How do wind turbines work? - Rebecca J. Barthelmie and Sara C. Pryor

번역: Soohyun Park 검토: DK Kim

Every 24 hours, wind generates enough kinetic energy

바람이 24시간마다 만들어내는 운동 에너지는

to produce roughly 35 times more electricity than humanity uses each day.

인류가 매일 사용하는 전기량의 약 35배를 생산하기에 충분합니다.

And unlike coal or oil, this resource is totally renewed each day.

그리고 석탄이나 석유와 다르게 이 자원은 매일 완전히 재생됩니다.

So how can we harness this incredible amount of energy,

그러면 우리는 어떻게 이 엄청난 양의 에너지를 이용할 수 있을까요?

and is it possible to create a world powered entirely by wind?

또 완전히 바람만을 동력원으로 하는 세상을 만드는 것이 가능할까요?

The basic principle of wind energy is simple.

풍력 에너지의 기본 원리는 간단합니다.

A series of sails or blades mounted around a rotor catch the wind

로터 주위에 장착된 돛 또는 날개가 바람을 받아

and translate its kinetic energy into rotational energy.

바람의 운동 에너지를 회전 에너지로 변환합니다.

Traditional windmills use that rotational energy to grind wheat or pump water.

전통적인 풍차는 이 회전 에너지를 사용해 밀을 빻거나 물을 퍼올렸습니다.

But in modern wind turbines, it turns a generator that creates electricity.

하지만 현대의 풍력 터빈에서

회전 에너지는 발전기를 돌려 전기를 생산합니다.

This conversion from wind to rotational energy to electricity

이러한 바람으로부터 회전 에너지, 그리고 전기로의 변환이

has defined wind turbines since their invention in the late 19th century.

19세기 말에 발명된 이후 풍력 터빈의 정의입니다.

And there are three primary factors that determine just how much energy

에너지 생산량을 결정짓는 세 가지 주요 요소는

they can produce: the size and orientation of the blades,

날개의 크기와 방향,

the blade’s aerodynamic design, and the amount of wind turning the rotor.

날개의 유체역학적인 디자인,

로터를 돌리는 바람의 양입니다.

First up, blade orientation.

먼저 날개의 방향을 살펴보죠.

Wind turbines can be designed with their rotor

풍력 터빈의 로터는 수직 축이나 수평 축을 가질 수 있습니다.

on a vertical axis or a horizontal axis.

Vertical blades can pick up wind coming from any direction,

수직 날개는 모든 방향의 바람을 받을 수 있지만

but with much less efficiency than horizontal axis rotors.

수평 축 로터보다 효율성이 훨씬 떨어집니다.

Horizontal designs allow blades to capture the wind’s full force

수평 디자인은 바람의 방향을 따라 바람을 맞받도록 회전하기 때문에

by tracking the wind’s direction and turning to face it.

날개는 바람이 가진 모든 힘을 잡아낼 수 있습니다.

This turning process is called yawing,

이러한 회전 과정을 요잉(yawing)이라고 하며

and older windmills achieved it through manual monitoring.

예전의 풍차는 수동으로 요잉을 했습니다.

Today, wind sensors and computer systems automatically adjust the blades

오늘날에는 바람 센서와 컴퓨터 시스템이 자동으로 날개를 정밀하게 조정하여

with expert precision to capture as much energy as possible.

가능한 한 많은 에너지를 잡아냅니다.

Outside rotor orientation,

로터의 방향뿐만이 아니라

the blades themselves need to be shaped to maximize efficiency.

날개 자체의 모양 역시 효율성 극대화를 위해 필요합니다.

While early designs used flat blades,

초기 디자인은 평평한 날개였으나

modern blades are curved like airplane wings.

현재는 비행기 날개처럼 휘어져 있습니다.

Wind travels faster over the curved surface,

바람은 곡면 위를 더 빠르게 지나가면서

creating a low-pressure pocket above the blade that forces it upwards.

날개 위에 저기압을 형성하는데 이 때문에 날개가 위로 밀어올려집니다.

Since the amount of lift depends on the angle

양력의 크기는 바람이 날개에 대해

at which the wind is moving relative to the blade,

상대적으로 움직이는 각도에 따라 달라지므로

modern blades also incorporate a twist,

현대의 날개는 비틀림을 적용하여

optimizing how much of the blade can cut into the wind.

날개가 바람을 받을 수 있는 정도를 최적화했습니다.

Made of fiberglass and resin layers, these blades are strong enough

날개는 유리섬유와 합성수지 층으로 만들어지며

비, 번개, 타는 듯한 태양 아래에서 20년 이상을 작동할 만큼 강합니다.

to operate through rain, lightning, and blistering sunlight for over 20 years.

Even with aerodynamic blades and a horizontal rotor,

유체역학적인 날개와 수평 로터가 있더라도

a wind turbine can only capture wind if it's in a windy environment.

풍력 터빈은 바람이 부는 환경에서만 바람을 이용할 수 있습니다.

Wind speeds typically increase the higher into the atmosphere you travel.

일반적으로 대기 중에서 풍속은 고도가 높아질수록 증가합니다.

So today, most turbines are well over 100 meters tall,

그래서 오늘날 대부분의 터빈은 높이가 100m를 훌쩍 넘으며

with equally large rotor diameters.

로터의 직경 역시 큽니다.

A turbine of this height and size can capture a huge amount of wind,

이러한 높이와 크기의 터빈은 많은 양의 바람을 받을 수 있고

generating enough electricity every year to power 750 American homes.

매년 750개의 미국 가정이 사용하기에 충분한 전기를 생산합니다.

A wind farm of 200 similarly sized turbines

비슷한 크기의 터빈 200개로 구성된 풍력 발전소는

could power over 150,000 American homes— or twice as many European homes—

미국의 15만 가구,

또는 유럽의 30만 가구에 1년 내내 전력을 공급할 수 있습니다.

for an entire year.

Offshore wind farms contain an even greater number of even larger turbines.

해상 풍력 발전소에는 더 큰 터빈이 더 많이 있습니다.

In 2019, the largest wind turbine ever built

2019년에는 역사상 가장 큰 풍력 터빈이

began operating off the coast of the Netherlands.

네덜란드 해안에서 가동을 시작했습니다.

With a rotor diameter of 220 meters, just one of these turbines

로터의 직경이 220m인 이 터빈들 중 하나만으로도

can meet the annual power needs of 16,000 European households.

유럽 16,000 가구의 연간 전력 수요를 감당할 수 있습니다.

Despite its amazing potential, wind energy still faces challenges.

이러한 놀라운 잠재력에도 불구하고

풍력 에너지에는 여전히 많은 문제가 있습니다.

Wind may be a free and unlimited fuel,

바람은 무료이며 고갈되지 않는 연료일지 모르지만

but no matter how large or efficient a turbine is

터빈이 아무리 크고 효율적이라도

there's a mathematical limit to how much wind it can convert into electricity.

바람을 전기로 변환할 수 있는 양에는 수학적으로 한계가 있습니다.

German physicist Albert Betz calculated

독일 물리학자 알베르트 베츠의 계산에 의하면

that since some wind must remain to keep the blades spinning,

날개가 계속해서 회전하려면 바람이 남아있어야 하기 때문에

a turbine can only ever capture 59.3% of the wind’s energy.

터빈은 바람이 가진 에너지의 59.3%만을 사용할 수 있습니다.

Additionally, some people feel turbines disrupt natural scenery,

게다가 터빈이 자연 경관을 망친다고 생각하는 사람들도 있으며

and wind energy’s intermittent availability

풍력 에너지의 간헐적 가용성 때문에

can make it difficult to integrate into electrical grids.

전력망에 통합되기도 어렵습니다.

But even with these challenges, modern wind turbines have made wind energy

이러한 문제들이 있음에도 현대의 풍력 터빈은

풍력을 가장 효율적이고 저렴한 전기 공급원으로 만들었습니다.

the most efficient and inexpensive source of electricity.

Wind turbines already provide essential energy for communities around the world.

풍력 터빈은 이미 전 세계의 지역사회에 필수적인 에너지를 제공하고 있습니다.

And for many farmers, hosting a wind turbine

많은 농부들에게 풍력 터빈을 설치하는 것은

can be a reliable source of additional income.

안정적인 부수적 수입원이 될 수 있습니다.

With continued improvements in wind forecasting,

바람에 대한 예측, 전력망 기반 시설,

electrical grid infrastructure and energy storage,

에너지 저장 기술이 지속적으로 개선된다면

wind power might blow away all our energy problems.

풍력은 모든 에너지 문제를 날려버릴 수 있을 겁니다.