풍력터빈의 회전하는 날개는 유용한 전기만 발생시키는 것이 아니다. 터빈 날개는 번개도 일으킨다.

자연적으로 발생하는 이러한 번개에 대해서는 알려진 것이 거의 없다. 그 이유는 폭풍우가 치는 상황에서 터빈을 감시하기가 어렵기 때문이다. 그렇지만 이번에 스페인 바르셀로나 소재 카탈로냐폴리테크닉대(Polytechnic University of Catalonia)의 조안 몬타냐(Joan Montanya)와 동료들이 번개를 일으키는 풍력터빈을 최초로 고속 비디오로 찍었다. 그들은 또한 번개탐지 네트워크를 이용하여 이 번개들이 3차원적으로 어떻게 전파하는지에 대한 지도도 작성했다. 특정한 대기 조건 하에서, 회전하는 터빈의 날개들 중 하나가 가장 높은 위치에 있을 때마다 번개를 발생시킬 수 있다는 것을 연구팀은 발견했다. 종종 번개는 위로 2킬로미터까지 뻣어나갔다. 뜻밖에도, 가까이 있는 3개의 터빈들이 동시에 번개를 발생시키는 것이 비디오로 드러났다. “좁은 지역에 있는 터빈들로부터 그렇게 많은 활동을 보게 되는 것이 놀라웠다”고 몬타냐는 말했다.

2011년 영국에서 날개를 제동장치와는 반대로 움직여서 불덩이로 만들 정도의 마찰을 발생시킨 강풍 때문에 풍력 터빈이 폭발해버린 일은 널리 알려져 있다. 그러나 터빈은 번개에 더욱 취약하다. 빈번한 번개는 탄소강화 플라스틱으로 제조된 터빈 날개에 손상을 줄 수 있다. 터빈 날개는 일시적인 전하를 견디도록 설계되지만, 정기적인 번개는 날개를 더 빨리 퇴화시킬 수 있을 것이다. “풍력 터빈은 대량의 전하에 노출되고 있으며 쉽게 스트레스를 받을 수 있다”고 몬타냐는 말했다.

항공기도 종종 번개를 맞는다. 그러나 항공기는 터빈보다는 더 잘 보호된다. 항공기의 알루민늄 동체가 전기를 주위로 전도시키기 때문이다. 알루미늄으로 인한 추가적인 무게는 터빈 날개의 효율을 감소시키기 때문에, 알루미늄을 터빈에 사용할 수는 없다. 번개가 풍력터빈에서 큰 문제가 되는 또 다른 이유는 풍력 터빈을 검사하고 수리하기가 힘들기 때문이다. 풍력 터빈의 날개는 높은 구조물 위에 설치되어 있기 때문에 접근이 힘들다. 대조적으로, 항공기가 번개에 맞았을 때에는 그 다음에 착륙했을 때 점검해서 수리를 할 수 있다.

터번에서 발생되는 번개의 횟수를 줄일 방법을 몬타냐는 찾고 싶어 한다. 도전과제는 번개가 왜 그렇게 자주 생기는지를 찾아내는 것이다. 회전하는 날개의 끝이 공기와의 마찰을 통해서 대전되는 것이 그 원인이 아닌가라고 그는 의심하고 있다. “터빈에서 번개가 발생한다는 것은 수많은 유튜브 비디오들로 증명되었지만, 그 원인을 확인해야 할 필요가 있다”고 몬타냐는 말했다.

* 관련논문 : Journal of Geophysical Research: Atmospheres, DOI: 10.1002/2013JD020225

 

 

 

 

The spinning blades of wind turbines don't just generate useful electricity. They also trigger bolts of lightning.

 

Little is known about these spontaneous bolts because turbines are hard to monitor in stormy conditions. But now Joan Montanyà of the Polytechnic University of Catalonia in Barcelona, Spain, and his colleagues have captured the first high-speed video of wind turbines firing lightning. They also used a lightning detection network to map how the bolts propagate in three dimensions.

 

The team found that, under certain atmospheric conditions, rotating turbine blades can produce a bolt each time one of the blades is at its highest position. Strikes often propagate up to 2 kilometres upwards.

 

Unexpectedly, the video revealed three turbines close together producing lightning at the same time. "It's surprising to see so much activity from turbines in a small area," says Montanyà.

 

Struck through the blade

Famously, in 2011 a UK wind turbine exploded in high winds that forced the blades to move against their brakes, generating enough friction to turn it into a fireball. But turbines are more vulnerable to lightning.

 

The frequent lightning bolts could be damaging turbine blades, which are made of carbon-reinforced plastic. They are designed to resist occasional electrical discharges, but regular bolts could degrade them faster. "Wind turbines are exposed to a lot of electrical discharges and can easily be stressed," says Montanyà.

 

Aircraft are also often struck by lightning. But they are better protected than turbines – their aluminium fuselage conducts electricity around them. This is not an option for turbine blades because the extra weight would reduce their efficiency.

 

Another reason that lightning bolts pose a bigger problem for wind turbines is that they are hard to inspect and repair. Their blades sit on a tall structure, making them difficult to access. By contrast, when an aircraft is struck by lightning, it is checked and repaired the next time it lands.

 

Montanyà hopes to find ways to cut the number of lightning bolts generated by turbines. The challenge is to find out why they happen so often. He suspects the spinning tip of the blade becomes charged through friction with the air. "Many YouTube videos have documented spark-ups from turbines but the effect responsible needs to be confirmed," says Montanyà.

 

[원문출처 : http://www.newscientist.com/article/dn25089-spinning-wind-turbines-spark-clockwork-lightning.html]