• 제목/요약/키워드: Composite wind turbine

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풍력발전기용 복합재 블레이드의 구조해석 및 인증시험 (Structural Analysis and Proof Test of Composite Rotor Blades for Wind Turbine)

  • 박선호;한경섭
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.299-302
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    • 2008
  • GFRP based composite rotor blades were developed for 750kW & 2MW wind turbines. The blade sectional geometry was designed to have a general shell-spar and shear web structure. For verifying the structural safety under all relevant extreme loads specified in the GL guidelines, the structural analysis of the rotor blades was performed using commercial FEM codes. The static load carrying capacity, blade tip deflections and natural frequencies were evaluated to satisfy the strength and stability requirements. Full-scale proof tests of rotor blades were carried out with optical fiber sensors for real-time condition monitoring. Finally, the prototype of each rotor blade passed all proof tests for GL certification.

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2 MW급 대형 수평축 풍력발전시스템을 위한 필라멘트 와인딩 복합재 타워의 최적설계에 관한 연구 (A Study on Optimmal Design of Filament Winding Composite Tower for 2 MW Class Horizontal Axis Wind Turbine Systems)

  • 임성진;공창덕;박현범
    • Composites Research
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    • 제25권2호
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    • pp.54-61
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    • 2012
  • 본 연구에서 유리섬유/에폭시 복합재를 이용한 2 MW 풍력터빈 시스템 타워에 대한 특정 구조설계 절차가 하중 분석, 단계적 설계 변경 통한 최적 구조설계 및 해석을 통해 새로이 제안되었다. 최적 타워 설계는 풍력터빈 시스템 단가의 20% 이상을 차지하는 중요한 구조물 이다. 타워 구조 설계 시, 풍하중, 블레이드, 나셀, 타워 등에 의한 자중, 블레이드 공기 역학적 항력 등의 3가지 하중이 고려된다. 초기의 복합재 구조설계는 단순 설계기법과 혼합설계기법을 병용 하였다. 상용 유한요소 해석 프로그램인 MSC.NASTRAN/PATRAN을 통하여 구조적 안전성을 검토 하였다. 최종 제안한 타워 형상은 모든 설계 요구조건을 충족함을 확인하였다.

고효율 복합재 블레이드를 사용한 500W급 풍력터빈에 관한 연구 (Study on a 500W Class Wind Turbine using a High Efficiency Composite Blades)

  • 공창덕;최수현;박현범
    • 한국항공우주학회지
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    • 제37권2호
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    • pp.201-208
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    • 2009
  • 최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전시스템은 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발을 통해 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있는 블레이드 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 이론적 해석 결과를 입증하기 위하여 구조 시험 및 공력 성능 시험 결과 비교적 잘 일치하며 설계 요구 조건을 만족함을 확인하였다.

500W급 풍력발전기 복합계 블레이드의 설계 및 충격손상 안전성 연구 (Investigation on Design and Impact Damage for a 500W Wind Turbine Composite Blade)

  • 공창덕;최수현;박현범;김상훈
    • Composites Research
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    • 제22권1호
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    • pp.22-31
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    • 2009
  • 최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구의 목표는 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발로서 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있도록 설계 되어야 한다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 또한 풍력 발전 시스템에 발생할 수 있는 유체충돌해석을 모사하였다. 해석결과들은 유압시험장비를 이용한 구조시험 빛 성능시험의 결과와 비교되었고, 비교적 잘 일치하여 설계결과의 안전성을 확인하였다.

실험계획법을 이용한 풍력발전기용 블레이드의 설계 (Wind Turbine Blade Design using Design of Experiments)

  • 강기원;이승표;장세명;이장호
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.422-422
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    • 2009
  • This paper describes the structural design of small wind turbine blade by using design of experiments. Blade structure consists of skin, spar and foam. The materials for skin and spar are a kind of Glass/Epoxy and form is polyurethane. It has 7 lay-ups with different ply angle. A factorial design is applied to design the ply angles considering manufacturing constraints and to investigate the safety factor which is calculated by structural analysis. In order to perform the structural analysis, the commercial software ABAQUS is used. Tsai-Wu failure criterion is chosen to compute safety factor. The determination of the significance of effects in the experiments is made through the analysis of variance. The results show that ply angle at skin affects the safety factor of wind turbine blade. And from this result, optimal ply angles of composite blade are achieved.

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Smooth Wind Power Fluctuation Based on Battery Energy Storage System for Wind Farm

  • Wei, Zhang;Moon, Byung Young;Joo, Young Hoon
    • Journal of Electrical Engineering and Technology
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    • 제9권6호
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    • pp.2134-2141
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    • 2014
  • This paper addresses on a wind power system with BESS(Battery Energy Storage System). The concerned system consists of four parts: the wind speed production model, the wind turbine model, configure capacity of the battery energy storage, battery model and control of the BESS. First of all, we produce wind speed by 4-component composite wind speed model. Secondly, the maximum available wind power is determined by analyzing the produced wind speed and the characteristic curve of wind power. Thirdly, we configure capacity of the BESS according to wind speed and characteristic curve of wind speed-power. Then, we propose a control strategy to track the power reference. Finally, some simulations have been demonstrated to visualize the feasibility of the proposed methodology.

ANALYSIS OF A LAMINATED COMPOSITE WIND TURBINE BLADE CHARACTERISTICS THROUGH MATHEMATICAL APPROACH

  • CHOI, YOUNG-DO;GO, JAEGWI;KIM, SEOKCHAN
    • Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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    • 제23권4호
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    • pp.367-380
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    • 2019
  • A 1kW-class horizontal axis wind turbine (HAWT) rotor blade is taken into account to investigate elastic characteristics in 2-D. The elastic blade field is composed of symmetric cross-ply laminated composite material. Blade element momentum theory is applied to obtain the boundary conditions pressuring the blade, and the plane stress elasticity problem is formulated in terms of two displacement parameters with mixed boundary conditions. For the elastic characteristics a fair of differential equations are derived based on the elastic theory. The domain is divided by triangular and rectangular elements due to the complexity of the blade configuration, and a finite element method is developed for the governing equations to search approximate solutions. The results describe that the elastic behavior is deeply influenced by the layered angle of the middle laminate and the stability of the blade can be improved by controlling the layered angle of laminates, which can be evaluated by the mathematical approach.

반응표면법을 이용한 소형 수직축 풍력터빈 블레이드의 구조 최적화 (Structural Optimization for Small Scale Vertical-Axis Wind Turbine Blade using Response Surface Method)

  • 최찬웅;진지원;강기원
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제16권4호
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    • pp.22-27
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    • 2013
  • The purpose of this paper is to perform the structural design of the small scale vertical-axis wind turbine (VAWT) blade using a response surface method(RSM). First, the four design factors that have a strong influence on the structural response of blade were selected. Analysis conditions were calculated by using the central composite design(CCD), which is a typical design of experiment for the response surface method(RSM). Also, the significance of the central composite design(CCD) was verified using analysis of variance(ANOVA). The finite element analysis was performed for the selected analytical conditions for the application of response surface method(RSM). Finally, a optimization problem was solved with a objective function of blade weight and a constraint of allowable stress to achieve a optimal structural design of blade.

Structural analysis of horizontal axis wind turbine blade

  • Tenguria, Nitin;Mittal, N.D.;Ahmed, Siraj
    • Wind and Structures
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    • 제16권3호
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    • pp.241-248
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    • 2013
  • The wind turbine blade is a very important part of the rotor. Extraction of energy from wind depends on the design of blade. In this work, the analysis is done on a blade of length 38.95 m which is designed for V82-1.65 MW horizontal axis wind turbine (supplied by Vestas). The airfoil taken for the blade is NACA 634-221 which is same from root to tip. The analysis of designed blade is done in flap-wise loading. Two shapes of the spar are taken, one of them is of square shape and the other one is combination of square and cross shape. The blade and spar are of the same composite material. The Finite element analysis of designed blade is done in ANSYS. This work is focused on the two segments of blade, root segment and transition segment. Result obtained from ANSYS is compared with the experimental work.