• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.16 no.3
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• pp.485-492
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• 2021

The wind turbines with a rated capacity of 50kW or less are generally considered as small class. Small wind turbines are an attractive alternative for off-grid power system and electric home appliances, both as stand-alone application and in combination with other energy technologies such as energy storage system, photovoltaic, small hydro or diesel engines. The research objective is to develop the 50kW scale wind turbine blades in ways that resemble as closely as possible with the construction and methods of utility scale turbine blade manufacturing. The mold process based on wooden form is employed to create a hollow, multi-piece, lightweight design using carbon fiber and fiberglass with an epoxy based resin. A hand layup prototyping method is developed using high density foam molds that allows short cycle time between design iterations of aerodynamic platforms. A production process of five blades is manufactured and key components of the blade are tested by IEC 61400-23 to verify the appropriateness of the design. Also, wind system with developed blades is tested by IEC 61400-12 to verify the performance characteristics. The results of blade and turbine system test showed the available design conditions for commercial operation.

• Journal of Wind Energy
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• v.5 no.1
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• pp.43-49
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• 2014

Primarily, tower loads of a wind turbine arise from aerodynamic effect and a top head mass. But sometime asymmetric loads of rotor also affect on the tower loads. Especially ice formation on two blades out of three causes the asymmetric loads, because the ice formation on blades lead to large rotating mass imbalance. This rotating mass imbalance of rotor affects tower fatigue loads. So design load cases of ice formation on blade should be considered in the fatigue design loads of the tower according to GL guideline 2010. This paper describes the change of tower fatigue loads following increase of tower height in the condition of ice formation. Finally, the optimal operation strategy is examined in order to reduce tower fatigue design loads.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.183.2-183.2
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• 2010

본 개발에서의 해상용 풍력발전기는 크게 허브와 블레이드를 합한 상부 구조물, 전기 발전기와 연결 조인트의 중간구조물, 각종 제어 장치가 들어있는 제어박스로 나누어진다. 상부 구조물은 Circular Hub 타입의 Darrieus 형상으로 양력(lift)을 이용한 회전력이 발생하며, Circular Hub 타입은 기존의 허브와 블레이드를 연결하여주는 암(arm)에 의해 유발되는 항력토크를 최소화 하기 위한 신개념 형상설계가 이루어 졌으며, 저속에서 우수한 회전특성을 가진다. 이는 바람을 받아 기계적 에너지로 전환 하는 역할을 하며, 풍력발전기의 성능에 직접적인 영향을 미친다. 중간구조물의 전기발전기는, 상부에서 발생된 기계적 에너지를 이용하여 전기적 에너지로 전환 하는 역할을 수행한다. 이렇게 전환된 전기적 에너지는 하부의 제어박스를 거쳐서 해상용 부이(buoy)의 하단에 위치한 베터리 뱅크로 전달, 저장되어 부이에서 쓰이는 전력을 충당하게 된다. 한편 본 개발은 풍력발전기의 공력하중 해석과 로터블레이드의 설계, 풍력발전기의 구조, 진동해석, MPPT 제어컨트롤러와 Breaking controller, 풍동 및 차량시험을 통한 성능평가 및 분석 등의 순으로 개발을 수행하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.187-187
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• 2010

최근 해상풍력 블레이드가 대형화됨에 따라 보다 가볍고 강한 재료가 요구되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 복합재는 발사우드나 PVC 폼 등을 코어소재로 하고, 유리섬유나 탄소섬유 등을 보강섬유로 사용하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 복합재에 대한 특성을 알아보고, 최근 흡음, 충격 및 열에 강한 발포 알루미늄을 이용한 복합재를 해상풍력 블레이드 제조에 적용하여, 구조 강도 실험을 실시함으로써 기존 복합재와 구조 강도 및 비용 등을 비교 검토하여 우수한 복합재를 제시하고자 한다. 이를 위해 대형구조물인 블레이드를 제작하기 위해 적절한 크기의 발포 알루미늄을 상호 접합하기 위한 방법을 연구하고자 하며, 목포대학교에서 보유중인 만능재료시험기(100 Ton)를 활용하여 인장, 압축, 굽힘 실험을 실시하고, 스킨재 변화, 코어재의 밀도와 두께 변화를 고려하여 다양한 복합재의 강도를 비교하고자 한다. 또한, 기존에 사용되고 있는 복합재와 발포 알루미늄을 이용한 복합재의 재료비 및 가공비를 추정하고 경제적인 복합재를 제시하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.508-511
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• 2009

풍력터빈 블레이드에서 발생하는 공력소음원의 위치 특성을 파악하기 위해 마이크로폰 어레이를 사용하여 소음원 풍동시험을 수행하였다. 풍동시험은 KARI 중형 아음속풍동에서 수행되었으며, 소음원의 위치파악을 위해 시간영역 회전체 빔포밍기법을 사용하였다. 기존 시간영역 회전체 빔포밍 기법의 경우 시험데이터 해석에 많은 시간이 소요되나, 본 논문에서는 원통형 좌표계에서 회전각 격자간격과 해석기간 간격 사이의 상관조건을 도입하여 데이터 해석시간을 기존 방법 대비 1/5로 단축하였다. 시험결과 나타난 주파수에 따른 블레이드 공력소음원의 위치 특성은 2kHz 이하 대역에서는 블레이드 반경 80% 부근에 주소음원이 위치하며, 4kHz 이상 대역에서는 블레이드 끝단 부근에 주 소음원이 위치하고 있다.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
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• 2006.08a
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• pp.411-414
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• 2006

풍력 발전기의 블레이드는 다른 회전기와는 달리 항상 지면의 경계층, 요-에러에 의한 어긋난 유입류, 타워와의 간섭효과의 환경에서 운영된다. 따라서 정상운전상태에서도 이와 같은 환경에서 겪게 되는 공력하중의 해석이 블레이드의 설계에서 중요하게 요구된다. 본 연구에서는 이의 비정상 공력하중해석을 위하여 자유후류기법을 이용한 방법을 연구하였다. 특히, 타워와의 간섭해석을 위하여 FVE라 명명한 후류 모델을 개발하여 적용하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.474-477
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• 2009

본 연구에서는 5MW급 수평축 풍력발전 블레이드에 대한 정격풍속과 낮은 풍속 영역을 고려하여 풍속에 대한 다점 최적설계를 수행하였다. 다점 최적설계를 수행하기 위해 블레이드 해석은 Blade Element and Momentum theory를 이용 하였으며, 설계 시 적용된 기저형상은 NREL에서 제안한 5MW급 풍력터빈 블레이드이다. 최적화 과정을 통해 얻어진 최적해의 집합에 대하여 L2 Norm을 통한 파레토분석을 하였으며, 이를 통해 기저형상의 연간 에너지생산량과 설비 이용률을 보다 향상 시킬 수 있었다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.30 no.6
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• pp.7-13
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• 2002

This paper introduced a new hybrid genetic algorithm, verified its performance, and applied it to the optimization of blade design and pitch control for 30kW pitch-controlled variable-speed horizontal-axis wind turbine system to determine the optimum blade chord and twist distributions that maximize the energy production for a given Weibull wind distribution and the optimum blade pitch angles that maintain constant power output.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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• pp.654-658
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• 2014

풍력발전은 재생에너지로써 유망한 대체 에너지원으로 각광받고 있으며, 국내에서는 이미 영덕, 영양 등의 풍력단지가 가동 중에 있다. 그러나 장기간 사용되어온 터빈이 반 이상이며, 그 중에서도 바람의 영향을 많이 받는 블레이드는 끝단 Tip이 벌어지는 파손이 발생하곤 한다. Blade Field의 유지보수를 통해 수명연장이 가능하나, 형상변화로 공력특성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 MEXICO 터빈용 블레이드의 Tip부분에 대해서 EDISON을 활용하여, 수리로 인해 변경된 Blade의 공력특성 변화를 분석하였다. 형상변경은 상용 프로그램 Pontwise로 작업했으며, 익형 주위의 유동을 2D비압축성 유동으로 가정하고 EDISON CFD의 2D_Incomp-2.1_P solver를 수치해석을 수행하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.4
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• pp.407-414
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• 2016

As wind turbines are getting larger in size with multi-MW capacity, the blades are getting longer, over 40 m, and hence the asymmetric loads produced during the rotation of the rotor blades are increasing. Some factors such as wind shear, tower shadow, and turbulence have an effect on the asymmetric loads on the blades. This paper focuses on a method of modeling the dynamic load acting on a blade because of thrust variation under wind shear. A method that uses thrust coefficient is presented. For this purpose, "wind shear coefficient of thrust variation" is defined and introduced. Further, we calculate the values of the "wind shear coefficient of thrust variation" for a 2 MW on-shore wind turbine, and analyze them for speeds below the rated wind speed. Then, we implement a dynamic model that represents the thrust variation under wind shear on a blade, using MATLAB/Simulink. It is shown that it is possible to express thrust variations on three blades under wind shear by using both thrust coefficient and "wind shear coefficient of thrust variation."