풍력

풍력

에너지 ^를

찾아서

교사용

풍력

에너지 ^를

찾아서

차 례

STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

3

수업지도안

12

1. 주제 및 제작의도 12

2. 학습 목표 12

3. STEAM 과목 요소 13

4. STEAM 단계 요소 13

5. 차시별 계획 총괄표 14

6. 교육 과정 16

7. 평가 계획 16

8. 차시별 교수학습과정 17

9. 교사용 수업자료 21

<1차시> 풍력에너지를 찾아서

21

<2차시> 풍력발전기 이해하기

29

<3차시> 풍력에너지 연구의 길

36

풍력에너지는 대표적인 신재생에너지원으로 무한정 이용할 수 있어 고갈의 염려가 없으며 환경오염물질을 배출하지 않는 무공해 천연 에너지이다.

STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

1

주요활동내역

• 신재생에너지란 무엇인가

- 신재생에너지의 중요성을 알고 그 종류에 대해 알아본다.

• 풍력발전기 만들기

- 풍력발전기 내부 구조 및 구조별 기능을 살펴본다.

- 풍력발전기 모형을 실제 제작해보고 전기의 발생원리를 이해한다.

- 풍력발전에 영향을 미치는 요소를 분석한다.

• 풍력발전 알기

- 풍력에너지의 중요성을 인식하고 활용방법을 모색해본다.

- 육상풍력과 해상풍력의 특징을 알아본다.

- 풍력발전이 잘되는 지역을 찾아본다.

• 풍력에너지 연구 진로설계

- 풍력에너지 연구의 가능성과 연구자의 역할을 알아본다.

- 풍력에너지 과학자에 대한 진로설계를 해본다.

풍력

에너지 ^를

찾아서

교 사 용

STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

3

STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

1. 기관명 : 한국에너지기술연구원

2. 기관소개

- 한국에너지기술연구원은 에너지기술 분야의 산업원천기술을 개발하고 그 성과를 확산해 국가 성장동력 창출과 국민경제 발전에 기여할 목적으로 설립된 정부출연 연구기관임

- 연구원은 1977년부터 현재까지 에너지효율향상연구, 신재생에너지연구, 기후변화대응연구, 창의 소재연구, 육해상융복합연구에 이르기까지 창립 이후 에너지 핵심원천기술 개발을 선도해 왔음 - 연구개발 뿐 아니라 과학기술 인재 육성과 에너지기술에 대한 대국민 인식전환을 위해 2007년부

터 과학기술과 대중문화의 융합을 위한 다양한 활동들을 운영하고 있음

- 연구원은 국민의 삶의 질 향상에 기여하고 에너지기술 개발을 위한 인재를 양성하는 전문기관으 로 인적, 물적 인프라를 확보하였으며 이를 통해 청소년들에게 에너지기술연구자에 대한 진로탐 색의 기회를 제공하고 공학적 재능을 발견할 수 있는 좋은 기회가 될 것으로 보임

3. 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램이란?

- 학생들이 과학기술 현장에서 최신 과학기술을 경험하고 관련 분야로 진학·진로를 설계할 수 있 는 STEAM 아웃리치 프로그램 개발·운영

- 학생들이 과학에 대한 꿈과 끼를 키울 수 있도록 토론·실습·체험 중심의 아웃리치 활동 기회 제공

4. 한국에너지기술연구원 STEAM 아웃리치 프로그램의 특징과 장점

가. 특징

1) 에너지기술 전문교육 시행

• 풍력발전·태양광발전·해양염분차발전·해양미세조류 분야 등 다양한 에너지 기술 전문지 식 전달

- 풍력에너지를 찾아서(풍력발전), 빛으로 에너지를 만들어요(태양광발전), 바닷물을 에너지로 (해양염분차발전), 해양미생물로 에너지를 만들어요(해양미세조류)

2) 학문간 통섭교육 • 과학 + 예술

- 풍력발전기 만들기, 태양광자동차 만들기는 신재생에너지 지식을 바탕으로 조별활동을 통해 예술작품 만들기, 발전 가능 지역 찾기 등 창의성과 협동심을 발휘하는 STEAM 교육의 기본 방향성에 충실

4

^{풍력에너지를 찾아서} STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

• 과학 + 공학

- 풍력발전기 내부 관찰, 해양염분차 과정 중 해수 및 담수의 염분 농도 측정, 해양 미세조류 추 출 등은 신재생에너지의 과학적 이해를 바탕으로 진행. 또한 각종 신재생에너지의 전기발생 원리를 이해함으로써 발전기의 기계작동원리도 공부할 수 있음

• 과학 + 직업체험

- 연구자의 실제 연구환경을 일부 체험하고 과학자들과의 멘토링 시간을 통해 과학자 및 에너 지기술 연구원으로써 진로선택에 도움

나. 장점

1) 한국에너지기술연구원이 보유하고 있는 우수한 물적·인적 인프라 적극 활용

- 국내 유일의 에너지기술 전문 연구기관으로써의 위상에 걸맞는 다양한 에너지기술 관련 연구 가 진행되고 있어 앞으로도 교육 프로그램 개발이 지속적으로 진행될 것으로 예상된다.

ex) 수소연료전지, 태양열발전, CCS기술 개발, 융복합 소재 개발 등

- 제주글로벌연구센터 외에 부안, 울산, 광주(예정) 등에 지역 특성에 맞는 에너지기술을 전문 으로 연구하는 지역조직이 존재하여 다양한 물적 인프라를 활용할 수 있다.

•기획세미나 개최

•태양에너지 강의

•워크북, 멘토링 활동

•태양광 자동차 만들기 체험

•태양전지 원리 이해하기

•태양광 자동차 경주대회 등

•현장세미나 개최

시설개요 추진교육 사진

한국에너지기술연구원

에코빌딩 강의실

위치 : 대전 유성구

한국에너지기술연구원

에너지움

위치 : 대전 유성구 연구성과 전시관

한국에너지기술연구원

제로에너지타운

위치 : 대전 유성구 태양전지 설치 건물

제주글로벌연구센터

위치 : 제주 김녕

풍력에너지를 찾아서 STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

5

•풍력에너지 강의

•해양염분차 강의

•워크북, 멘토링 활동

•해양미세조류 강의

•워크북, 멘토링 활동

•해양미세조류 관찰

•배양 실습

•풍력발전기 내·외부 구조 관찰 및 실습

•블레이드 및 타워 내·외부 구조 관찰 제주글로벌연구센터

제1강의실

위치 : 제주 김녕

제주글로벌연구센터

제2강의실

위치 : 제주 김녕

제주글로벌연구센터

배양실

위치 : 제주 김녕

JGRC 에너지움

위치 : 제주 김녕 신재생에너지 체험관 (풍력, 태양광, 태양열)

다. 타 기관과의 차별성

• 이론교육 +현장실습 + 체험프로그램 + 멘토링 프로그램을 통해 다양한 흥미 유발 • 과학지식 전달 및 진로모색

5. 운영 프로그램 요약

프로그램명 진행시간 운영기관(장소) 운영대상 담당 전문가 풍력에너지를 찾아서 155분 한국에너지기술연구원

(제주글로벌연구센터) 초등 3~4학년 빛으로 에너지를 만들어요 120분 한국에너지기술연구원

(대전 본원) 초등 6학년 바닷물을 에너지로 160분 한국에너지기술연구원

(제주글로벌연구센터) 중등 3학년 해양미생물로

에너지를 만들어요 ^70/100분

한국에너지기술연구원

(제주글로벌연구센터) 고등 2~3학년

6

^{풍력에너지를 찾아서} STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

6. 운영 프로그램 세부내용

가. PRISM PROJECT 목표

현장학습을 통해 함께 참여하고 느끼는 새로운 과학문화 구축

1) 에너지관련 과학기술 분야 현장체험을 통해 학생들의 과학 및 공학적 재능 발굴

2) 연령 및 수준별 맞춤형 교육프로그램 개발과 시범운영을 통한 에너지 지식 및 기술 기부 - 초등과정, 중등과정, 고등과정

3) 에너지기술 관련 전문가 멘토링을 통해 과학기술계 진학 및 진로 설계에 기여

나. 개발 프로그램 내용

• 풍력에너지를 찾아서 : 초등학교 3~4학년 대상 - 바람을 이용한 에너지 만들기

- 운영 횟수 : 총 1회, 2시간 35분

- 장소 : 한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터

차시 주제 내용 진행시간 비고

1차시 풍력에너지를 찾아서

풍력에너지 중요성 인식 및

활용방법 모색 10분 도입

풍력발전기 모형 틀 디자인 및 제작 35분 학습활동 풍력발전에 영향을 미치는 요소 분석 10분 마무리

2차시 풍력발전기 이해하기

풍력발전기 내부구조 및

구조별 기능 살펴보기 10분 도입

육상풍력과 해상풍력 특징 국내 풍력발전 가능지역

특징 살펴보기

35분 학습활동

풍력발전이 필요한 지역 5분 마무리

3차시 풍력에너지 연구의 길

풍력에너지 연구분야와

연구자 역할 알아보기 10분 도입

본인의 진로 설계하기 35분 학습활동

전문가와 진로 상담하기 10분 마무리

• 빛으로 에너지를 만들어요 : 초등학교 6학년 대상 - 태양전지를 이용한 자동차 만들기

풍력에너지를 찾아서 STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

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- 운영 횟수 : 총 1회, 2시간

- 장소 : 한국에너지기술연구원 대전 본원

차시 주제 내용 진행시간 비고

1차시

빛으로 에너지를 만들어요

태양광에너지 중요성 인식 및

활용방법 모색 10분 도입

태양광 자동차 디자인 및 제작 25분 학습활동 태양전지 효율성에 영향을 미치는

요소 분석 5분 마무리

2차시 태양광 자동차 만들기

태양전지 적용분야 및

종류별 태양전지 알아보기 5분 도입

태양광 자동차 만들기 및 경주대회 30분 학습활동 태양전지 크기 및 배열과

속력간 상관관계 5분 마무리

3차시 태양광에너지 연구의 길

태양광에너지 연구분야와

연구자 역할 알아보기 10분 도입

본인의 진로 설계하기 35분 학습활동

전문가와 진로 상담하기 5분 마무리

• 바닷물을 에너지로 : 중학교 3학년 대상 - 해양염분차를 이용한 에너지 만들기 - 운영 횟수 : 총 1회, 2시간 40분

- 장소 : 한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터

차시 주제 내용 진행시간 비고

1차시 바닷물을

에너지로

해양에너지의 중요성과 종류 알아보기 10분 도입 염분차를 이용하여 전기

발생시키는 원리 알아보기 35분 학습활동

염분차 에너지를 실생활에 적용할

다양한 방법 찾아보기 15분 마무리

2차시 염분차 발전기

바닷물의 농도와 분리막의

역할 알아보기 10분 도입

바닷물과 민물농도 측정하여 40분 학습활동

8

^{풍력에너지를 찾아서} STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통) 발전기 만들기

전기를 발생시킨 후 결과 발표 10분 마무리

3차시 해양에너지 연구의 길

해양에너지 연구분야와

연구자 역할 알아보기 10분 도입

본인의 진로 설계하기 20분 학습활동

전문가와 진로 상담하기 10분 마무리

• 해양미생물로 에너지를 만들어요 : 고등학교 2~3학년 대상 - 해양미세조류 이해하기

- 운영 횟수 : 총 2회(1개월 간격), 1회-1시간 10분, 2회-1시간 40분 - 장소 : 한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터

차시 주제 내용 진행시간 비고

1차시 해양미세조류의 이해

미세조류의 필요성과 종류 알아보기 20분 도입 미세조류 관찰 및 배양하기 40분 학습활동

미세조류 이용방법 찾아보기 10분 마무리

2차시 미세조류

키우기

미세조류에서 에너지 생산 방법

알아보기 10분 도입

배양된 미세조류 관찰하기 40분 학습활동

1개월 전후의 미세조류 차이점

결과 발표하기 10분 마무리

3차시 미세조류

연구의 길

해양미세조류 연구분야와

연구자 역할 알아보기 10분 도입

본인의 진로 설계하기 20분 학습활동

전문가와 진로 상담하기 10분 마무리

7. 융합인재교육(STEAM) 아웃리치 프로그램 참가 학생 모집방법 - 모집방법 : 홈페이지 공지 및 교육기관 공문 발송

- 신청방법 : 에너지움 홈페이지(http://energium.kier.re.kr) 또는 메일(bjkim@kier.re.kr)로 접수 - 모집방법 : 학교단위 모집, 학교 소속 교사를 통한 모집(중복지원 가능)

- 신청서 양식(9쪽) 첨부양식 참조

풍력에너지를 찾아서 STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

9

한국에너지기술연구원

STEAM 아웃리치 「PRISM Project」 참가 신청서

교 사

학 교 명 학교

사 진 학교주소

교사 성명

핸드폰

E-mail

프로 그램

프로그램명 참가요청

일자

본교는 한국에너지기술연구원의 PRISM Project에 참가를 희망합니다.

년 월 일

교사 성명 : (인)

한국에너지기술연구원 PRISM Project 담당자 귀하

10

^{풍력에너지를 찾아서} STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

기관 소개서

학교

교사 성명 (인)

1. 학교소개(규모, 특·장점 등)

2. 지원동기(선정되어야 하는 이유)

풍력에너지를 찾아서 STEAM 아웃리치 프로그램 안내서(공통)

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교사 서약서

(개인정보 제공 및 활용 포함)

1. 본인은 본인 소속 학교가 한국에너지기술연구원 PRISM Project에 지원하는 것에 동의했음을 서약합니다.

 (동의시 표시)

2. 본인은 참가신청 학교의 교사로서 한국에너지기술연구원 PRISM Project에 지원하는 학생을 참여 목적에 맞게 모집할 것을 동의합니다.  (동의시 표시)

3. 본인은 본 프로그램 진행시 학생 또는 학교 사정으로 인해 원활한 프로그램을 진행하지 못할 경우, 학교 또는 본인이 그에 상응하는 책임을 질 것에 동의합니다.  (동의시 표시)

4. 본인은 한국에너지기술연구원 PRISM Project의 전체교육과정에 결석 없이 성실히 참여시킬 것을 서약합니다.

 (동의시 표시)

5. 본인은 참가신청 학교의 교사로서 한국에너지기술연구원 PRISM Project 진행 시 상시적으로 필요한 정보 또 는 내용을 성실하게 제공하는 것에 동의합니다.  (동의시 표시)

6. 본인은 한국에너지기술연구원 PRISM Project에 지원하는 것에 동의하고, 참가학생·학부모의 동의를 받아 다 음의 개인정보를 제공하고 활용하는 것에 이의 없음을 서약합니다.  (동의시 표시)

1. 수집하는 개인정보의 항목 : 성명, 소속, 이메일, 전화번호 등

2. 개인정보의 수집 이용목적 : 프로그램 진행, 안내문 송부, 본인 확인 등 3. 개인정보의 보유, 이용기간 :

개인정보 동의서가 작성된 때로부터 사용목적이 종료 또는 개인이 삭제요청 시까지 보유

학 교

교사 성명 (인)

한국에너지기술연구원 PRISM Project 담당자 귀하

12

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안}

수업지도안

프로그램명 ^{풍력에너지를 찾아서} 적용학년/시기 초등 3~4학년 / 10월

관련과목 과학, 미술, 창의적 체험활동

관련단원

초등3학년 과학3. 우리 생활과 물질 초등3학년 미술11. 생활 속의 디자인 초등3학년 창의적 체험활동 - 진로와 탐색

1. 주제 및 제작의도

풍력은 신재생에너지의 대표적 에너지원으로서 재생 가능한 에너지 자원을 거의 무한정 이용할 수 있고 이산화탄소나 방사선 폐기물과 같은 환경오염물질을 배출하지 않는 무공해 천연 에너지 이다. 지구온난화에 대한 환경문제와 화석연료 고갈에 따른 에너지문제를 해결하기 위한 방안으로 신재생에너지의 사용이 주목받고 있으며, 여러 에너지원 중에서 풍력에너지가 가장 큰 잠재력을 가지고 있다. 본 프로그램은 풍력에너지를 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전기를 만들어봄으로 써 풍력에너지 및 터빈의 작동원리에 대해 이해하고 나아가 풍력에너지 관련 과학기술계 진학 및 진로설계를 돕는데 목적이 있다.

본 수업에서 학생들은 풍력에너지에 대한 과학적 지식을 체득할 뿐 아니라, 과학적 지식이 실제 적용되는 과정에 참여하고 결과물(풍력발전기)을 만들어 봄으로써 새로운 즐거움과 도전감을 맛볼 수 있도록 수업을 설계하였다.

2. 학습 목표 • 내용 목표

- 신재생에너지인 풍력에너지에 대해 이해한다.

- 풍력발전기의 작동원리를 설명할 수 있다.

- 풍력에너지가 생활에서 이용되는 예를 찾을 수 있다.

- 수평 방향 바람의 운동에너지가 터빈의 회전 운동에너지로 바뀌고 터빈에 의해 전기에너지로 전환되는 과정을 설명할 수 있다.

• 과정 목표

- 풍력발전기 작동원리에 대해 흥미와 호기심을 갖는다.

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

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- 풍력발전기를 제작하여 전기를 발생시킨다.

- 에너지기술 및 과학기술분야에 대한 진로를 모색하는 시간을 가진다.

3. STEAM 과목 요소 • S : 풍력에너지 이해

• T/E：풍력발전기 작동원리, 풍력발전기 출력에 영향을 미치는 요소

• A：풍력발전기 꾸미기, 화석연료 고갈문제, 기후변화 문제 인식, 에너지기술분야 관련 진로 모색 • M：터빈의 크기와 바람의 속력간의 상관관계

4. STEAM 단계 요소 [1차시]

• 상황제시

- 신재생에너지 중요성과 기후분야 및 화석연료 고갈문제를 인식한다.

- 풍력에너지의 중요성을 인식하고 활용방법을 알아본다.

- 풍력발전기를 통해 전기를 발생시키는 원리를 알아본다.

• 창의적 설계

- 풍력에너지의 활용방안을 자유롭게 상상하여 그려본다.

- 풍력발전기에서 수평방향의 바람이 회전운동에너지로 변환되는 원리를 이해하고 제작해본다.

• 감성적 체험

- 풍력발전기 제작을 통해 전기발생에 대한 성공 또는 실패 경험을 체험하고 성공 또는 실패의 원인을 모둠별로 분석한다.

- 풍력발전에 영향을 미칠 수 있는 요소를 알아본다.

- 풍력발전이 보다 효율적으로 이루어지기 위해서 어떤 요소가 필요한지 얘기를 나누고 발표해 본다.

[2차시]

• 상황제시

- 제주글로벌연구센터 주변에 위치한 육상 풍력발전기와 김녕 앞바다에 설치되어 있는 해상 풍 력발전기 실물을 체험한다.

- 제주글로벌연구센터 홍보관에 있는 풍력발전기 실물의 내부를 살펴보고 각 부위의 기능을 살 펴본다.

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^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} • 창의적 설계

- 육상풍력발전과 해상풍력발전의 차이에 대해 알아본다.

- 신재생에너지자원지도를 통해 국내에서 풍력발전이 가능한 지역을 찾고 그 특징을 분석한다.

• 감성적 체험

- 풍력에너지 필요성을 공감하고 중요성에 대해 토론해본다.

- 육상풍력발전과 해상풍력발전의 장단점에 대해 모둠별로 얘기해본다.

- 풍력발전 시스템이 필요한 지역은 어디인지 그 특징과 연관시켜 발표해본다.

[3차시]

• 상황제시

- 풍력에너지 연구의 가능성에 대해 전문가를 통해 알아본다.

- 풍력에너지 연구자의 역할에 대해 알아본다.

• 창의적 설계

- 풍력에너지를 비롯한 과학기술 분야에 대해 본인의 진로를 설계해본다.

• 감성적 체험

- 설계한 진로를 발표하고 전문가에게 피드백을 받는다.

5. 차시별 계획 총괄표

차시 과목 단원 주제 학습내용

1차시 과학 과학3. 우리 생활과 물질

풍력에너지를 찾아서

풍력에너지의 중요성 인식 및 활용방법 모색 풍력발전기 모형 틀 디자인 및 제작 풍력발전에 영향을 미치는 요소 분석

Co

신재생에너지 및 풍력에너지는 왜 중요한가.

Tip!

동영상을 보고 신재생에너지의 필요성을 인식한다.

Tip!

예전부터 풍력에너지를 사용한 풍차, 바람개비 및 풍력발전기 등을 보고 풍력에너지가 생활에서 이용되는 예를 찾아본다.

Co

풍력발전기는 전기를 어떻게 만들까.

Tip!

풍력발전기 3D 영상을 통해 전기발생원리를 이해 한다.

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

15

CD

자기만의 풍력발전기를 만들며 풍력발전기의 원리 를 이해한다.

Tip!

풍력발전에 필요한 핵심요소(블레이드, 보빈, 자석, 전구)를 제외한 부분은 아이들의 상상력을 통해 꾸밀 수 있도록 지도한다.

ET

풍력발전기 제작을 통해 전기발생에 대한 성공 또 는 실패 경험을 체험하고 성공 또는 실패의 원인을 모둠 별로 분석한다.

2차시 과학 미술

과학3. 우리 생활과 물질 미술11. 생활 속의 디자인

풍력발전기 이해하기

풍력발전기 내부 구조 및 구조별 기능 살펴보기 육상풍력과 해상풍력 특징 알아보기

국내 풍력발전 가능 지역의 특징을 살펴보고 발표 하기

풍력에너지의 필요성에 대해 공감하기

Co

풍력발전기의 내부는 어떻게 생겼을까

Tip!

제주글로벌연구센터 홍보관의 풍력발전기 실물 내 부를 통해 알아본다.

CD

육상풍력과 해상풍력의 차이와 특징을 알아본다.

Tip!

제주도에 있는 육상풍력기와 해상풍력기를 보고 전문가의 설명을 통해 그 차이 및 특징을 알아본다.

CD

국내 풍력발전 가능지역에 대해 살펴본다.

Tip!

신재생에너지자원지도를 보고 모둠별로 특징을 분 석하고 발표하는 시간을 갖는다.

ET

풍력발전이 필요한 지역은?

Tip!

풍력발전의 특징에 대해 배운 것을 토대로 모둠별 로 토론하고 정리하여 발표한다.

3차시 창의적

체험활동 진로와 탐색 풍력에너지 연구의 길

풍력에너지 연구분야와 연구자 역할 알아보기 본인의 진로 설계하기

전문가와 진로 상담하기

Co

풍력에너지는 어떻게 연구를 할까?

CD

과학기술 분야의 본인의 진로를 설계한다.

ET

본인의 진로에 대해 전문가와 상담한다.

16

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} 6. 교육 과정

수업단계 과목 단원 단원 학습 목표 STEAM 성취 목표/STEAM 요소

1~3차시

과학 1. 우리생활과 물질

물질이 각각 어디에 사용되는지 알

아보기 - 풍력에너지의 이해와 중요성

미술 11. 생활속의 디자인

생활주변의 무늬를 이용하여 디자

인하기 - 나만의 풍력 발전기를 디자인

창의적

체험활동 진로와 탐색

1. 자신의 특성, 소질과 적성, 능력 등을 이해하고, 이를 바탕으로 자 신의 정체성을 확립하고 자신만의 독특한 진로를 탐색한다.

2. 각종 검사, 상담을 통해 진로 정 보를 탐색하고 자신의 진로를 계 획한다.

3. 진로와 직업 선택의 중요성을 인식하고, 자신의 적성과 소질에 맞는 진로를 탐색·설계한다.

4. 학업과 직업 세계를 이해하는 직업체험활동 기회를 통해 진로를 결정하고 준비한다.

- 풍력에너지 연구자의 역할 - 풍력에너지 연구자의 진로 탐색

및 진로 설계

7. 평가 계획

연번 평가 기준 방법

1 풍력에너지가 왜 중요하며 어떻게 사용되는지 설명할 수 있는가? 지필평가

2 실생활에서 풍력이 어떻게 사용되는지 설명할 수 있는가? 관찰평가

3 주어진 재료를 사용하여 풍력발전기를 창의적으로 잘 만들었는가? 산출물 평가, 관찰평가

4 결과(성공, 실패)에 대해 창의적 설계과정 및 해결방법을 고민했는가? 자기평가, 동료평가

5 풍력에너지분야에 관심을 가지고 진로를 모색하고 발표하였는가? 자기평가, 동료평가

6 각 차시별 수업에 충실히 임했는가? 자기평가, 동료평가

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

17

8. 차시별 교수학습과정

풍력에너지를 찾아서

과목 과학 수업차시 1/3

단원 과학 3. 우리생활과 물질

교육과정

2009 개정교육과정 과학 3. 우리 생활과 물질 (가) 물질은 어떤 성질을 가지고 있는지 알아봅시다

(나) 다양한 물질로 쓰임새가 같은 물체를 만드는 경우를 알아 봅시다 학습목표 풍력발전기의 원리를 이해하고 풍력에너지 이용방법을 알아본다.

학습과정 교수·학습 활동 준비물

도입 (10분)

풍력에너지의 중요성 인식 및 활용방법 모색

Co

신재생에너지 및 풍력에너지는 왜 중요한가.

- 신재생에너지의 필요성을 인식하고 화석연료 사용 문제점을 알아본다.

- 풍력에너지의 중요성을 인식한다.

- 풍력에너지의 활용방안을 자유롭게 상상하여 그려본다.

Tip!

동영상을 보고 신재생에너지의 필요성을 인식한다.

Tip!

예전부터 풍력에너지를 사용한 풍차, 바람개비 및 풍력

발전기 등을 보고 풍력에너지가 생활에서 이용되는 예를 찾아본다.

애니메이션 파일 풍력에너지

PPT

학습활동 (35분)

풍력발전기 모형 틀 디자인 및 제작

Co

풍력발전기는 전기를 어떻게 만들까.

Tip!

풍력발전기 3D 영상을 통해 전기발생 원리를 이해한다.

CD

자기만의 풍력발전기를 만들며 풍력발전기의 원리를 이해한다.

- 풍력발전기에서 수평방향의 바람이 회전운동

에너지로 변환되는 원리를 이해하고 그림을 그려본다.

- 풍력발전기 모형의 받침틀을 디자인하고 제작해본다.

- 풍력발전기 만들기에서 회전축에 블레이드를 부착함으로써 수평방향의 바람이 회전 운동에너지로 변환되는 원리를 이해한다.

- 회전축에 네오디뮴 자석을 부착하고 에나멜선으로 이루어진 보빈과 연결함으로써 운 동에너지가 전기로 변하는 과정에 대해 이해한다.

- 에나멜선 보빈과 전구를 연결함으로써 전기에너지가 전구를 밝히는 과정을 이해한다.

Tip!

풍력발전에 필요한 핵심요소(블레이드, 보빈, 자석, 전구)를 제외한 부분은 아이들 의 상상력을 통해 꾸밀 수 있도록 지도한다.

풍력발전기 만들기 키트,

가위, 절연테이프

마무리 (10분)

풍력발전에 영향을 미치는 요소 분석

ET

풍력발전기 제작을 통해 전기발생에 대한 성공 또는 실패 경험을 체험하고 성공 또 는 실패의 원인을 모둠별로 분석한다.

- 풍력발전에 영향을 미칠 수 있는 요소를 알아본다.

- 풍력발전이 보다 효율적으로 이루어지기 위해서 어떤 요소가 필요한지 얘기를 나누고 발표해본다.

지도상의 유의점

풍력발전기 제작 과정에 있어 우드락이 부러지지 않도록 주의하고 네오디뮴 자석이 강력하기 때문에 학생들의 어려움이 있을 수 있으므로 주의하여 지도하도록 한다.

18

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} 풍력발전기 이해하기

과목 과학/미술 수업차시 2/3

단원 과학 3. 우리생활과 물질 미술 11. 생활 속의 디자인

교육과정

2009 개정교육과정 과학 3. 우리 생활과 물질 (가) 물질은 어떤 성질을 가지고 있는지 알아봅시다

(나) 다양한 물질로 쓰임새가 같은 물체를 만드는 경우를 알아 봅시다 학습목표 풍력발전기의 원리를 이해하고 풍력에너지 이용방법을 알아본다.

학습과정 교수·학습 활동 준비물

도입 (10분)

풍력 발전기를

찾아서

풍력발전기 내부 구조 및 구조별 기능 살펴보기

Co

풍력발전기의 내부는 어떻게 생겼을까

- 풍력발전기의 외형 및 내부 모습을 직접 보면서 각 부분이 어떤 역할을 하는지 알아본다.

- 풍력발전기는 크게 바람이 가지는 에너지를 회전력으로 변환시키는 블레이드(Blade), 블레이드를 연결하는 허브 (Hub), 회전력을 전력으로 바꾸는 발전기(Generator), 풍력발전기를 지지하는 타워(Tower)로 이루어진다.

Tip!

제주글로벌연구센터 홍보관의 풍력발전기 실물 내부를 통해 알아본다.

학습활동 (35분) 워크북

활동

육상풍력과 해상풍력 특징 알아보기

국내 풍력발전 가능 지역의 특징을 살펴보고 발표하기

Co

육상풍력과 해상풍력의 차이와 특징을 알아본다.

- 세계적으로 육상풍력은 양호한 입지의 고갈과 민원의 증가로 인한 추가적인 입지확보에 어려움이 있어 해상풍력 개발이 주목 받고 있다.

- 해상은 육상에 비해 대형터빈 설치가 가능하며 대단위 풍력단지 조성이 용이하다.

- 하지만 해상풍력발전은 설치 및 유지보수 비용이 많이 소요되어 육상풍력단지보다 경제성이 떨어진다.

- 향후 기술의 발전에 따라 해상풍력발전 분야가 풍력발전분야의 주축이 될 것으로 전 망되며 이는 육상 풍력입지가 상대적으로 적은 우리나라에 시사하는 바가 크다.

육상풍력 해상풍력

장점 ^{• 경제성이 좋다}

• 설치 및 유지보수가 용이

• 바람의 질이 좋다

• 대형 풍력단지 조성 용이

• 풍력발전기 대형화 가능

• 주민 반발이 적다 단점 • 크기 및 입지의 제한

• 소음으로 인한 주민들의 민원

• 설치 및 유지보수 어려움

• 높은 기술수준 요구

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

19

Tip!

제주도에 있는 육상풍력기와 해상풍력기를 보고 전문가의 설명을 통해 그 차이 및 특징을 알아본다.

CD

국내 풍력발전 가능지역에 대해 살펴본다.

- 풍력에너지가 좋은 지역. 풍력발전기를 설치하기 좋은 지역을 신재생에너지자원지도 를 통해 찾고 표시해본다.

- 우리나라 등고선 지형도와 비교함으로써 고도와 풍속간의 상관관계에 대해 생각해보 는 시간을 갖는다.

- 일반적으로 고도가 높을수록 바람의 세기가 강해지기 때문에 산맥지형에 풍력발전기 를 설치하는 것이 유리하다.

- 또한 산맥지형은 도시와 떨어져 있기 때문에 주민들의 반발이 적다는 장점도 있다.

- 그 외에 육지에서 떨어진 먼 바다일수록 바람의 세기가 강해지나 수심, 케이블설치의 어려움 등으로 풍력발전기 설치는 어려워진다.

Tip!

신재생에너지자원지도를 보고 모둠별로 특징을 분석하고 발표하는 시간을 갖는다.

마무리 (5분)

ET

풍력발전이 필요한 지역은?

- 풍력에너지 필요성을 공감하고 중요성에 대해 토론해본다.

- 육상 풍력발전과 해상풍력발전의 장단점에 대해 모둠별로 얘기해본다.

- 풍력발전은 바람의 세기가 강하고 사계절 내내 일정한 지역이 유리하다.

- 전력의 외부공급이 어려운 도서산간지역, 고립된 섬 같은 지형은 풍력을 통해 전기를 생산하기 좋다.

Tip!

풍력발전의 특징에 대해 배운 것을 토대로 모둠별로 토론하고 정리하여 발표한다.

지도상의 유의점

- 풍력발전의 입지조건과 육해상 풍력발전의 특징에 대해 알아보는 시간이다.

- 학생들이 수업에 지루함을 느끼지 않도록 실물을 직접보며 체험하고 몸으로 깨닫도록 지도한다.

- 풍력발전기 근처에서 소음을 직접 듣게하고 해상풍력발전기의 실물을 보며 어떻게 바다위에 풍력발 전기를 세울 수 있는지 질문을 통해 상상하게 하여 관심을 유도한다.

20

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} 풍력에너지 연구의 길

과목 창의적 체험활동 수업차시 3/3

단원 진로와 탐색

교육과정

2009개정교육과정 창의적체험활동 (4)진로활동

1. 자신의 특성, 소질과 적성, 능력 등을 이해하고 이를 바탕으로 자신의 정체성을 확립하고, 자신만의 독 특한 진로를 탐색한다.

2. 각종 검사, 상담을 통해 진로 정보를 탐색하고 자신의 진로를 계획한다.

3. 진로와 직업 선택의 중요성을 인식하고 자신의 적성과 소질에 맞는 진로를 탐색·설계한다.

4. 학업과 직업 세계를 이해하는 직업체험활동 기회를 통해 진로를 결정하고 준비한다.

학습목표 풍력에너지 연구자의 역할을 알고 자신의 진로 설계하기

학습과정 교수·학습 활동 준비물

도입 (10분)

풍력에너지 연구분야와 연구자 역할 알아보기

Co

풍력에너지는 어떻게 연구를 할까?

- 풍력에너지 연구분야의 가능성에 대해 알아본다.

- 2012년 말 누적 설치용량 286GW, 신규용량 49GW로 지속적 증가¹⁾

- 2013~2016년까지 약 200GW가 신규설치되어 누적용량 약 486GW에 이를 전망 - 2020년 해상풍력 30GW 예상(영국, 독일, 중국 중심으로 해상풍력 프로젝트 진행 중 - 최근까지 태양광 > 풍력 > 바이오 순으로 투자가 이루어짐

- 해상풍력 보급 확대에 따라 2030년 경에는 풍력과 태양광의 투자비중이 유사해질 것 으로 전망

- 국내 풍력보급량은 185천 TOE수준(2011년 기준) : 전체 신재생에너지 보급량 대비 발 전부분 5%수준 (폐기물에너지 58.8%)

- 산업 전반에 걸친 Supply Chain이 완성되면서 성장 중 - 풍력경쟁력 : 한국 16위(기술역량 6위, 산업화 역량 26위 등) 학습활동

(35분) 멘토링 활동

본인의 진로 설계하기

CD

과학기술 분야의 본인의 진로를 설계한다.

- 워크북에 있는 진로모색 설문을 보며 본인의 성향과 맞는 과학기술분야 진로를 설계 해보는 시간을 갖는다.

마무리 (5분)

전문가와 진로 상담하기

ET

본인의 진로에 대해 전문가와 상담한다.

- 자신이 설정한 진로에 대해 발표하고 진로와 꿈을 찾기 위한 방법에 대해 전문가의 설명을 경청한다.

지도상의 유의점

래포를 형성하기 위한 상담환경을 만든다.

자신이 설정한 진로와 꿈을 찾기 위한 방법에 대한 충분한 이야기를 한다

1) 국내외 풍력 동향 및 추진과제 이철용(한국에너지경제연구원)

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

21

9. 교사용 수업자료

1/3 풍력에너지를 찾아서

 신재생에너지란?

²⁾

신재생에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등 을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말합니다.

지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 하며, 신·재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지고 있습니다.

구체적으로 신·재생에너지는 태양에너지, 생물자원을 변환시켜 이용하는 바이오에너지, 풍력, 수 력, 연료전지, 석탄을 액화·가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지로, 해양에너지, 폐 기물에너지, 지열에너지, 수소에너지, 그 밖에 석유·석탄·원자력 또는 천연가스가 아닌 에너지로 구분합니다.

 신재생에너지의 종류

신재생에너지는 재생에너지 8가지와 신에너지 3가지, 총 11가지로 구성되어 있습니다.

종류 내용

재생에너지

태양광 태양광발전시스템(태양전지, 모듈, 축전지 및 전력변환장치로 구성)을 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환시키는 기술

태양열

태양열이용시스템(집열부, 축열부 및 이용부로 구성)을 이용하여 태양광선의 파동성질과 광열 학적성질을 이용분야로 한 태양열 흡수·저장·열변환을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술

풍력

풍력발전시스템(운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치 및 제어장치로 구성)을 이용하 여 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생하는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하 는 기술

바이오에너지 태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체) 및 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지

2) 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」 제2조

22

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} 폐기물에너지

사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의 한 오일화기술, 성형고체연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의 한 열회수기술 등의 가공·처리 방법을 통해 연료를 생산

지열 지표면으로부터 지하로 수m(미터)에서 수km(킬로미터)깊이에 존재하는 뜨거운 물(온천)과 돌 (마그마)을 포함하여 땅이 가지고 있는 에너지를 이용하는 기술

수력 개천, 강이나 호수 등의 물의 흐름으로 얻은 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 발 생시키는 시설용량 10,000kW이하의 소규모 수력발전

해양에너지

해수면의 상승하강운동을 이용한 조력발전과 해안으로 입사하는 파랑에너지를 회전력으로 변 환하는 파력발전, 해저층과 해수표면층의 온도 차를 이용, 열에너지를 기계적 에너지로 변환 발전하는 온도차 발전

신에너지

연료전지 수소, 메탄 및 메탄올 등의 연료를 산화시켜서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환 시키는 기술

수소에너지 수소를 기체 상태에서 연소시 발생하는 폭발력을 이용하여 기계적 운동에너지로 변환하여 활 용하거나 수소를 다시 분해하여 에너지원으로 활용하는 기술

석탄가스화·

액화

석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온, 고압 하에서 불완전연소 및 가스화 반응시켜 일산화 탄소와 수소가 주성분인 가스를 제조하여 정제한 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하여 전기를 생산하는 신발전기술

 풍력에 관한 이야기

풍력발전은 바람이 가지는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 시스템입니다.

인류는 바람을 에너지원으로 다양하게 활용해왔는데, 양수와 제분의 용도로 사용되었던 풍차는 바 람의 힘을 기계적 에너지로 변환하는 장치였으며, 이후 전기의 발견과 발전기의 발명으로 바람을 이용하여 전력을 생산하는 풍력발전기가 등장하게 되었습니다.

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

23

풍력은 신재생에너지의 대표적 에너지원으로서 재생 가능한 에너지 자원을 무한정 이용할 수 있 고, 이산화탄소나 방사선 폐기물과 같은 환경오염물질을 배출하지 않는 무공해 천연 에너지원입니 다. 최근 지구온난화에 대한 환경문제와 화석연료 고갈에 따른 에너지문제를 해결하기 위한 방안 으로 신재생에너지의 사용이 주목받고 있으며, 여러 에너지원 중에서 풍력에너지가 가장 큰 잠재 력을 가지고 있습니다.

 풍력발전기의 원리

풍력발전은 바람에 의하여 발생하는 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환 기술입니다. 바 람이 갖고 있는 운동에너지가 로터 블레이드(엔진실과 연결된 날개)를 거쳐 기계적 에너지로 추출 되고, 이 회전력으로 발전기의 로터(날개 연결부위)를 회전시켜 전력을 생산하는 방식을 취하고 있 습니다.

이 과정을 자세히 설명하면, 블레이드(날개)를 통과하는 바람에 의해 발생하는 양력과 항력으로부 터 로터 블레이드를 회전시키는 힘이 발생하며, 이 때 바람이 가지는 운동에너지의 일부를 기계적 인 에너지로 추출하게 됩니다. 블레이드의 회전 동력은 주축을 통해 발전기의 회전자로 전달되어 전기를 생산하게 되는데, 발전기에서 생산된 전력은 축전지에 저장하여 사용할 수도 있고 송전선 등 전력계통에 연계하여 송전할 수도 있습니다.

기계 동력 브레이크

장치

기어

박스 발전기

Controler 보호장치

연계 설비

충전장치

바람에너지

(터빈의 효율)

회전에너지

(발전기의 효율)

전기에너지

(전력변환 효율)

전력변환

전력 신호

24

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안}

 풍력발전기 시스템

풍력발전기는 구성상 기계 시스템, 전기 시스템, 제어 시스템으로 구분하고 있습니다.

1. 기계와 제어 시스템

명칭 특징

블레이드 바람이 가지는 에너지를 회전력으로 변환

허브 블레이드를 연결

로터 블레이드와 허브를 포함해 로터라고 함

주축 회전력을 증속기에 전달

증속기 저회전 고토크의 회전을 고회전 저토크의 회전으로 변환

발전기 회전력을 전력으로 변환

타워 풍력발전기를 지지

피치시스템 블레이드의 피치각을 조절

너셀 블레이드와 타워를 연결하는 엔진실 요잉 시스템 너셀을 바람이 부는 방향으로 일치시킴 제어/모니터링 시스템 풍력발전기를 제어

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

25

풍력발전기는 바람 에너지를 회전력으로 변환시키는 블레이드(Blade), 블레이드를 연결하는 허브 (Hub), 블레이드와 허브로 이루어진 로터(Rotor), 회전력을 증속기에 전달하는 주축(Main Shaft), 저회전·고토크의 회전을 고회전·저토크의 회전으로 변환하는 증속기(Gearbox), 회전력을 전력 으로 바꾸는 발전기(Generator), 풍력발전기를 지지하는 타워(Tower), 블레이드의 피치각을 조절 하는 피치 시스템(Pitch System), 블레이드와 타워를 연결하는 엔진실인 너셀(Nacelle), 너셀을 바람 이 부는 방향으로 일치시키는 요잉 시스템(Yawing System), 그리고 풍력발전기를 제어하는 제어/

모니터링 시스템으로 이루어져 있습니다.

2. 제어 장치

풍력 제어 시스템은 풍속에 따른 출력, 피치, 각 로터와 발전기의 회전수를 제어하는 속도·출력 제 어 시스템, 풍향과 제동장치, 회전 방식에 대한 제어를 담당하는 운전 상황·모드 제어 시스템, 전 력 계통과 병렬 운전을 제어하는 계통 연계 제어 시스템, 풍력발전기의 운전 상태를 실시간으로 감 시하고 모니터링하는 운전·모니터링 시스템으로 구성되어 있습니다.

 해상풍력발전 설비

육상풍력단지의 확대와 함께, 육상단지 개발의 한계성, 해상풍력발전의 가능성과 높은 효율성 등으 로 풍력선진국에서는 해상풍력발전에 향후 연구개발의 초점을 맞추고 있습니다. 이에 따라 육상풍 력분야에서 불리한 지리적 조건을 가진 국내에서는 육상풍력산업과 함께 해상풍력산업을 동시에 육성하는 방향으로 진행되고 있습니다. 풍력터빈을 해상에 설치해야하기 때문에 설치 및 운영의 신뢰성이 더욱 요구되며, 해상풍력발전단지를 건설함에 있어 터빈자체 비용보다는 터빈을 지지하 는 지지구조물, 해저케이블, 해상변전시설, 설치비용 등이 2배 이상 소요되므로 설치 전의 구상이 무엇보다 중요합니다.

육상변전소

계동연계선

해상변전소

지중전력선

풍력발전기

해상구조물

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^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} 1. 하부구조물

해상풍력발전기의의 설치는 고정식과 부유식으로 나눌 수 있습니다. 고정식의 경우 지지구조물은 타워, 하부구조물, 기초로 이루어지는데, 타워는 기존 풍력터빈과 거의 동일하며, 하부구조물 설계, 제조, 설치 분야의 연구개발이 중요합니다. 부유식의 경우 터빈을 부유체에 조립한 후, 케이블을 통 해 해저에 고정하는 방법을 이용하고 있습니다.

2. 계통연계 기술 및 시설

계통연계기술은 해상단지내의 전력계통과 육상변전소까지의 연계기술을 말합니다. 이에 대한 세 부기술로는 전력선 및 전력망 설계시공기술, 해상변전소 설계 및 시공기술 등이 포함됩니다.

터빈에서 발전된 전기를 육상변전소로 송전하기 위하여 적정한 해저케이블의 설치가 매우 중요하 며 많은 비용이 소요되기 때문에 단거리 및 장거리 대규모 송전용 해저케이블 개발 및 제조기술, 케 이블 포설 설비와 장비, 유지보수 기술 등의 개발이 필수로 요구됩니다. 해상변전 시설은 해상에 설 치되는 바, 내환경성 및 신뢰성을 고려하여 개발되고 있습니다.

3. 터빈설치선

해상풍력발전단지의 조성에서 설치비용이며 매우 큰 비중을 차지하며, 설치용 선박과 설치기술이 필수로 확보되어야 합니다. 해상풍력발전단지의 조성이 아직은 초기단계에 있기 때문에 설치선의 건조가 유럽의 수요에 맞춰져 있습니다. 이에 국내의 조선 해양 기업에서는 유럽에서 설치선을 주 문받아 건조하고 있습니다. 향후 해상풍력발전단지의 건설이 확대되면, 가장 시급하게 확보되어야 하는 분야가 설치선 및 설치기술이라고 전망하고 있습니다.

<학생용 워크북 자료>

[신재생에너지 종류] 신재생에너지에는 어떤 것들이 있을까.

종류 특징

태양광에너지 태양의 빛에너지. 태양광 발전 시스템을 이용하여 빛에너지를 모아 전기로 바 꿀 수 있다.

태양열에너지 태양의 따뜻한 열에너지. 이를 이용하여 집을 따뜻하게 하고 물을 데울 수 있 으며 전기도 생산할 수 있다.

풍력에너지 바람이 가진 운동에너지. 풍력발전기를 통해 전기를 생산할 수 있다.

수력에너지 물의 유동 및 위치에너지. 다목적댐이나 소수력 발전시스템을 통해 전기를 생 산할 수 있다.

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

27

바이오에너지 바이오매스(Biomass, 유기성 생물체를 총칭)를 직접 또는 생화학적, 물리적

변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기·열에너지로 이용할 수 있다.

지열에너지 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용해 냉·난방에 이용할 수 있다.

해양에너지 해양의 조수, 파도, 해류, 온도차, 염분차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산 할 수 있다.

폐기물에너지 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산할 수 있다.

수소에너지 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리, 생산해서 연 료 또는 전기를 만들 수 있다.

연료전지 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환시킨다.

석탄액화·가스화

• 석탄액화 : 고체연료인 석탄을 휘발유 및 디젤유 등의 액체연료로 전환시 키는 기술

• 석탄가스화 : 석탄, 중질잔사유 등의 저급연료를 고온·고압의 가스화기에 서 정제하여 에너지를 만들 수 있다.

[풍력에너지의 중요성] 풍력에너지의 장점에 대해 생각해보자.

- 고갈 될 염려가 없고 연료가 불필요하다.

- 환경 오염물질의 배출이 없다.

- 면적 을 적게 차지한다.

- 낙도 등의 낙후지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하다.

- 제주도와 같은 일부 지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으로 관광자원 으로 활용할 수 있다.

- 신재생에너지 종류 중 하나로 발전 가능성이 높다.

[풍력발전기 내부 구조] 풍력발전기 내부는 어떻게 생겼나.

28

^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안}

명칭 특징

블레이드 바람이 가지는 에너지를 회전력으로 변환

허브 블레이드를 연결

로터 블레이드와 허브를 포함해 로터라고 함

주축 회전력을 증속기에 전달

증속기 저회전 고토크의 회전을 고회전 저토크의 회전으로 변환

발전기 회전력을 전력으로 변환

타워 풍력발전기를 지지

피치시스템 블레이드의 피치각을 조절

너셀 블레이드와 타워를 연결하는 엔진실 요잉 시스템 너셀을 바람이 부는 방향으로 일치시킴 제어/모니터링 시스템 풍력발전기를 제어

[풍력발전기 디자인] 자신만의 풍력발전기를 그려보자.

[풍력발전에 영향을 미치는 요소] 풍력을 이용해 전기를 만드는데 어떤 요소들이 영향을 미칠까.

1. 바람의 세기 : 바람이 강하게 불면 전기가 더 잘 만들어져요. 하지만, 너무 쎄게 불면 풍력발전기가 안전상 움직이지 않아요.

2. 풍력발전기 날개(블레이드) 의 형상 : 이것은 바람의 영향을 더 잘 받도록 만들어져 있어요. 따라서 형태 가 중요하답니다.

3. 내부 기계 마찰 : 기계적 마찰이 심하면 효율이 떨어집니다. 풍력발전이 잘 되려면 기계 간 마찰을 최대한 줄여야겠죠?

4. 발전기 효율 : 발전기 모터의 효율이 좋으면 전기를 잘 발생시킵니다.

풍력에너지를 찾아서 수업지도안

29

2/3 풍력발전기 이해하기

 풍력발전 종류

³⁾

풍력발전의 종류

회전축 방향에 의한 분류 ^{수평축 풍력발전기}

수직축 풍력발전기

증속기 유무에 의한 분류 ^{증속기형 풍력발전기}

직결형 풍력발전기

공기역학적 방식에 의한 분류 ^{양력식 풍력발전기}

항력식 풍력발전기

운전 속도에 의한 분류 ^{정속형 풍력발전기}

가변속형 풍력발전기 출력 제어 방식에 의한 분류 날개 각 제어형 풍력발전기

실속 제어형 풍력발전기 계통 연계 여부에 의한 분류 계통 연계형 풍력발전

독립 운전형 풍력발전

설치 장소에 의한 분류 ^{육상 풍력발전}

해상 풍력발전

1. 회전축에 의한 분류

풍력발전기는 회전축 방향에 따라 수평축형과 수직축형으로 구분합니다. 회전축을 바람이 불어오 는 방향인 지면과 평행하게 설치하면 수평축형이고, 지면과 수직으로 설치하면 수직축형입니다. 통 상적으로 풍력발전기가 중·대형급 이상이면 수평축형을, 100kW급 이하 소형이면 수직축형을 사 용합니다.

<수평축 풍력발전기> <수직축 풍력발전기>

3) 한국풍력산업협회

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^{풍력에너지를 찾아서 수업지도안} (1) 수평축 풍력발전기

현재 발전용으로 3개의 날개를 가진 프로펠러형을 많이 사용하고 있습니다. 수평축발전기의 장점 으로는 간단한 구조, 쉬운 설치, 우수한 에너지 변환 효율을 꼽고 있습니다. 반면, 날개 전면을 바람 방향에 맞추려면 너셀을 360도 회전시키는 요잉 장치가 필요하며, 증속기와 발전기 등을 포함한 무 거운 너셀을 타워 상부에 설치하기 때문에 점검과 정비가 어려운 편입니다.

(2) 수직축 풍력발전기

원호형 날개 2~3개를 수직축에 붙인 다리우스형과 2~4개의 수직 대칭익 모양의 날개를 붙인 자일 로밀형 그리고 반원통 모양의 날개를 마주 보게 한 사보니우스형 등이 있습니다. 수직축 풍력발전 기는 바람 방향에 영향을 받지 않아 요잉 장치가 필요 없습니다. 사막이나 평원에 적합하지만, 소재 가 비싸고 수평축보다 효율이 떨어지는 편입니다.

2. 증속기 유무에 의한 분류

풍력발전기 날개에 직결해 회전하는 주축과 발전기 사이에 설치해 발전기의 회전속도를 증가시키 는 장치를 증속기라고 합니다. 풍력발전기엔 증속기를 포함하는 증속기형과 증속기 없이 발전기에 직결하는 직결형이 있습니다.

<증속기형 풍력발전기> <직결형 풍력발전기>

(1) 증속기형 풍력발전기

간접 구동식으로도 불리는 증속기형 풍력발전기는 초기 풍력 터빈 개발 단계부터 적용한 기술적 접근 방법입니다. 기술적 발전을 거듭한 오늘날에도 시장의 80~90% 이상이 이 형식을 적용하고 있 으며, 최근 증속비를 높여 발전기의 크기를 줄이는 기술과 증속기형의 문제점인 진동과 소음, 하중 의 불균등 분배 등을 없애기 위한 기술 개발이 활발한 상태입니다.