베인리스 이온 풍력발전기

베인리스 이온 풍력 발생기 또는 파워 펜스는 바람을 이용하여 전장을 가로질러 하전 입자를 이동시킴으로써 전기 에너지를 발생시키는 장치이다.

이온 풍력 발전기는 상용화되지 않지만, 작동 프로토타입과 개념 증명이 생성되었다.네덜란드에는 여러 가지 프로토타입이 있으며, 그 중 하나는 델프트 공과대학에 있으며, 이 대학의 연구진은 기초 ^[1]기술의 일부를 개발했습니다.이온 풍력 발전기는 현재 실험 중이며, 기존 풍력 터빈은 풍력 에너지 발전의 ^[2]가장 일반적인 형태이다.그러나 움직이는 부품이 없는 이온 풍력 발전기는 진동 소음, 움직이는 그림자, ^[3]새들에게 가해지는 위험으로 인해 풍력 터빈이 실용적이지 않은 도시 환경에서 사용될 수 있다.

역사

켈빈 경의 뇌우는 반대 방향으로 대전된 물방울을 금속 저장소로 유도하여 전압 차이를 만듭니다.

켈빈의 뇌우

정전기 에너지 생성의 가장 초기 사례 중 하나는 1867년에 발명된 장치인 켈빈 경의 뇌우에서 찾을 수 있다.이온풍 발생기와 유사하게, Thunderstorm은 물을 사용하여 전하를 전달하고 관련 원리를 통해 에너지를 생성했다.그러나 Thunderstorm은 전압차를 ^[3]발생시키기 위해 중력과 반대 방향으로 충전된 두 개의 저장고에 의존했다.켈빈 경의 뇌우(Thunderstorm)는 작동 방식이 동일하지는 않지만 물의 거동과 현대 이온 풍력 발생기를 뒷받침하는 정전기의 개념을 보여줍니다.

설계 및 시공

이론 연산

바람은 양극 방향으로 양극 하전 입자에 힘을 가합니다.바람이 전기장과 ^[4]반대로 작용함에 따라 그것의 잠재 에너지가 증가한다.

이온 풍력 발전기는 바람의 힘을 이용하여 전장의 힘에 맞서 하전 입자(일반적으로 물)를 이동시킨다.이것은 입자의 위치 에너지를 증가시키는데, 이것은 중력에 반하여 질량을 위쪽으로 움직이는 것에 비유될 수 있습니다.에너지를 모으는 방법은 구현에 따라 다릅니다.

이온 풍력 발전기의 설계는 풍력 터빈에서 발생하는 기계적 에너지의 중간 변환을 제거한다.풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 사용하여 회전자 주위에 여러 개의 날개를 회전시킵니다.로터의 기계적 에너지는 발전기에 의해 전기에너지로 변환됩니다.

다른 형태의 에너지 간의 변환은 환경이나 쓸모없는 형태로 에너지 손실을 필요로 하며 변환이 적으면 이론적인 ^[5]출력이 향상됩니다.

단순화된 분석 모델

델프트 공과 대학의 연구원들은 이 시스템을 수학적으로 최적화하고 컴퓨터 시뮬레이션을 실행하기 위해 물방울이 공기를 통해 움직일 때의 행동을 모형화하는 방정식을 고안했다.이 모델의 목적상 입자에 가해지는 전기력은 바람과 정면으로 반대되는 단순한 전극 구성과 균일한 전계를 가정한다.

바람에 의해 작용하는 두 방울과 균일한 전장이 서로 밀어냅니다^[4].

각각의 입자는 중력의 힘에 의해 작용한다.

{\displaystyle\rightarrow}{F}_{i,g}=m_{i}\cdot\cdot\rightarrow}{g}

$m_{i}$ 서 m i $({$ })는 $m_{i}$ i 물방울의^th ${\overset {\rightarrow }{g}}$ 이고 g ${\overset {\rightarrow }{g}}$ {{ $displaystyle$ }({displaystyle $}{rightarrow}{g})$ 는 ${\overset {\rightarrow }{g}}$ 지구의 중력 가속도이다.이 모델에서는 $($ i $m_{i}$ })가 일정하다고 $m_{i}$ 하고 증발을 고려하지 않습니다.대기는 또한 물방울이 떨어질 때 부력의 형태로 힘을 발휘한다.

{\rightarrow } {F} =-\rho _{a}\cdot V_{d}\cdot {\rightarrow }{g}

$V_{d}$ 서 V $V_{d}$ d \ $displaystyle$ V _ { $d$ } 은 $V_{d}$ 액체 부피이고 $\rho _{a}$ \ $displaystyle \rho$ _ { $a}$ 은 $\rho _{a}$ 공기 밀도입니다.물방울도 바람에 의해 작용한다.

{rightarrow } {F} _ {i,w} = cdot C_{d} \ cdot \rho _ {a} \ cdot \ cdot \ left \ rightarrow } { v} _ w } - { d

$C_{d}$ 서 C $C_{d}$ d \ $displaystyle C_{d}$ 는 $C_{d}$ 드래그 계수, $v_{w}$ $v_{w}$ \ $displaystyle v_{w}$ 는 $v_{w}$ 풍속, $v_{d}$ d\ $displaystyle v_{d}$ 는 $v_{d}$ 액체 속도입니다.층류일 경우 방정식을 단순화할 수 있으며, 이는 유체역학에서 흐름 패턴을 결정하기 위해 사용되는 레이놀즈 수(Re)를 사용하여 나타낼 수 있다.레이놀즈 수가 1보다 작을 경우 흐름은 층상으로 간주됩니다.

Re=cdot frac {rho _ {a} \ cdot d\vec {v} _ {w} - {\vec {v} _ {d} } {\eta _ {a} } < 1

여기서 $\eta _{a}$ $displaystyle \eta$ _ ${a}$ 는 $\eta _{a}$ 공기의 점도를 나타냅니다.흐름이 실제로 층상일 경우 스토크의 법칙을 사용하여 항력을 계산할 수 있습니다.

{\rightarrow}{F}_{i,w}=blac {3\pi \cdot \eta _{a}\cdot d\cdot {v}-{\vec {v}_{d}}}}}{C_{c}}}}}}

$C_{c}$ 서 C c $C_{c}$ c \ $displaystyle C_{c}$ 는 $C_c$ 커닝햄 슬립 보정계수로 직경 1μm 이상의 입자에 대해 1로 가정한다.

물방울에 작용하는 전기력은 장치 전극의 외부 전기장( $E_{ext}$ $E_{ext}$ $E_{ext}$ t $E_{ext}$ { $displaystyle E_{ext$ 의 영향을 받습니다.

{F}_{i,E}=q_{i}\cdot {vec {E}}_{ext

$q_{i}$ 서 $q_{i}$ i $q_{i}$ { $display$ style $q$ _ { $i$ } is $q_{i}$ drop^th where 、 i of of of of of, fields of of where q { display style q _ { i } 。

{F}_{i,j}=black {1}{4\pi \varepsilon _{0}}\cdot {frac {q_{i}q_{j}}{r_{i,j}{2}}\cdot {r}_{ij}}_cdot {cdot {r}_ij

$r_{i,j}$ 서 r i $r_{i,j}$ (\ $displaystyle r_{i,j})$ 는 $r_{i,j}$ 액체 i와 액체 j 사이의 거리입니다.이 힘의 합은 연구자들의 완전한 방정식을 나타냅니다.

{\displaystyle {F}_{i}=vec {F}_{i,g}+{\vec {F}_{i,w}+{\vec {F}_{i,B}+{\vec {F}+{\vec {F}_{i,B}}+{\neq}_sum}_sum

$F_{i}$ 서 Fi $($ F_ ${i$ })는 $F_{i}$ i액적에^th 가해지는 총력이고, $($ 스타일 $a_{i$ })는 $a_{i}$ i액적의^th 가속도입니다.i액적에서^th 수행된 작업은 이전 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

\displaystyle W_{i}=\int({\vec {F}_{i}-{\vec {F}}_{i,w})\cdot dvevec {l}}}

$여기$ 서 d l $\displaystyle$ dl은 $dl$ 물방울의 변위입니다.연구원들은 이것을 물방울의 잠재적 에너지 차이를 계산하기 위해 사용합니다.각 액체에서 수행된 작업의 합계는 ^[4]바람으로부터 생성된 총 에너지를 산출합니다.

실장

이온 풍력 발전기에는 두 가지 주요 구현이 있다.1977년 앨빈 마크스에 의해 특허를 받은 첫 번째 장치는 충전 시스템과 별도의 수집기로 구성된 이중 장치였다.EWICON은 별도의 수집기 없이도 시스템이 작동할 수 있도록 하는 설계의 파생 모델입니다.

앨빈 마크스 특허

이온 풍력 발전기 구현의 단순화된 모델.충전 시스템은 미립자를 충전하고 방출하며,^[4] 미립자는 바람을 통해 컬렉터로 운반됩니다.

접지 충전 시스템은 하전 입자 구름을 생성한다.바람은 입자를 전도성 수집기로 운반한다.컬렉터는 비전도성 기계적 지지대로 절연됩니다.수집기는 처음에는 중립이지만 입자는 접촉 시 전하를 전달하여 수집기의 잠재 에너지를 증가시킵니다.

하전된 입자와 집전기는 바람의 반대 방향으로 입자에 힘을 가하는 전기장을 형성합니다.바람의 힘은 처음에는 전기장의 힘을 초과하지만 입자의 지속적인 흐름은 전기장의 힘을 증가시킵니다.입자를 충전 시스템 쪽으로 다시 이동시킬 정도로 힘이 강해지거나 단순히 집전기를 통과할 수 있습니다.집전기에 도달하지 않는 입자는 순수 에너지 생성에 기여하지 않습니다.

시스템은 모든 입자가 컬렉터에 도달하면 최대한의 효율로 동작합니다.풍속이나 수집기 크기 등의 변수를 조정하면 시스템의 ^[4]성능을 향상시킬 수 있습니다.

EWICON(정전 풍력 에너지 변환기)

EWICON은 지구를 수집기로 사용한다.충전 시스템은 대전된 입자를 방출하여 잠재 에너지를 ^[4]증가시킵니다.

EWICON은 이전 구현과 동일한 원칙을 사용하여 기능하지만 수집기는 폐기됩니다.대신 EWICON은 지구로부터 절연되어 대전된 입자를 공기 중으로 방출합니다.초기 중성계로부터 음전하를 띤 입자가 분산되면 잠재 에너지가 증가합니다.일단 대전계가 입자의 극성과 반대되는 극성을 가지면 흡인력이 작용한다.바람이 거의 없을 경우, 그 힘은 입자를 다시 충전 시스템으로 운반하여 입자의 분산으로 얻은 순 에너지를 잃을 수 있습니다.

EWICON 시스템은 모든 입자가 충전 시스템을 떠나 지구에 도달하면 최대 효율로 작동하며, 2차 ^[4]시스템 대신 집전 장치 역할을 합니다.

델프트 공과대학의 연구팀이 이 시스템을 고안했다.한 대의 시제품은 대학교 캠퍼스에 설치되었고, 두 대의 시제품은 로테르담에 위치한 Stadstimmerhuis 010 건물 위에 놓여있다.시제품은 델프트의 ^[1]지역 건축 회사인 메카누가 설계했습니다.

더치 윈드휠

더치 윈드휠은 EWICON 기술을 도입할 것으로 예상되는 건물 설계입니다.이 계획은 네덜란드 풍차공사를 통해 로테르담 3개사의 파트너십에 의해 제안되었으며, 이들은 2022년까지 이 건물이 완공될 것으로 예상하고 있다.이 구조물은 빗물포집, 습지수여과, 태양에너지 등 다양한 친환경 기술을 전시하기 위한 것이다.원형 건물의 중앙은 EWICON 구현에 기초한 대규모 이온 풍력발전기를 사용하여 풍력발전을 위해 확보되어 있다.이러한 규모의 시스템의 효율성과 발전량은 알려지지 않았지만, 네덜란드 윈드휠사는 이 건물이 ^[6]^[7]소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생산할 것으로 예상하고 있다.

풍력 터빈과의 비교

이온 풍력 발전기와 풍력 터빈은 동일한 장점과 단점을 공유합니다.둘 다 바람의 영향을 받기 때문에 기상 조건이 좋지 않으면 전기를 생산할 수 없습니다.이는 풍속이 ^[8]보다 일관된 지역에 장치를 전략적으로 배치함으로써 어느 정도 완화될 수 있다.

이점

이온 풍력 발전기는 일반적으로 풍력 터빈보다 훨씬 작다.많은 풍력 터빈 모델은 ^[9]높이가 400피트(122m)를 초과합니다.그 규모와 복잡성은 높은 유지관리 비용으로 이어지며, 운영 비용과 결합할 경우 ^[10]킬로와트시당 총 비용의 1/4을 차지할 수 있습니다.풍력 터빈은 또한 ^[11]인근 주민들을 교란시킬 수 있는 소음을 발생시킨다.풍력 터빈^[11] 날개와 내부 기계 작동의^[12] 공기역학적 특성은 소음을 발생시키지만, 이온 풍력 발전기에는 두 가지 특징이 모두 존재하지 않는다.조용한 작동으로 인해 연구자들은 도시 환경에서 이 기술을 사용하는 것을 고려하게 되었다.현재 "풍력발전소는 조류 ^[13]사망 위험을 나타낸다"는 이유로 이온 풍력 발전기의 벽 없는 설계는 풍력을 보다 환경 친화적으로 만들 수 있다.풍력 터빈의 최대 작동 속도는 설계에 따라 다릅니다.풍력 터빈은 ^[14]손상을 방지하기 위해 "차단" 속도를 초과하면 정지됩니다.따라서 터빈은 성능 범위를 벗어나는 고속 바람에서는 에너지를 생성할 수 없으며, 이온 풍력 발전기는 이론적으로 계속 ^[15]작동할 수 있습니다.

단점들

이 기술은 아직 개발 단계에 있으며 이온 풍력 발전기는 기존 풍력 터빈만큼 효율적이지 않습니다.2005년에 실시된 테스트에서 EWICON은 풍력 터빈의 출력을 일치시킬 수 없었다.연구자들은 "풍력 에너지의 7%가 전기 에너지로 변환되는 반면, 기존 풍력 터빈 시스템은 정격 속도에서 45%의 효율을 보인다"는 것을 입증할 수 있었다.EWICON의 효율이 25~30%^[15] 범위로 이어질 수 있는 개선이 제안되었다." 2005년 미래 전력 시스템에 관한 국제 회의에서 향후 발전의 제안에는 전기유체역학적 무화(electrospray) 방법 변경과 보다 밀도 높은 노즐 ^[15]배열 설계가 포함되었다.이 기술이 효율 면에서 풍력 터빈에 필적할 만큼 발전했다는 것을 아직 테스트에서 보여주지 못했다.여러 가지 시제품이 테스트와 실험을 위해 제작되었지만, 연구자들은 더 큰 출력으로 ^[16]더 큰 장치를 만들 수 있기를 바라고 있습니다.현재 개발 수준은 효율 면에서 풍력 터빈을 능가하지는 않지만, 이 기술은 풍력 터빈이 실용적이지 않을 수 있는 도시 환경에서 에너지 혼합에 기여할 수 있다.

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

^ ^a ^b "EWICON bladeless wind turbine generates electricity using charged water droplets". newatlas.com. Retrieved 2018-10-17.
^ ClimateWire, Umair Irfan. "Do Alternative Designs for Wind Turbines Work?". Scientific American. Retrieved 2018-10-17.
^ ^a ^b The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. Taylor & Francis. 1867. p. 391.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Dhiradj., Djairam (2008). The electrostatic wind energy converter : electrical performance of a high voltage prototype. [S.l.]: [s.n.] ISBN 9789085594826. OCLC 839641603.
^ "Energy loss - Energy Education". energyeducation.ca. Retrieved 2018-10-31.
^ Waerden, Rodesk Jasper Rooduijn & Bart van der. "The Dutch Windwheel". dutchwindwheel.com. Retrieved 2018-11-03.
^ "The Dutch Windwheel - circular wind energy converter". www.altenergy.org. Retrieved 2018-11-03.
^ Rodman, Laura C.; Meentemeyer, Ross K. (2006-10-01). "A geographic analysis of wind turbine placement in Northern California". Energy Policy. 34 (15): 2137–2149. doi:10.1016/j.enpol.2005.03.004. ISSN 0301-4215.
^ Watch, National Wind. "National Wind Watch Size of Industrial Wind Turbines". National Wind Watch. Retrieved 2018-10-15.
^ "Operation and maintenance costs of wind generated power". www.wind-energy-the-facts.org (in French). Retrieved 2018-10-15.
^ ^a ^b 1937-, Wagner, S. (Siegfried) (1996). Wind turbine noise. Bareiss, R. (Rainer), 1965-, Guidati, G. (Gianfranco), 1968-. Berlin: Springer. ISBN 978-3540605928. OCLC 34546907.{{cite book}}: CS1 maint: 숫자 이름: 작성자 목록(링크)
^ Krishnappa, G. (1984). "Noise and Vibration Measurements of 50 kW Vertical Axis Wind Turbine Gear Box". Noise Control Engineering Journal. 22 (1): 18. Bibcode:1984NCE....22...18K. doi:10.3397/1.2827623. ISSN 0736-2501.
^ Barrios, Luis; Rodríguez, Alejandro (2004-02-12). "Behavioural and environmental correlates of soaring-bird mortality at on-shore wind turbines". Journal of Applied Ecology. 41 (1): 72–81. doi:10.1111/j.1365-2664.2004.00876.x. hdl:10261/39773. ISSN 0021-8901.
^ "How Do Wind Turbines Survive Severe Storms?". Energy.gov. Retrieved 2018-10-15.
^ ^a ^b ^c Djairam, D.; Hubacz, A.N.; Morshuis, P.H.F.; Marijnisen, J.C.M.; Smit, J.J. (2005). "The development of an electrostatic wind energy converter (EWICON)". 2005 International Conference on Future Power Systems. pp. 4 pp.–4. doi:10.1109/FPS.2005.204208. ISBN 90-78205-02-4. S2CID 45083070.
^ "EWICON bladeless wind turbine generates electricity using charged water droplets". newatlas.com. Retrieved 2018-10-15.

특허

* 미국 특허 4,206,396 : 단전극원을 가진 충전 에어로졸 발생기(앨빈 마크)

미국 특허 4,433,248: 태양 및/또는 중력 재생을 수반하는 충전 에어로졸 풍력/발전기(앨빈 마크)

[:3-1] "EWICON bladeless wind turbine generates electricity using charged water droplets". newatlas.com. Retrieved 2018-10-17.

[2] ClimateWire, Umair Irfan. "Do Alternative Designs for Wind Turbines Work?". Scientific American. Retrieved 2018-10-17.

[:4-3] The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. Taylor & Francis. 1867. p. 391.

[:2-4] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Dhiradj., Djairam (2008). The electrostatic wind energy converter : electrical performance of a high voltage prototype. [S.l.]: [s.n.] ISBN 9789085594826. OCLC 839641603.

[5] "Energy loss - Energy Education". energyeducation.ca. Retrieved 2018-10-31.

[6] Waerden, Rodesk Jasper Rooduijn & Bart van der. "The Dutch Windwheel". dutchwindwheel.com. Retrieved 2018-11-03.

[7] "The Dutch Windwheel - circular wind energy converter". www.altenergy.org. Retrieved 2018-11-03.

[8] Rodman, Laura C.; Meentemeyer, Ross K. (2006-10-01). "A geographic analysis of wind turbine placement in Northern California". Energy Policy. 34 (15): 2137–2149. doi:10.1016/j.enpol.2005.03.004. ISSN 0301-4215.

[9] Watch, National Wind. "National Wind Watch Size of Industrial Wind Turbines". National Wind Watch. Retrieved 2018-10-15.

[10] "Operation and maintenance costs of wind generated power". www.wind-energy-the-facts.org (in French). Retrieved 2018-10-15.

[:0-11] 1937-, Wagner, S. (Siegfried) (1996). Wind turbine noise. Bareiss, R. (Rainer), 1965-, Guidati, G. (Gianfranco), 1968-. Berlin: Springer. ISBN 978-3540605928. OCLC 34546907.{{cite book}}: CS1 maint: 숫자 이름: 작성자 목록(링크)

[12] Krishnappa, G. (1984). "Noise and Vibration Measurements of 50 kW Vertical Axis Wind Turbine Gear Box". Noise Control Engineering Journal. 22 (1): 18. Bibcode:1984NCE....22...18K. doi:10.3397/1.2827623. ISSN 0736-2501.

[13] Barrios, Luis; Rodríguez, Alejandro (2004-02-12). "Behavioural and environmental correlates of soaring-bird mortality at on-shore wind turbines". Journal of Applied Ecology. 41 (1): 72–81. doi:10.1111/j.1365-2664.2004.00876.x. hdl:10261/39773. ISSN 0021-8901.

[14] "How Do Wind Turbines Survive Severe Storms?". Energy.gov. Retrieved 2018-10-15.

[:1-15] Djairam, D.; Hubacz, A.N.; Morshuis, P.H.F.; Marijnisen, J.C.M.; Smit, J.J. (2005). "The development of an electrostatic wind energy converter (EWICON)". 2005 International Conference on Future Power Systems. pp. 4 pp.–4. doi:10.1109/FPS.2005.204208. ISBN 90-78205-02-4. S2CID 45083070.

[16] "EWICON bladeless wind turbine generates electricity using charged water droplets". newatlas.com. Retrieved 2018-10-15.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

v t 풍력 발전
풍력 발전	고고도 역사 국가별 육상 차량 오프쇼어 터빈 일반에 공개되어 풍차
풍력 발전	커뮤니티 소유 국가별 농장 수 오프쇼어 팜 나라별로 육지 농장
풍력 터빈	공기역학 공수 옆바람 연 설계. 유동적인 나셀 피치 베어링 QBlade 작은. 파격적인 수직축 사보니우스 다리우스 요 시스템 요 베어링 요 드라이브
풍력 산업	컨설팅 회사 제조원 소프트웨어
제조원	에네르콘 GE 풍력 에너지 해상 GE Wind 포함 골드윈드 노르덱스 센비온 지멘스 게임사 수즐론 베스타스
개념	베츠의 법칙 블레이드 요소 운동량 이론 용량 계수 에너지 투자 수익률 풍력 예측 그리드 에너지 저장소 HVDC 간헐적 가변성 사다리차 순에너지 이득 자원 평가 보관소 보조금 팁 속도비 가상 발전소 풍력 하이브리드 동력 시스템 바람의 프로필 멱함수 법칙
풍력 발전 포털 카테고리 공통 기타 포털: 재생 에너지 에너지

Search

베인리스 이온 풍력발전기

네임스페이스

더

목차

역사

켈빈의 뇌우

설계 및 시공

이론 연산

단순화된 분석 모델

실장

앨빈 마크스 특허

EWICON(정전 풍력 에너지 변환기)

더치 윈드휠

풍력 터빈과의 비교

이점

단점들

「」를 참조해 주세요.

레퍼런스

특허

Search

베인리스 이온 풍력발전기

역사

켈빈의 뇌우

설계 및 시공

이론 연산

단순화된 분석 모델

실장

앨빈 마크스 특허

EWICON(정전 풍력 에너지 변환기)

더치 윈드휠

풍력 터빈과의 비교

이점

단점들

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

특허

「」를 참조해 주세요.