< 연구결과 요약 >
과 제 명 Eddy current와 펠티에 소자를 이용한 풍력발전 시스템 연구 연구목표
○ 풍력발전기의 블레이드로부터 나오는 회전력을 발전기에 연결하여 전기 를 발생시키는 기존 풍력발전기의 발전 원리 대신 맴돌이전류(eddy current) 를 이용하고 펠티에 소자로 이루어진 새로운 형태의 풍력발전 시스템을 연구하고자 한다.
연구방법
○ 연구 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는 실제 풍력발전기를 축소한 풍력열발생 장치를 제작하는 것이고 두 번째는 제작된 풍력열발생 장치의 고정 금속판 온도 변화를 측정하여 열발생 효과를 조사하는 것이다.
○ 풍력열발생 장치의 제작 순서는 아래와 같다.
- 회전속도의 조절이 가능한 DC 전동기의 축에 회전원판을 설치하고 원판 상부에 영구자석을 설치한다.
- 회전원판 바로 앞 평행한 위치에 고정된 판을 설치하고 온도센서를 부착하여 온도변화를 측정할 수 있게 한다.
- 풍력열발생 장치로부터 발생되는 열에너지를 전기에너지로 변환하기 위해 고정판에 열전소자를 설치한다.
○ 고정 금속판의 열발생 효과를 관찰하기 위해서 아래의 요소들을 변화시 켰다.
- 맴돌이전류가 흐르는 고정판 재질의 변화 (알루미늄판 또는 동판) - 회전원판에 부착된 자석의 개수 변화
- 회전원판에 부착된 자석의 N/S 극 배열의 변화 - 회전원판의 회전속도 변화
연구성과
○ DC 전동기에 회전 원판을 연결하고 영구자석을 장착하여 회전자를 제작 하고 온도센서를 부착한 금속 고정판을 회전자 앞에 설치하여 풍력열발생기 를 제작하였으며 이 장치로 맴돌이전류를 유도하여 열발생에 성공하였다.
○ 회전원판에 부착된 영구자석의 개수가 증가할수록 그리고 자석의 극 배치가 N-S 교대로 배치될 때 금속 고정판에 더 많은 열이 발생하여 온도상 승 속도와 폭이 더 컸다.
○ 금속 고정판의 재질이 동판의 경우가 알루미늄 보다 같은 조건하에서 온도 상승의 속도와 폭이 크게 됨을 알 수 있었다. 이는 동판의 저항이 알루미늄보다 낮아 더 큰 맴돌이전류가 유도되어 보다 많은 줄열이 발생되 기 때문이다.
(Key words)주요어 풍력발전기, 풍력열발생기, 맴돌이전류 (eddy current), 줄열 (Joule heat), 에너지변환, 전자기유도, 펠티에소자, 제베크효과
1. 개요
□ 연구 동기 및 목적
○ 석유, 석탄의 화석연료가 고갈되어 가고 있으며, 원자력 발전으로 전기에너지를 얻는 방법 또한 방사성 폐기물로 인해 위험성이 존재 한다. 따라서 신재생 에너지의 개발 및 발전이 필요하다.
○ 우리 학교는 항구도시에 위치하고 있어 바람이 많다. 이러한 지리적 특성을 이용해 바람이 강하게 부는 해안가에서 풍력 발전을 하면 좋을 것이다. 이에 풍력 발전의 중요성이 강조되고 있으며, 풍력발전 의 개념과 원리를 작품활동은 통해 체험하여 습득하고, 향상된 발전 방식을 고안하는데 활용하고자 한다.
○ 일반적으로 풍력발전기는 바람에너지를 기계적인 에너지로 변환시 키는 블레이드, 블레이드로부터 출력되는 기계적인 에너지를 전기적 인 에너지로 변환시키는 발전기로 구성된다. 풍력발전기를 통해 기 계적 에너지를 다양한 에너지 형태로 변환이 가능한데 특히 겨울철 에는 풍력발전기로부터 생산되는 전기 에너지는 대부분 열에너지의 형태로 사용되고 있는 실정이다. 따라서 풍력발전기로 생산된 전기 에너지를 열에너지로 변환시킬 경우에는 에너지 변환에 따른 손실이 발생하게 되어 기계적 에너지를 직접 열에너지로 변화시킬 필요가 있다.
○ 우리 연구에서는 풍력발전기의 블레이드로부터 나오는 회전력을 발 전기에 연결하여 전기를 발생시키는 기존 풍력발전기의 발전 원리 대신 맴돌이전류(eddy current)를 이용하고 펠티에 소자로 이루어진 새로운 형태의 풍력발전 시스템을 연구하고자 한다.
○ 이와 같이 열에너지로의 변환에 더하여 발생된 열을 전기에너지로 변환하는 2단계 에너지변환 연구를 수행함으로써 다양한 방식의 에 너지변환 기술을 체험하여 STEAM의 취지에 맞는 R&E 활동을 수행 하고자 한다.
□ 연구범위
○ 우리 연구에서 다루고자 하는 풍력열발생 장치는 풍력발전기의 블레 이드로부터 얻어지는 기계적인 에너지로 회전하는 영구자석이 장착 된 회전원판, 회전원판 바로 앞에 설치되어 와전류가 발생하여 열이 나는 금속판, 와전류에 의해 발생되는 열을 측정하는 온도센서, 발생 된 열을 다시 전기에너지로 변환시켜주는 펠티에 소자로 구성되어 있다.
○ 실제 풍력발전기는 거대하고 복잡하기 때문에 우리 연구에서 하고 싶은 아이디어를 실제 풍력발전기에 적용하여 연구하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 우리 연구에서는 실제 풍력발전기를 작은 크기 로 축소하여 제작하고 풍력열발생 장치를 체계적으로 분석하고자 한다.
○ 풍력열발생 장치의 제작과 실험 순서는 아래와 같다.
첫째, 회전속도의 조절이 가능한 DC 전동기를 사용하여 풍력발전기 의 블레이드를 대신하게 한다.
둘째, DC 전동기의 축에 영구자석이 설치될 수 있는 회전원판을 사용 하여 열을 발생시킨다.
셋째, 회전원판 앞에 평행한 위치에 설치되는 고정판에 온도센서를 부착하고 맴돌이전류에 의해 발생하는 열을 측정한다.
넷째, 풍력열발생 장치로부터 발생되는 열에너지를 전기에너지로 변환하기 위해 고정판에 열전소자를 설치하고 측정한다.
○ 이와 같이 제작된 소형 풍력열발생 장치를 사용하여 회전원판에 설치 되는 영구자석의 개수, 자석의 N/S 극 배치, 금속 고정판 종류의 변화 따른 열발생 성질을 분석하고자 하였다.
2. 연구 수행 내용
□ 이론적 배경 및 선행 연구
가. 풍력발전 시스템의 구성과 동작 원리
(1) 풍력발전 시스템의 개념 및 특성
○ 풍력발전은 자연 상태의 무공해 에너지원인 바람 에너지를 회전력으 로 변환시켜 전력을 발생시키는 기술이다. 단점이 없는 것은 아니지 만 최근에 풍력 발전 도입이 점점 늘어나고 있는 것은 이와 같은 무공해 에너지원이라는 특성 때문이다. 특히, 국토가 좁은 우리나라 에서는 산간이나 해안 및 방조제 등의 부지를 활용함으로써 국토의 이용효율을 높일 수 있다.
○ 풍력발전 시스템은 바람 에너지를 회전력으로 변환시키는 회전익 부, 회전수를 증가시키는 기어부, 전력을 생산하는 발전부로 이루어 져 있으며 다양한 형태의 제어 기술 등이 필요하다. 특히, 풍력발전시 스템의 제어에는 풍차의 시동 및 정지, 정상운전 중의 발전기 회전수 조절, 돌풍에 의한 과도 회전 및 이에 따른 이상 진동에 대비한 시스템 보호 제어 등이 포함된다.
○ 풍력 발전 시스템 전체 구성을 나타내면 그림 1과 같다. 바람 에너지는 풍차에 의해 기계적인 회전 에너지로 변환되고 이 에너지는 동력전달 장치(기어부)를 통해 발전기로 전달되어 전기에너지로 변환된다. 이 때 동력전달 장치는 원하는 발전 형태에 따라 다양하게 구성될 수
있는데, 대개는 회전자, 브레이크, 기어박스 등으로 이루어진다. 한편, 발전기에서 변환된 전기에너지는 전력계통선에 연결되거나 축전지 에 충전되어 수요자에 공급된다.
그림 1. 풍력 발전 시스템의 구성도
(2) 풍력 발전기 시스템의 구성요소
○ 현대 풍력발전 시스템의 전체 구성요소를 나타내면 그림 2, 3과 같다.
그림에서 보는 바와 같이 풍력발전 시스템은 기계, 전기, 전자, 토목 등의 학문이 유기적으로 융합된 기술 분야이다.
Rotor (기계) Hub(기계)
Tower(토목+기계)
Foundation(토목) Power cable
(전기)
Grid connection(전기+기계) Power drive trains(기계+전기)
Rotor (기계) Hub(기계)
Tower(토목+기계)
Foundation(토목) Power cable
(전기)
Grid connection(전기+기계) Power drive trains(기계+전기)
그림 2. 현대 풍력발전 시스템의 구성
Electrical switch box and electronics (전기) Gearbox(기계)
Rotor brake (기계)
Generator (전기)
yaw mechanism (기계)
Pitch regulating sys (기계)
Hub (기계)
wind sensor(기계)
low speed shaft (기계)
high speed shaft(기계)
Engineer
Electrical switch box and electronics (전기) Gearbox(기계)
Rotor brake (기계)
Generator (전기)
yaw mechanism (기계)
Pitch regulating sys (기계)
Hub (기계)
wind sensor(기계)
low speed shaft (기계)
high speed shaft(기계)
Engineer
그림 3. 풍력발전 시스템의 발전부 구조
(3) 풍력발전기의 종류
○ 풍력발전기는 날개의 회전축 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직 으로 설치되어 있는 수직축 발전기와 수평으로 설치되어있는 수평축 발전기로 구분된다. 수직축 풍력발전 시스템은 수평축 풍력발전기에 비해 에너지 변환 효율이 현저히 떨어진다는 결정적인 약점을 갖고 있다. 이러한 이유로 현재 세계 풍력발전 시장에서 상용화된 중대형 풍력발전기는 대부분 수평형 풍력발전기이다.
(a) (b)
그림 4. 풍력발전기의 종류: (a) 수평축 발전기, (b) 수직축 발전기
나. 맴돌이전류의 발생 원리와 아라고 원판
(1) 맴돌이전류의 개념
○ 푸코전류라고도 한다. 아라고의 원판으로 그 존재를 간단히 알 수 있다. 자기장 내부의 도체판에 인가한 자기장을 변화시키면 자기장의 변화를 방해하는 전류가 흐르게 되며 이를 맴돌이전류라고 한다. 또 한 자기장 내부에서 도체판을 움직여 도체판에 가해진 자기장이 변화 할 때에도 맴돌이전류가 생긴다. 맴돌이전류는 도체가 자기장의 변화 에 저항하는 렌츠의 법칙에 의해 나타나며 이 때 전류의 방향은 도체 에 가해진 자기장의 변화에 반대되는 자기장을 생성하는 방향으로 결정된다.
(2) 아라고 원판
○ 아라고의 원판은 그림 5에서 영구 자석을 화살표 방향으로 이동하면 원판이 이것과 같은 방향으로 회전한다. 이것은 자석의 이동에 의해 원판상에 발생하는 맴돌이전류와 자속과의 사이의 전자력에 의해 회전력을 발생하는 것으로, 발명자 아라고의 이름을 따서 아라고의 원판이라고 한다.
그림 5. 맴돌이전류 발생 원리
다. 열전소자의 동작 원리
(1) 열전소자의 기본원리
○ 열전소자는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치이다. 여기에 사용되는 효과 중 펠티에효과는 열전소자 양 쪽 끝에 직류 전압을 인가하면 열이 흡열부에서 발열부로 이동하게 되는 효과다. 따라서 시간이 지남에 따라 흡열부는 온도가 떨어지고 발열부는 온도가 상승하게 되며, 이때 인가전압의 극성을 바꿔주면 흡열부와 발열부는 서로 바뀌게 되고 열의 흐름도 반대가 된다. 한편, 제베크효과는 각각 2종의 금속 또는 반도체를 폐회로가 되게 하고, 접속한 2점 사이에 온도 차를 주면 기전력이 발생하여 전류가 흐르는 현상을 말한다.
□ 연구주제의 선정
○ 우리 학교가 위치하고 있는 군산은 해안 지역으로서 풍력발전소가 있을 정도로 바람의 양이 풍부하다. 이러한 지역적 장점을 고려하여 풍력 이용에 관한 연구를 선정하게 되었다.
- 인근 대학의 풍력 발전 캠프에 참여하므로 풍력 발전의 중요성을 인식하였다.
- 물리 교과서의 내용을 심화 할 수 있는 맴돌이전류와 펠티에 소자 등을 심화 학습하여 이를 적용할 수 있는 주제를 탐색하였다.
- 연구주제의 계획에서 작품의 완성에 이르기까지 STEAM을 적용하 여 융합적인 학습을 통해 흥미를 유발할 수 있는 주제를 탐색하여 새로운 방식의 풍력발전을 연구주제를 선정하게 되었다.
○ 에너지 고갈로 인해 대체에너지 개발이 필요하다는 것을 인식하였다.
- 신재생에너지인 풍력발전의 원리를 잘 이해하고 적용하여 국가 경쟁력 향상에 기여하고자 하였다.
- 인근 대학의 교수님으로 부터 풍력 발전시스템에 대해서 설명을 듣고, 효율을 높이기 위한 방법을 모색하였다.
○ STEAM을 적용하여 창의적이며, 융합적인 체험학습을 하고자 하였 다.
- 학교 교실에서 배운 내용을 가지고 실험하며 설계하는 과정에서 과학자 정신을 배우며, 학습의 흥미를 가질 수 있을 것이라 판단하였 다.
- 연구 과제를 해결하는 과정에서 협동정신과 도전정신 및 성취감을 느낄 수 있을 것으로 기대하였다.
□ 연구 방법
○ 우리 연구의 연구 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 는 실제 풍력발전기를 축소한 풍력열발생 장치를 제작하는 것이고 두 번째는 제작된 풍력열발생 장치에서 열발생에 영향을 줄 수 있는 요소들을 변화시켜가며 고정 금속판의 온도 변화를 측정하여 평가하 는 것이다.
○ 풍력열발생 장치의 제작 순서는 아래와 같다.
- 회전속도의 조절이 가능한 DC 전동기의 축에 회전원판을 설치하고 원판 상부에 영구자석을 설치한다. 이때 DC 전동기는 실제 풍력발전 기에서의 바람을 대신한다. 또한 회전원판 상부에 자석의 탈부착이 가능하도록 제작한다.
- 회전원판 바로 앞에 평행한 위치에 고정된 판을 설치하고 온도센서 를 부착하여 온도변화를 측정할 수 있게 한다. 회전원판을 교체할 수 있도록 지지대를 만든다.
- 풍력열발생 장치로부터 발생되는 열에너지를 전기에너지로 변환하 기 위해 고정판에 열전소자를 설치한다.
○ 고정 금속판의 열발생 효과를 관찰하기 위해서 아래의 요소들을 변화 시켰다.
- 맴돌이전류가 흐르는 고정판 재질의 변화 (동판 또는 알루미늄판) - 회전원판에 부착된 자석의 개수 변화
- 회전원판에 부착된 자석의 N/S 극 배열의 변화 - 회전원판의 회전속도 변화
○ 우리의 연구는 이러한 순서로 진행되었으며 연구진행의 흐름도를 그림 6에 정리하여 나타내었다.
그림 7. 연구진행의 흐름도
□ 연구 활동 및 과정
○ 연구 관련 원리 학습
- 우리는 우리학교 인근 대학인 군산대학교 김성호 교수님을 자문교수 님으로 모셨다. 교수님으로부터 풍력발전의 원리와 풍력발전시스템 에 대한 강의를 들었는데 우리가 학교에서 배운 기본지식을 가지고도 내용을 잘 이해할 수 있었다.
- 풍력발전의 원리 뿐 만 아니라 우리가 연구하는데 필요한 전자기유도 에 의한 맴돌이 전류의 원리, 주울 열 발생 원리를 학습하였다.
그림 8. 자문교수님으로부터 풍력 발전의 원리를 배우는 모습.
○ 군산 풍력발전소 견학
- 군산의 군장산업단지 내 비응도 해안에는 10기의 풍력발전기가 있 다. 이 발전기는 전라북도에서 운영하고 있는데 관리는 군산대학교 풍력기술연구센터에서 하고 있다. 우리는 실제 풍력발전기가 어떻게 가동되고 있는지 알고 싶어 군산 풍력발전소와 풍력운영센터를 방문 하였다.
- 풍력운영센터에서 일하시는 연구원 선생님으로부터 풍력발전 현황 과 풍력발전기 시스템에 대해서 구체적으로 설명을 들었다. 우리는 군산 풍력발전의 현황을 앎으로써 우리 지역의 특성을 잘 이해하게 되었다.
그림 9. 군산 풍력발전소와 풍력운영센터 방문
3. 연구 결과 및 시사점
□ 연구 결과
가. 풍력열발생기 제작
○ 회전자 제작
블레이드를 통해 회전력을 얻기 위해서는 5 m/s 이상의 바람이 필요 하며 이를 실내에서 발생시키기 어렵기 때문에 불가피하게 바람을 대 신하여 DC 전동기를 사용하였다. DC 전동기의 회전축에 플라스틱 재질의 원형 원판을 장착하여 고정시키고 원판 위에 영구자석을 부착 하여 회전자를 만들었다. 영구자석은 탈부착이 가능하도록 하였다.
○ 회전원판의 회전속도를 조절하기 위해서는 DC 전동기의 회전력을 제어하여야 한다. 자문교수님의 도움으로 DC 모터 제어기와 전압조 절기를 연결하여 DC 전동기의 회전력을 변화시킬 수 있게 하였다.
그림 9에 제작된 회전자를 나타내었다.
그림 9. DC 전동기의 회전축에 연 결된 플라스틱 회전원판과 부착된 영구자석.
○ 금속 고정판 제작
플라스틱 회전원판을 마주 보고 금속 재질의 판을 배치하였다. 자석 이 부착된 회전원판이 회전할 때 금속판에 맴돌이전류가 유도되어 줄열이 발생하기 위해서는 금속판이 고정되어야 하며 되도록 회전자 에 가까이 위치하여야 한다. 금속판의 재질로는 알루미늄판과 동판을 사용하였으며 두 금속판에서 발생하는 열을 온도변화로 측정하기 위하여 고정판 표면에 온도센서를 부착하였다. 그림 10에 금속 고정 판 지지대를 나타내었다.
그림 10. 알루미늄판 또는 동판 고 정판 지지대.
○ 회전원판과 금속 고정판을 지지대를 이용하여 배치하고 고정판의 열 발생을 잘 측정하기 위해서 투명커버를 제작하여 씌워주었다. 바 람 대신에 사용하는 DC 전동기는 전압조절기에 연결하여 회전속도 를 조절할 수 있게 하였으며 전체 시스템 제어와 측정된 온도 데이터 수집은 콘트롤러를 통해 이루어지도록 하였다. 이와 같이 제작하여 완성된 풍력열발생 장치의 전체 구성도를 그림 11에 나타내었다.
그림 12. 완성된 풍력열발생 장치의 전체 구성도.
나. 고정 금속판의 열발생 조사
○ 회전 원판에 장착된 영구자석의 개수와 자석의 극 배열 그리고 금속 고정판의 재질에 따른 맴돌이전류에 의한 열발생 성질을 조사하였다.
우선 회전 원판에 4개의 자석을 부착하였고 800 rpm의 회전속도로 회전시켜 실험을 실시하였다. 자석의 배열은 N-S-N-S로 극을 번갈아 가며 배열한 경우와 N-N S-S로 N극과 S극을 분리하여 배열하는 경우 로 나누었으며 알루미늄판과 동판에 대해서 실험을 실시하였다. 그림 4는 실험에 의해 측정된 고정판의 온도변화 결과이다.
○ 그림 12에서 알 수 있듯이 N-S-N-S로 극을 번갈아가며 배열한 경우에 온도 상승이 관찰되었는데 알루미늄판에서는 1℃ 증가하는데 840초 가 걸렸지만 동판에서는 이보다 짧은 640초가 걸렸다. 이렇게 동판에 서 온도상승이 빨랐는데 그 이유는 동판의 전기전항이 낮기 때문에 맴돌이전류가 보다 크게 발생하여 줄열이 더 많이 만들어졌기 때문이 다.
○ N-N S-S로 N극과 S극을 분리하여 배열하는 경우에는 고정판의 온도 변화가 관찰되지 않아서 그림 12에 표시할 수 없었다. 따라서 자석의 N-S극을 번갈아 배치하는 것이 열발생에 더 효과적임을 알 수 있었다.
이는 N-S극이 번갈아 배치되어야 자기장의 변화가 커서 전자기유도 에 의한 맴돌이전류 발생이 쉽기 때문이다.
그림 13. 회전 원판에 4개의 자석을 부착했을 때 금속 고정판 에서의 온도변화.
○ 자석의 개수를 6개를 늘려 실험을 하여 그 결과를 그림 13에 나타내었 다. 실험 방법은 앞에서와 동일하게 하였다. 6개의 자석을 극을 번갈아 부착하였을 시 3000 초 이내에 2℃가 상승하였는데 이는 자석 4개의 경우 1℃ 상승한 것에 비해 높은 온도 상승이다. 자석의 수가 많아지면 서 자기장이 보다 넓게 고정 금속판에 형성되어 더 많은 맴돌이 전류 가 만들어졌기 때문에 열이 더 많이 발생하였다. 그 밖에 자석의 극 배치나 고정판의 재질 변화에 따른 온도 변화 경향은 자석 4개를 부착한 경우와 동일하였다.
그림 13. 회전 원판에 6개의 자석을 부착했을 때 금속 고정판에서의 온도변화.
○ 이번에는 자석을 8개로 늘려 동일한 실험을 하였다. 자석을 늘림으로 써 온도 상승효과가 더 좋았으며 이 경우에도 자석의 극 배치나 고정 판의 재질 변화에 따른 온도 변화 경향은 동일하였다.
그림 14. 회전 원판에 8개의 자석을 부착했을 때 금 속 고정판에서의 온도변화.
○ 회전 원판의 회전속도 변화에 따른 온도변화를 관찰하기 위하여 회전 속도를 400 rpm으로 낮추어 온도변화를 측정한 후 그 결과를 앞의 800 rpm의 결과와 함께 비교하여 그림 15에 나타내었다. 그림에서 살펴보면 3000초 이내에 800 rpm의 경우는 4℃ 상승하였으나 400 rpm의 경우는 3℃ 상승에 그쳤다. 온도 증가 정도도 회전속도가 높을 때 더 빨랐다 (녹색 점선 화살표 비교). 이 결과 또한 회전속도가 빠르 면 자기장의 변화가 빨라져 맴돌이전류가 더 많이 유도되기 때문에 줄열이 더 잘 만들어져 나타나는 현상이다.
그림 16. 회전 원판의 회전속도 변화 (800 rpm, 400 rpm)에 따른 금속 고정판에서의 온도변화.
다. 연구의 결론
○ DC 전동기에 회전 원판을 연결하고 영구자석을 장착하여 회전자를 제작하고 온도센서를 부착한 금속 고정판을 회전자 앞에 설치하여 풍력열발생기를 제작하였으며 이 장치로 맴돌이전류를 유도하여 열 발생에 성공하였다.
○ 회전원판에 부착된 영구자석의 개수가 증가할수록 그리고 자석의 극 배치가 N-S 교대로 배치될 때 금속 고정판에 더 많은 열이 발생하여 온도상승 속도와 폭이 더 컸다.
○ 금속 고정판의 재질이 동판의 경우가 알루미늄 보다 같은 조건하에서 온도 상승의 속도와 폭이 크게 됨을 알 수 있었다. 이는 동판의 저항이 알루미늄보다 낮아 더 큰 맴돌이전류가 유도되어 보다 많은 줄열이 발생되기 때문이다.
□ 시사점
○ 우리 연구의 주제 중 하나인 펠티에소자를 이용한 열에너지에서 전기 에지로의 변환 연구는 금속 고정판에서 발생되는 온도상승 폭이 크지 않아 전기에너지 발생을 관찰할 수 없었다. 큰 규모의 풍력열발생기를 사용한다면 열에너지를 전기에너지로 변환하는 것이 가능할 것으로 생각된다.
○ 이번 연구를 통하여 연구하며 배우는 과학활동을 함으로써 에너지변 환 원리를 체험적으로 학습하고 과학에 대한 흥미를 높일 수 있었으며 대학 진학의 진로탐색에 활용하고 이공학도로서의 자질을 배양할 수 있었다.
○ 우리 연구는 Science인 전자기유도와 줄열 발생 원리를 토대로 Technology인 에너지변환 기술을 Engineering으로 적용하여 풍력열 발생기를 제작하였으며 제작과정에서 장치의 각 부분이 조화를 이룰 수 있도록 Art를 생각하며 연구를 하였기 때문에 STEAM의 취지에 맞는 활동을 수행한 것으로 생각되며 우리 팀원들 모두 큰 자부심을 느끼게 되었다.
4. 홍보 및 사후 활용
○ 이번 STEAM 연구의 결과물로 풍력열발생 장치가 제작되었다. 이 장치는 계속 사용할 수 있기 때문에 학우들과 후배들이 과학의 원리, 특히 전자기유도와 줄열 발생, 에너지변환원리를 공부할 때 보조 교 육 자료로 활용할 계획이다.
5. 참고문헌
○ ‘소형 풍력발전기 설계와 제작, 저자: 과학 나눔 연구회, 일진사’
○ ‘풍력에너지 이용을 위한 유압식 열변환 장치에 관한 연구, 논문 저자: 부산대학교 이일영 외 P403~P412’
○ ‘고유가 시대와 국내 실정에 맞는 풍력에너지 기술, 논문 저자: 전북대 학교 강용철 P1~P21’
○ ‘중국 풍력에너지 발전의 현황과 과제, 논문 저자: 김종우 P240~P268’
○ ‘펠티어 소자와 자동온도컨트롤러를 이용한 휴대용 Cooler Pack의 설계, 논문 한준희 외 P350~P353’
○ ‘펠티어 소자의 PWM 전류제어를 이용한 알루미늄 판의 온도제어, 논문 저자: 방두열 외 P60~P67’
○ ‘펠티어 소자를 이용한 Low Drift Flux Meter의 기초 연구, 논문 저자: 김철한 외 P1~P916’
○ ‘고온환경 작업을 위한 펠티어 소자 냉각복 개발 및 쾌적성 평가, 논문 연세대학교 정예리 외 P1~P10’
○ 제31회 전국학생과학발명품경진대회 – 맴돌이 전류현상을 이용한 엘리베이터 추락방지 장치, 저자: 문준영
○ ‘나노구조 기반 고효율 열전 에너지 변환 기술, 논문 김성용 P1~P14’
○ http://en.wikipedia.org/wiki/Eddy_current
○ ‘신재생에너지산업과 풍력사업동향 2012, 저자: BIR RESEARCH GROUP, 2012년’
○ http://terms.naver.com 의 두산백과 / 풍력발전기, 풍력 발전 시스 템
○ 고등학교 ‘물리Ⅰ, 교학사’, ‘물리Ⅱ, 교학사’
