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1 / 8 들판에 선 5 MW 풍력 발전기 연구용으로 설계를 공개한 NREL 5 MW 기준 터빈입니다. 로터 지름은 126 m, 허브는 땅에서 90 m 높이에 있습니다. 초속 8 m 바람에서 1분에 9.2바퀴 돌며 1.78 MW를 냅니다. 바람 아래쪽 630 m, 로터 지름 다섯 배 거리에 두 번째 터빈이 서 있습니다.
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01 들판에 선 5 MW 풍력 발전기 연구용으로 설계를 공개한 NREL 5 MW 기준 터빈입니다. 로터 지름은 126 m, 허브는 땅에서 90 m 높이에 있습니다. 초속 8 m 바람에서 1분에 9.2바퀴 돌며 1.78 MW를 냅니다. 바람 아래쪽 630 m, 로터 지름 다섯 배 거리에 두 번째 터빈이 서 있습니다.
02 블레이드의 모양과 비틀림 바람이 초속 3 m보다 약하면 발전기는 기다립니다. 블레이드를 바람과 나란히 세우고 로터를 멈춰 둡니다. 주황색 단면을 보면 블레이드 모양이 자리마다 다릅니다. 허브 쪽은 둥근 관이고, 바깥으로 갈수록 두꺼운 익형에서 얇은 익형으로 바뀌며, 시위선은 뿌리에서 끝까지 13.3° 비틀려 있습니다.
03 날개 끝이 그렇게 빠른 까닭 초속 8 m 바람에서 로터는 1분에 9.2바퀴밖에 돌지 않지만 날개 끝은 초속 60 m로 움직입니다. 날개 끝 속도를 풍속으로 나눈 값을 끝 속도비라고 하며, 여기서는 7.55입니다. 이 로터는 그 비율에서 바람 에너지를 가장 많이, 48.2 % 얻습니다.
04 나셀 안의 구동계 주축은 로터만큼 느리게 돕니다. 기어 3단짜리 증속기가 속도를 97배로 올려, 9.2 rpm이 발전기에서는 약 890 rpm이 됩니다. 브레이크 원판의 주황색 표시가 빠른 축입니다. 눈으로 따라갈 수 있게 화면에서는 느리게 돌립니다.
05 바람이 가진 에너지 바람의 동력은 풍속의 세제곱에 비례합니다. P = ½ρAv³입니다. 초속 11.4 m에서는 약 11.3 MW가 로터 원판을 지나갑니다. 로터가 그중 46.8 %를 얻고 발전기는 5 MW를 냅니다. 어떤 로터도 바람 에너지의 16/27, 약 59.3 %보다 많이 얻을 수는 없습니다. 이것이 베츠 한계이고, 그래프의 파란 점선입니다.
06 피치가 출력을 5 MW에 묶습니다 초속 18 m에서는 44.5 MW가 로터를 지나갑니다. 제어기가 블레이드 세 장을 바람 쪽으로 14.9° 돌려 받음각을 줄이면 바람에서 덜 얻고, 출력은 5 MW에 머뭅니다. 자동 피치를 끄고 0°에 두면 로터는 9.8 MW를 내려 하고 발전기는 과부하가 됩니다. 초속 25 m를 넘으면 블레이드를 90°로 세우고 로터를 멈춥니다.
07 나셀이 바람을 따라 돕니다 바람이 30° 돌았습니다. 지붕의 풍향계는 바로 따라 돌지만, 요 구동기는 240 t짜리 나셀을 1초에 0.3°씩만 돌리므로 실제로는 100초가 걸립니다. 화면에서는 20배 빠르게 보여 줍니다. 30° 어긋난 채로는 초속 8 m에서 출력이 65 %로 줄어듭니다.
08 뒤쪽의 느려진 바람 로터가 얻는 에너지는 모두 공기에서 나오므로, 로터 뒤의 바람은 느려집니다. 630 m 뒤에서도 바람은 초속 8 m가 아니라 7.3 m이고, 두 번째 터빈은 1.34 MW, 앞 터빈의 76 %만 냅니다. 풍향을 20° 돌리면 후류가 두 번째 터빈을 비켜 갑니다.
블레이드 길이 61.5 m인 유리섬유 날개 세 장입니다. 시위 길이는 중심에서 15.85 m 지점에서 가장 넓은 4.65 m이고, 끝 가까이에서는 1.42 m입니다. 끝의 빨간 띠는 항공기에 보이라고 칠한 것입니다. 블레이드 단면(익형) 주황색 고리는 15.85 m, 28.15 m, 47.25 m 지점을 자른 단면입니다. 뿌리는 둥근 관이고, 가운데는 두꺼운 DU 익형, 바깥 3분의 1은 얇은 NACA 64 익형입니다. 검은 선이 시위선이며, 47.25 m의 시위선은 15.85 m의 것보다 8.9° 더 눕혀 있습니다. 허브와 스피너 지름 3 m인 주철 허브가 블레이드 세 장의 뿌리를 붙잡고 있습니다. 앞쪽의 흰 원뿔 덮개(스피너)는 비를 막습니다. 피치 베어링과 구동기 블레이드마다 큰 링 베어링(노란색) 위에 앉아 있고, 따로 달린 모터가 돌립니다. 안쪽 링의 주황색 톱니가 블레이드가 돌아간 만큼 움직입니다. 모형에서는 1초에 8°까지만 돌립니다. 나셀 타워 꼭대기에 얹힌 길이 약 14 m의 집입니다. 안의 구동계까지 합하면 약 240 t입니다. 지붕에는 냉각기가 있습니다. 주축 굵은 강철 축이 로터의 돌리는 힘을 나셀 안으로 옮깁니다. 로터와 같은 속도, 많아야 12.1 rpm으로 돌며 정격 출력에서는 약 420만 N·m를 전합니다. 주황색 키가 축과 함께 돕니다. 주베어링과 바닥 프레임 주베어링은 허브 바로 뒤에서 축을 붙잡고 110 t짜리 로터의 무게를 받습니다. 그 아래의 바닥 프레임이 구동계 전체를 싣고 요 베어링 위에 얹혀 있습니다. 증속기와 브레이크 기어 3단이 회전 속도를 97배로 올립니다. 12.1 rpm이 1,173.7 rpm이 됩니다. 양옆의 토크 암이 반작용을 바닥 프레임으로 넘깁니다. 브레이크와 고속축 빠른 축은 증속기에서 많게는 1,173.7 rpm으로 나옵니다. 축의 원판과 빨간 캘리퍼가 세워 둘 때 쓰는 브레이크이며, 정비할 때 로터를 붙잡아 둡니다. 발전기 빠른 축이 하는 일을 전기로 바꿉니다. 모형에서는 축 동력의 94.4 %를 전기로 내고, 정격 속도에서 5 MW를 냅니다. 냉각기 지붕의 방열기가 증속기 기름과 발전기에서 나는 열을 내보냅니다. 5 MW일 때 발전기에서만 잃는 5.6 %가 약 300 kW의 열입니다. 요 베어링과 구동기 타워 꼭대기의 링 베어링과 요 구동기 네 개가 나셀 전체를 바람 쪽으로 돌립니다. 실제 기계에서는 1초에 0.3°씩 돕니다. 풍향계와 풍속계 지붕 뒤쪽 기둥에 달려 있습니다. 바람이 세지면 컵이 빨리 돌고, 풍향계는 바람 방향을 가리킵니다. 풍향계와 나셀 방향이 어긋나면 요 구동기가 돌기 시작합니다. 타워 높이 87.6 m인 강철 관입니다. 지름은 아래가 6 m, 위가 3.87 m이고, 여러 토막을 플랜지에서 볼트로 이었습니다. 무게는 약 347 t입니다. 기초 모형에서는 지름 20 m인 팔각형 철근 콘크리트 판을 3.6 m 깊이에 묻었습니다. 앵커 볼트 고리가 타워 플랜지를 기초에 묶습니다. 둘레 흙은 걷어 내고 보여 줍니다. 해상 터빈은 이 대신 바다 밑에 박은 강철 모노파일 위에 노란 전이 부재와 작업대를 얹고 섭니다(무대 아래 목록에서 해상 터빈을 고르면 보입니다). 후류 점들은 공기를 따라 움직이며, 실제보다 4배 빠르게 그렸습니다. 로터 뒤에서는 공기가 느려지고(파란색) 로터와 반대 방향으로 조금 돕니다. 옅은 원뿔은 후류가 퍼지는 범위입니다. 두 번째 터빈 630 m 바람 아래쪽, 로터 지름 다섯 배 거리에 선 같은 5 MW 기계입니다. 이름표에 받는 바람과 내는 출력이 나오며, 앞 터빈의 후류 안에 있으면 둘 다 낮아집니다.
