• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권4호
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• pp.273-279
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• 2011

최근 관심이 높아지고 있는 해상풍력 터빈의 성능평가를 위해 풍력터빈 날개에 대한 점성유동장 해석을 수행하였다. Fluent package를 사용하여 회전하는 비관성 좌표계에서 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구하였다. 난 류 모형은 realizable k-$\varepsilon$ 모델을 사용하였으며, 격자계는 구조 격자계와 비구조 격자계를 혼합하여 사용하였다. 먼저 실험값이 공개되어 있는 2차원 날개에 대한 유동해석을 통해 수치계산 결과를 검증하였다. 다음으로 NACA 4-series 단면을 가지는 세 개의 날개가 2 MW의 정격출력을 내도록 설계된 풍력터빈 날개를 대상으로 회전수와 피치각을 고정시킨 상태에서 입사류의 속도를 변화하여 주속비 별로 성능해석을 수행하였다. 그리고 풍력터빈의 성능향상을 위해 날개의 끝에 세 가지 형태의 날개 끝판을 붙여 성능 변화를 추정하였다. 그 중에서 날개의 흡입면에 날개 끝판을 붙인 경우가 가장 우수한 성능을 보였다. 또한 풍력터빈 날개가 경사각과 레이크를 가진 경우에 대하여 출력계수를 각각 비교하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 추계학술대회
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• pp.250-251
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• 2010

본 연구는 수평축(horizontal axis) 풍력 터빈에 의해서 수직축 발전기를 운전하는 구조 및 그 운전 방식에 관한 것으로서 바람에 의해 수평축 터빈 로터로 입력된 회전력을 기계적으로 두 개의 수직축 회전 성분으로 변환하여 이들로부터 전기 에너지를 얻어내고 필요에 따라 터빈 날개가 바람이 부는 방향을 향하도록 yaw-axis 제어를 하는 기술에 관한 것이다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제9회 학술강연회논문집
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• pp.22-22
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• 1997

무공해 에너지원은 화석에너지의 고갈과 환경오염의 심각한 문제로 인하여 절실히 요구되고 있는 실정이다. 그중 풍력발전 시스템은 타 에너지원에 비해 여러 가지 측면에서 유리한 점을 가치고 있다. 본 연구에서는 500Kw급 풍력발전 시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력 성능 및 구조성능을 가지는 회전날개 설계과정을 수행하였다. 공력설계는 운용지역의 풍황을 고려하여 회전날개의 외형을 결정하였고 이를 바탕으로 공력성능해석이 수행되었으며, 구조설계는 복합재료를 사용하여 쉘-스파 구조를 갖도록 설계하여 굽힘 및 비틀림 그리고 피로수명에 대한 구조해석이 수행되었다. 그 결과 4m/s의 미풍에서도 운용가능하며, 12m/s에서는 정격출력 550Kw를 생산할 수 있는 형상이 설계되었고, 또한 20년 이상의 피로수명이 확보되었으며, 공질 등의 동적인 문제도 발생하지 않음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제32권5호
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• pp.369-376
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• 2013

Lowson의 음향상사식을 이용하여 시간영역에서 풍력터빈의 저주파수 소음을 예측 하였고, 관련 소음원들의 기여도를 분석하였다. 소음원으로서 날개-깃 상 평균 압력 분포를 구하기 위하여 XFOIL를 이용하였다. 이 때, 소음 예측 시 입력 값 인 유한 요소 상의 힘을 계산하기 위해 날개-깃을 여러 개의 요소로 분할하였다. 소음원을 힘 섭동항, 가속도항, 속도항으로 분리하여 주파수 기여도를 분석하였다. 끝으로, 예측 스펙트럼을 운용 중 인 풍력터빈에 대하여 측정한 저주파수 소음과 비교하였고, 그 결과 풍속 증가에 따라 힘 섭동 성분이 저주파수에서 크게 기여하는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.269-274
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• 2014

본 논문에서는 사보니우스형 풍력터빈의 저소음 설계에 관한 연구를 수행하였다. 선행연구를 통해 BPF 보다 높은 주파수를 기본주파수로 가지며 발생하는 하모닉 성분의 순음소음이 사보니우스형 풍력터빈의 주요한 소음임을 밝혔고, 이러한 하모닉 성분의 소음은 와류에 의한 것임을 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 선행연구결과를 바탕으로, 사보니우스형 풍력터빈의 저소음 설계를 위해 이탈되는 와류에 위상차를 유도할 수 있는 터빈 날개 끝단을 도입하였다. CFD 기법 및 음향상사법을 적용한 복합 전산공력음향학 기법을 적용하여 제안한 저소음 사보니우스형 풍력터빈의 방사 소음을 수치적으로 예측하였고, 기존의 형상과 비교를 통해 소음 저감 효과를 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권2호
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• pp.123-132
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• 2015

본 연구에서는 10 MW급 부유식 파력-해상풍력 연계형 발전시스템에 설치되는 다수 풍력발전기의 배치 설계를 수행하고, 전산유체역학 해석기법을 통해 다수 풍력발전기의 성능을 평가하였다. 날개요소운동량이론을 기반으로 한 풍력발전 단지 설계용 프로그램 WindPRO를 이용하여, 발전시스템의 적지 환경 풍황조건에 대해 최대에너지를 생산할 수 있는 배치 설계를 도출하였고, ANSYS CFX를 이용하여 다수 풍력발전기간의 후류 간섭영향을 발전기 성능 측면에서 검토하여, 근거리 다수 풍력발전기간의 후류 간섭이 시스템에 미치는 영향을 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권5호
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• pp.487-495
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• 2012

요 제어는 풍력 터빈의 전력 생산과 구조물의 기계적인 하중 발생에 밀접한 관계를 갖고 있다. 풍력 터빈으로 불어오는 바람의 방향과 나셀(nacelle)의 방향이 일치하지 않을 경우 발생하는 요 오차에 의하여, 풍력 터빈의 에너지 회수 효율이 감소하고, 블레이드(blade)에는 비대칭/불평형 하중이 증가하게 된다. 따라서, 요 오차를 감소시키기 위한 요 제어 시스템은 풍력 터빈의 중요한 서브 시스템 중에 하나이다. 그러나, 요 운동은 요 축 주위에 발생하는 여러 하중들에 의하여, 그 운동의 빠르기가 제약을 받게 된다. 본 논문에서는 기본적인 요 시스템의 원리에 대하여 간략히 살펴보고, 요 운동에 의하여 회전 날개에 발생된 기계적 하중이 어떻게 요 축 주위의 하중들로 전파되는 지, 또한 이러한 하중들의 특성은 무엇인 지에 대하여 살펴보았다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권7호
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• pp.841-847
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• 2018

세계 에너지 소비와 에너지 수요가 급격히 증가함에 따라 환경문제와 지속가능성에 대한 관심이 요즘 더욱 중요해지고 있다. 신재생에너지 중 해상풍력발전과 같은 깨끗하고 재생가능한 에너지자원은 대체에너지 자원으로 주목받고 있다. 유지보수 및 운영상의 관점에서 해상풍력발전은 일반적으로 연근해해역에 설치될 계획이지만 해상풍력발전단지의 개발은 계획된 풍력단지를 따라 기존의 해상교통으로부터 다양한 해상교통 간섭에 직면해 있는 실정이다. 해상풍력발전단지 인근해역 및 단지 내에서 해상교통을 안전하고 효과적으로 통제하기 위해 선박이 해상풍력단지 내에서 통항할 수 있도록 표준 기준을 제안한다. 따라서, 본 연구의 목적은 국외 해상풍력발전단지의 현지 규정을 조사하여 해상풍력발전단지에 대한 선박통항 허용 및 안전구역 기준을 수립 하는데 있다. 풍력단지의 내측 안전구역은 풍력터빈 날개 회전직경의 150 %를 적용한 거리와 외측안전구역으로는 외곽에 위치한 풍력터빈으로부터 200 m의 범위의 거리를 제시하였으며, 또한 풍력단지 내 선박통항 허용기준은 풍력터빈 날개의 높이와 조위를 평가하여 향후 서남해 해상풍력발전단지의 실증단지 해역에서 Air draft 14.47 m가 선체 접촉을 피할 수 있는 최소 마진을 가진 기준을 제시하였다. 향후 연구과제로서, 단일 해상풍력단지 내의 선박 통항 기준과 더불어 인접한 해상풍력단지 간의 선박통항 기준마련을 위한 후속연구가 필요하다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제14권2호
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• pp.5-10
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• 2011

The purpose of this study is to develop a software for the performance evaluation and blade design of a pitch-controlled HAWT using BEMT(Blade Element Momentum Theory) with Prandtl's tip loss. The HERACLES V2.0 software consist of three major part ; basic blade design, aerodynamic coefficient mapping and performance calculation including stall or pitch control option. A 1MW wind turbine blade was designed at the rated wind speed(12m/s) composing five different airfoils such as FFA-W-301, DU91-W250, DU93-W-210, NACA 63418 and NACA 63415 from hub to tip. The mechanical power predicted by BEMT at the rated wind speed is about 1.27MW. Also, CFD analysis was performed to confirm the validity of the BEMT results. The comparison results show good agreement about the error of 6.5% in rated mechanical power.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권1호
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• pp.91-97
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• 2013

In the present study, the effects of contaminant accumulation and surface roughness on the aerodynamic performance of wind turbine blade sections were numerically investigated by using a flow solver based on unstructured meshes. The turbulent flow over the rough surface was modeled by a modified ${\kappa}-{\omega}$ SST turbulence model. The calculations were made for the NREL S809 airfoil with varying contaminant sizes and positions at several angles of attack. It was found that as the contaminant size increases, the degradation of the airfoil performance becomes more significant, and this trend is further amplified near the stall condition. When the contaminant is located at the upper surface near the leading edge, the loss in the aerodynamic performance of the blade section becomes more critical. It was also found that the surface roughness leads to a significant reduction of lift, in addition to increased drag.