흔들리는 날개 없는 풍력 터빈 설계로 1,000W의 전력 생산

날개 없는 풍력 터빈(BWT)에 대한 최초의 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 미래 버전에 대한 가장 효율적인 설계가 확인되었습니다.

글래스고 대학교 제임스 와트 공과대학의 위크 말릭 박사가 이끄는 팀은 수천 가지 설계를 시뮬레이션하여 구조적 강도를 희생하지 않고도 전력 생산을 극대화할 수 있는 최적의 지점을 찾아냈습니다. 이 결과는 재생에너지 저널에 게재되었습니다.

BWT는 소음이 적고, 공간을 적게 차지하며, 설계가 간단하여 유지 보수가 덜 필요하다는 등 여러 가지 장점이 있습니다. 특히 BWT는 새와 같은 동물에게 더 안전합니다. 날아다니는 동물에게는 일반 터빈의 빠르게 회전하는 날개가 "모션 블러" 효과로 인해 흐릿하게 보이거나 심지어 보이지 않을 수 있어 충돌 위험이 커집니다.

오랫동안 기존의 풍력 터빈은 날개를 회전시켜 바람을 전기로 변환하는 주된 방법으로 사용되었으며, 이 날개는 발전기에 전력을 공급해 전기를 생산했습니다.

이와는 대조적으로, BWT는 와류 유도 진동(VIV)이라는 완전히 다른 원리로 작동합니다. 회전하는 날개를 사용하는 대신, BWT는 일반적으로 바람에 흔들리는 가로등처럼 길고 가느다란 기둥을 사용합니다.

바람의 움직임은 소용돌이를 만들어 구조물 전체를 진동시킵니다. 이 진동이 구조물의 고유 진동수와 일치하면 진동은 크게 증폭됩니다. 이렇게 증폭된 진동은 전기 에너지로 직접 변환됩니다.

새로운 연구에서 엔지니어들은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 차세대 BWT가 최대 효율을 위해 어떻게 건설되어야 하는지 파악했습니다. 말릭과 그의 동료들은 BWT의 발전 능력을 극대화하는 동시에 구조적 강도를 유지할 수 있는 여러 설계 변형 간의 이상적인 절충안을 도출했습니다.

이 연구는 기둥 크기(높이와 너비 등)가 BWT의 출력과 구조적 강도에 미치는 영향에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다. 연구팀은 이상적인 설계는 높이 80cm, 지름 65cm의 기둥이라고 밝혔습니다.

이러한 전력과 내구성의 최적의 균형은 무려 460와트의 전력을 제공할 수 있으며, 현재 약 100와트에 불과한 실용적인 프로토타입보다 성능이 뛰어납니다.

이번 연구 결과는 시속 32~112km의 풍속에서 구조적 안전성을 확보하는 데 특히 중요합니다. 연구진에 따르면, 이 방법을 사용하면 BWT의 용량을 1,000와트(1킬로와트) 이상으로 확장할 수 있을 것으로 예상됩니다.

날개가 없고 흔들리지 않는 독특한 풍력 터빈으로 수백 kW의 전기를 생산합니다.

출처: https://khoahocdoisong.vn/thiet-ke-turbine-gio-khong-canh-lac-lu-tao-ra-1000-w-dien-post1553301.html