• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.39 no.8
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• pp.758-765
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• 2011

Recently, the wind energy has been widely used as a renewable energy resource due to lack and environmental issues of the mostly used fossil fuel. This work is to develop a 500W class blade design of vertical axis wind turbine system which will be applicable to relatively low speed region like Korea and for the domestic use. For this wind turbine a high efficiency and low noise turbine blade was designed with the proposing aerodynamic design procedure, and a light composite structure blade. Structural analyses were performed using the Finite Element Method and fatigue life of the designed blade is estimated. Finally, in order to check its performance, the manufactured blade was tested by using truck and the results of test was good with respect to its analysis result.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.187-187
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• 2010

풍력을 이용한 풍력발전기의 전력변환 시스템을 연구개발하기 위해서는 바람의 특성을 실내에서 구현할 수 있는 모의시험장치인 시뮬레이터가 요구된다. 모의시험장치는 바람을 받아 회전하는 블레이드 대신 풍속 값을 입력하여 전동기가 발전기에 토오크(torque)를 공급하게 된다. POSTECH 풍력에너지연구소는 2003년 750kW급 KBP-750D 풍력발전기용 모의시험장치에 이어, 2007년 2MW Gearless형 풍력발전기(KBP-2000M)의 400:1 축소모델인 5.83kW 모의시험 장치를 제작 완료하였다. (주)플라스포사는 모의시험장치를 이용하여 고효율의 전력변환장치 설계와 인버터 시스템 제어 알고리즘을 개발하였고, (주)유니슨은 2MW 풍력발전기용 통합연동제어 시스템을 제작 완료하여 2009년부터 대관령 실증단지에 초도품을 설치하고 실증운영 중에 있다. 본 논문은 대관령 실증단지에서 실시한 2MW 풍력시스템 실증과정에서 획득한 풍향과 풍속 데이터를 시각적으로 쉽게 보고 이해할 수 있도록 3D모델 처리방안을 적용하여 모의시험 장치에 구현한 내용이다. 풍력발전기 개발은 현재 대형화 추세에 있으며 연구개발 단계에서 풍력발전기의 발전 및 제어부분의 기능적 안정성 확보와 효율성 증대를 위한 적절한 시험은 필수적이다. 그러나 풍력발전기의 특성상 타워를 건설하고 회전자 블레이드를 사용하여 시험한다는 것은 설치 공간과 비용의 제약이 따른다. KBP-2000M (2MW) 모의시험장치는 풍력발전기와 같은 대형장비를 연구 개발하는데 필수적이며, 실증을 통해 획득한 Data를 적용함으로서 재품의 문제점을 찾아내고 성능향상을 도모하는데 필요하다. 실증 Data를 시각적으로 3D로 표현함으로서 현장의 풍속/풍향 변화를 사실감 있게 느끼게 되었다. 앞으로도 풍력발전기를 연구개발하거나 성능향상을 위해서는 적절한 제어와 안전을 위한 연동장치를 갖춘 스케일 다운된 모의시험장치 구축이 요구될 것이다. 풍력발전기의 실증과정에서 획득한 데이터를 모의시험장치에 적용(Feedback)하여 지속적인 성능향상을 높여나갈 것이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.190.2-190.2
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• 2010

LIDAR는 레이저를 대기에 송출하여 미세먼지의 이동에 의한 도플러 위상차를 검출함으로써 3차원 풍속벡터를 측정하는 원격탐사 장비로, 한국에너지기술연구원은 국내최초로 WindCube LIDAR를 도입하여 운영 중에 있다. LIDAR의 장점은 이동성, 설치의 편리성 외에도 현재까지 풍황탑이 모든 범위를 측정하지 못한 풍력발전기 블레이드 회전면 최고 높이인 지면 150m 까지의 풍속분포를 상세하게 측정할 수 있다는 특장점이 있다. WindCube LIDAR는 총 10개의 측정 고도를 설정할 수 있으며 1Hz로 원시자료를 획득하여 10분 평균자료로 저장한다. 이러한 측정자료를 통하여 기존 기상탑에서 불가능하였던 풍속분포의 정확한 이해와 난류특성의 파악이 가능하게 되었으나 반대급부로 급증한 측정자료의 정리와 분석에 많은 시간과 노력이 필요하게 되었다. 이에 한국에너지기술연구원에서는 LIDAR 측정자료의 가공 및 분석에 편리성을 제공하기 위해 KIER-$LidarWind^{TM}$ 프로그램을 개발하였으며, 2차원 등치선도 및 3차원 풍속분포 그래프를 시각함으로써 입체적인 가공 및 분석이 가능하도록 하였다.

• Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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• v.19 no.2
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• pp.124-130
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• 2005

This paper presents the simulation modeling and analysis of variable wind speed turbine system(VWTS) using Psim program In the simulation, using the Vestas V47 VWTS located in Hangwon wind farm in Jeju-Do as a model, wind model, blade model, pitch control model and grided connected generator are modeled. The VWTS is controlled by the optimal pitch angle for maximum output power under the rated wind speed and for the rated output power over the rated wind speed. To verify the effectiveness of proposed method, simulation results are compared with the actual data from the model system According to the comparison of these results, this method shows excellent performance. So it is very useful for understanding and applications of wind power control system.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.36 no.5
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• pp.465-475
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• 2012

This study was carried out with two goals. One was the development of a model of a wind turbine blade airfoil and the other was the application of this folding blade. In general, in large-sized (MW) wind turbines, damage is prevented because of the use of a pitch control system. On the other hand, pitch control is not performed in small wind turbines since equipment costs and maintenance costs are high, and therefore, the blade will cause serious damage. The wind turbine proposed in this study does not require maintenance, and the blades do not break during high winds because they are folded in accordance with changes in the wind speed. But generators are not cut-out, while maintaining a constant angle will continue to produce. The focus of this study, the wind turbine is continued by folding blade system in strong winds and gusts without stopping production.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.9
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• pp.1087-1094
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• 2012

This study deals with structural analysis and testing under loading conditions calculated by computational fluid dynamics for a small composite blade that is utilized in a dual rotor wind turbine system. First, the aerodynamic forces were analyzed at the rated and cutout wind speed to identify the bending moment distribution along the blade length in previous research. Then, full-scale structural tests were conducted according to IEC 61400-2 to evaluate the structural integrity of the composite blade. These results were compared with finite element analysis to identify the accuracy of the structural analysis. Based on these results, it was revealed that the existing blade has a very high safety margin. Then, the layup of the composite blade was redesigned and analyzed using finite element analysis to achieve structural integrity and economic efficiency.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.36.1-36.1
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• 2011

풍력개발 기술이 발전함에 따라 풍력발전시스템이 점차 대용량화되는 추세이며, 경제성 있는 풍력단지 건설을 위해 점차 대단지화 되어가고 있는 실정이다. 이로 인해 풍력 발전단가(Cost of electricity, COE)도 개선되고 있다. 풍황이 양호한 풍력발전단지의 경우, 풍력발전 COE는 현재 50~60원/kWh 수준으로 타 신재생에너지원에 비해 경쟁력이 높고, 석탄 화력의 COE와 비교해 봐도 동등한 수준 혹은 더욱 경쟁력 있는 수준으로 감소하였다. 풍력발전단지 조성을 위해서는 시스템의 효율과 고효율, 저비용의 풍력발전시스템을 풍황이 좋은 지역에 설치할 때 낮은 COE를 가지는 경제성 있는 발전단지가 가능하다. 동급 용량 풍력발전시스템을 같은 지역에서 설치하여 에너지생산량을 증대시키기 위해서는 블레이드 지름의 증가시켜 유량을 증가시키거나 타워의 높이를 증가시켜 풍속을 증가시키는 방안이 있다. 이 경우 블레이드 길이와 타워 높이 증가에 의한 시스템 비용의 증가가 발생하는데, 에너지생산량 증가에 의한 수익비용과 시스템 비용 증가에 의한 자본비용은 서로 반비례로 영향을 미친다. 이를 위해 최소의 COE의 최대의 순현재가치(Net Present Value, NPV)를 갖는 목적함수로 두고 블레이드의 최적 길이와 타워의 최적 높이를 선정하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.11
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• pp.1407-1413
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• 2011

In this paper, the structural design for composite blade was performed and full scale structural test was conducted to verify the structural design and integrity of composite blade. Firstly, FE analysis was performed using commercial software ABAQUS under conditions of rated wind speed and Case H in IEC 61400-2. Lay-up sequence and ply thickness were designed based on FE results. And to verify the structural design, full scale structural test was conducted according to IEC 61400-2 under identical loading conditions of FE analysis. Finally, the force-deflection and local strain behavior of composite blade were evaluated.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.2
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• pp.201-208
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• 2009

Recently, the wind energy has been widely used as a renewable energy resource due to lack and environmental issues of the mostly used fossil fuel. This work is to develop a 500W class small wind turbine blade which will be applicable to relatively low speed region like Korea and for the domestic use. For this blade a high efficiency wind turbine blade was designed with the proposing aerodynamic design procedure, and a light and low cost composite structure blade was designed considering fatigue life. Structural analyses including load case study, stress, deformation, buckling and vibration analysis were performed using the Finite Element Method. The fatigue life was estimated using the load spectrum analysis and the Miner rule. In order to evaluate the designed blade, the structural and aerodynamic performance tests were carried out, and the test results were compared with the analysis results.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.17 no.4
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• pp.92-99
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• 2016

A wind turbine is controlled for the purpose of obtaining the maximum power below its rated wind speed. Among the methods of obtaining the maximum power, TSR (Tip Speed Ratio) optimal control and P&O (Perturbation and Observation) control are widely used. The P&O control algorithm using the turbine power and rotational speed is simple, but its slow response is a weak point. Whereas TSR control's response is fast, it requires the precise wind speed. A method of measuring or estimating the wind speed is used to obtain a precise value. However, estimation methods are mostly used, because it is difficult to avoid the blade interference when measuring the wind speed near the blades. Neural networks and various numerical methods have been applied for estimating the wind speed, because it involves an inverse problem. However, estimating the wind speed is still a difficult problem, even with these methods. In this paper, a new method is introduced to estimate the wind speed in the wind-power graph by using the turbine power and rotational speed. Matlab/Simulink is used to confirm that the proposed method can estimate the wind speed properly to obtain the maximum power.