바람

Aug 23, 2023

난방은 오늘날 인간 사회에서 에너지를 가장 많이 사용하는 것 중 하나입니다. 한때 우리는 혹독한 겨울의 추위를 막기 위해 통나무를 태웠지만 이제는 가스와 전기에 의존하여 집을 따뜻하게 하고 우리를 안전하고 따뜻하게 지켜줍니다. 영국과 같은 일부 추운 기후에서는 난방이 전체 국내 에너지 수요의 60~80%를 차지할 수 있습니다.

그러나 난방을 제공하는 다른 방법이 있습니다. 풍력 에너지를 사용하여 열을 직접 공급하는 것이 이 분야에서 핵심이 될 수 있으며, 고유한 틈새 응용 분야를 가질 수 있는 다양하고 흥미로운 방법을 사용합니다.

지난 2년 동안 한 가지 헤드라인이 반복적이고 지루해졌다면 그것은 가스와 전기 가격의 상승입니다. 이로 인해 전 세계 수백만 명이 집을 난방하기 위해 그 어느 때보다 더 많은 비용을 지불하게 되었습니다. 저항식 수단이든 열 펌프를 통해서든 전기 가열 방법에 의존하는 사람들의 경우 가정 규모의 지속 가능한 에너지원이 이를 어느 정도 상쇄할 수 있습니다. 물론 가장 추운 겨울에는 일반 가정용 태양광 패널이 출력이 가장 낮아 기껏해야 절약 효과가 약합니다.

이러한 문제는 깨끗하고 재생 가능한 방식으로 주택을 난방하는 대체 방법에 대한 새로운 시각을 제시했습니다. 특히 풍력에너지는 적절히 활용하면 난방에 활용될 수 있다. 가장 확실한 해결책은 풍력 발전기가 전기를 공급하여 기존의 전기 난방을 가동하는 간접적인 솔루션입니다. 그러나 더 흥미로운 것은 어떤 경우에는 더 저렴하고 에너지 효율적일 수 있는 직접적인 방법입니다.

가장 직관적인 유형의 바람-열 생성은 줄 기계(Joule Machine)라고도 알려진 유체 브레이크 시스템을 통한 것입니다. 여기에는 풍차가 액체, 가장 일반적으로 물이 담긴 용기 내부에서 노를 돌리는 것이 포함됩니다. 바람의 흐름에서 포착된 에너지는 본질적으로 풍차에 가해지는 저항에 의해 유체로 소산되어 가열됩니다. 가열된 유체는 라디에이터로 펌핑되어 필요한 곳에 난방을 전달할 수 있습니다. 충분히 간단한 개념이지만 실제로 작동하려면 세심한 엔지니어링이 필요합니다. 핵심은 풍차와 유체 브레이크의 크기를 서로 일치하도록 적절하게 조정하고 유체를 유용한 수준으로 가열하기 위한 올바른 매개변수를 선택하는 것입니다. 이 방법의 이점은 시스템이 상당한 비용과 복잡성을 추가하는 전기 단계를 우회하여 기계적 에너지를 열로 직접 변환한다는 것입니다. 또한 효율성에 도움이 될 수 있는 추가 에너지 변환 단계를 절약합니다.

유체 브레이크 풍차는 기계적으로 말하면 매우 간단한 장치입니다. 그 당시 누군가가 아이디어를 생각해냈다면 초기 산업 시대에 난방용으로 사용될 수 있었을 것입니다. 그러나 1970년대 덴마크의 특정 진취적인 개인이 이 기술을 실험하면서 처음으로 두각을 나타냈습니다. 그 나라는 안정적인 난방 공급에 의존했기 때문에 세계적인 석유 위기로 인해 어려움을 겪었습니다. 유가가 치솟자 대안이 빠르게 매력적이 되었습니다.

이 개념은 여유 공간이 있는 시골 지역에 거주하는 사람들에게 주로 적용 가능하다는 점에 유의해야 합니다. 바람이 더 많이 불 수 있는 곳이기도 합니다. 게다가 시가지와는 달리 더 많은 능력을 갖춘 더 큰 터빈을 만드는 것이 더 쉽습니다. 소형 또는 저풍력 터빈은 일반적으로 특히 혼잡한 도시 지역에서 제대로 작동하지 않습니다. 그러나 공간이 충분하고 그리드 유틸리티에 대한 연결이 제한된 시골 부동산의 경우 풍열 장치가 잘 작동할 수 있습니다.

Calorius Type 37로 알려진 초기 덴마크 설계는 전형적인 풍열 방식의 좋은 예입니다. 5m 로터와 9m 높이로 11m/s의 바람이 불 때 3.5kW의 열을 생산할 수 있었습니다. 이 장치 한 쌍은 중간 크기의 집을 난방할 수 있을 것입니다.

이에 비해 1980년대의 더욱 발전된 LO-FA 설계는 풍열 시스템이 얼마나 강력한지 보여주었습니다. 20m 타워에 12m 길이의 강력한 로터를 장착해 14m/s의 바람이 불 때 약 90kW의 열을 생성할 수 있었습니다. 특히 대부분의 다른 설계에서는 물 대신 유체 브레이크에 저항성이 높은 유압 오일을 사용했습니다. 그런 다음 열은 분배를 위해 물로 전달되었습니다. 난방 용량이 너무 크기 때문에 LO-FA는 여러 집을 난방할 수 있으며, 이는 대규모 풍력 난방 장치가 독립형 공동체 또는 가족 농장에 이상적일 수 있음을 시사합니다.