항력 6.2.3 공사용 철제 파이프에 의한 간이 타워의 제작·설치 예 참고문헌 |
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인류가 현재의 고도 문명사회를 이룩하게 된 지혜와 힘은 에너지에서 비롯되었다고 해도 지나친 표현은 아닐 것이다. 특히 석탄에서 석유로 대표되는 화석연료는 그 자원이 풍부할 뿐만 아니라 이용하기에도 매우 편리하여 오늘날과 같은 공업화 사회의 비약적인 전개를 이끌었고, 인간 생활의 질적 향상을 성취시켰다.
동력이나 열, 전기 등 에너지의 여러 가지 형태 중에서 가공성이나 이용 측면에서 볼 때 전기는 가장 다루기 쉬워 광범위한 분야에서 다양하게 이용되어 왔으며, 이 전기를 생산하기 위해서는 역시 방대한 양의 화석연료 사용이 밑거름이 되었다 . 그러나 이제 화석연료의 무절제한 사용에는 점차 자성의 목소리가 높아가고 있다. 지구 온난화 문제, 산성비, 산림 파괴, 사막화 등등, 소위 ‘지구 환경 파괴 문제’가 간과할 수 없는 인류 생존의 현안으로 부각되고 있으며, 화석연료 자원 자체도 머지않아 고갈을 면치 못할 것이라는 경고가 이어지고 있다. 그렇다고 당장 화석연료의 제한적 사용은 실천하기 어려운 문제이다. 점차 청정 에너지로 대체해 나가는 것만이 이 문제에 대처할 수 있는 가장 현명한 처방일 것으로 생각된다. 자연 에너지로부터 전기를 얻는 방법에는 태양광발전, 풍력발전, 수력발전, 조력·파력발전, 해양온도차발전, 지열발전, 수소와 연료전지 등을 생각할 수 있으며, 모두 화석연료와 같은 CO2를 배출하지 않는 친환경적인 방법으로 전기를 얻을 수 있다. 특히 이 책에서 다루려고 하는 풍력발전은 태양광발전과 더불어 무한대의 자원을 무상으로 이용할 수 있으므로 일석이조의 대체 에너지로 각광을 받고 있다. 평소에는 별로 의식하지 않았던 바람, 즉 존재감 없이 사라지던 바람도 세를 몰아 불어닥치면 집을 날리고 나무를 쓰 러뜨리는 등, 그 방대한 에너지를 실감하게 한다. 한없이 순하고 부드러우면서도 거칠 것 없이 사납고 파괴적인 양면성 을 가진 이 바람의 힘을 이용하는 것이 풍력발전이다. 우리나라는 풍력 활용의 선진국인 독일이나 덴마크, 네덜란드 등과는 달리 2000년대 들어서서야 에너지 자원으로 활용 하기 시작하여 이제는 전국 여러 곳에서 대단위 풍력발전단지를 목격할 수 있다. 이 책에서 다루는 소형 풍력발전기는 상업용의 전기 생산을 목적으로 하지 않는 가정용 소전력 생산을 목적으로 하고 있다. 물론 소형 풍력발전기라고 해서 쉽게 만들 수 있는 것은 아니다. 실용적으로 크게 유용한 것이 아닐지도 모른다. 하지만 손수 생산한 전기를 TV를 시청한다든지 옥내외의 불을 밝히게 된다면 그 성취감 또한 훤하게 빛날 것이다. 블레이드의 설계와 제작, 발전기의 제작 등에는 재료에서부터 공구에 이르기까지 구하기 어려운 것이 많을 것이다. 그러나 편저자는 분명한 대안을 제시하지 못했다. 그 이유는 본서에 기술한 내용들이 편저자의 실제 제작과 실험의 소산이 아니라 여러 참고 도서와 보고서들에 기초한 것이기 때문이다. 함께 연구하고 발전시켜 나간다는 너그러운 마음으로 헤아려 주시기를 바란다. ---머리말 중에서 |