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풍력터빈과 부품의 시험기술
Test Technology for Wind Turbines and Their Components 원문보기

설비저널 = The magazine of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, v.38 no.7, 2009년, pp.29 - 38  

황병선 (한국기계연구원 풍력핵심기술연구센터) ,  이희원 (한국기계연구원 풍력핵심기술연구센터) ,  이근호 (한국기계연구원 풍력핵심기술연구센터) ,  조한욱 (한국기계연구원 풍력핵심기술연구센터)

초록
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지난 20년간 급속한 발전을 통하여 회전 블레이드의 직경이 126 m, 나셀까지의 높이가 약 130 m에 이르는 6,000 kW의 용량을 가지는 풍력발전기가 개발되었다. 세계적으로 풍력발전의 필요성과 중요성이 인식되어 2008년 현재 약 120,000 MW의 설치 용량을 기록하고 있다. 풍력터빈(wind turbine)과 그 부품의 기계적인 성능평가의 종류와 방법은 많은 사람들의 관심인 것으로 판단한다. 우선 풍력터빈을 구성하는 주요 핵심부품은 블레이드, 증속장치, 발전기 등이며, 세부 구성 부품으로 허브, 핏치와 요베어링, 주축베어링, 타워 등이 있다. 주요핵심 부품인 블레이드, 증속기, 발전기 등의 성능평가가 중요한 이슈이다. 또한 모든 구성품을 조립하여 초기의 설계사양에 따라서 제조되고 최종성능이 발휘되는지 여부를 현장시험을 통하여 성능평가과정을 거치게 되는데 이 과정은 풍력터빈의 성능평가라고 하며 주요 평가대상은 출력성능(power performance), 소음(noise), 하중(load), 전력품질(power quality) 등 4가지 항목을 집중적으로 측정하여 개발된 풍력터빈의 전반적인 성능을 평가하게 된다. 본 투고에서는 핵심부품인 블레이드, 증속기, 발전기에 대한 시험기술과 풍력터빈의 성능평가 항목인 4개 측정 항목에 대하여 기술하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 투고를 통하여 풍력터빈의 개발을 수행하는 과정에서 필요한 핵심부품의 시험기술과 풍력터빈 완성품의 기본적인 성능평가기술에 대하여 알아보았다. 이 시험기술에 대한 지침은 세계적으로 통용되는 IEC규정 에서 제시되고 있다.
  • 본 투고에서는 주요핵심 부품의 성능평가와 풍력터빈의 4가지 성능평가를 위한 목적, 소요장비와 시험방법 등에 대하여 집중적으로 설명하고자 한다.
  • 시험평가의 목적은 설계에서 예측한 성능 특성을 시험을 통하여 입증하는 것이다. 증속기에 있어서 피로와 마모는 고장 원인 중에서 주요한 요소이다.
  • 전력품질 측정은 풍력발전기의 전력품질특성을 측정하고 평가함으로써 풍력발전시스템과 연계된 전력 계통의 전압 특성에 영향을 미치는 전기적 특성을 포함하는 전력품질의 특성을 정확하고 일관된 기준을 제시하여 평가의 방향을 제시하는 것에 그 목적을 가진다. 그림 12는 IEC 61400-21 에서 요구하는 측정시스템 구성 및 가정 요소의 예를 나타낸 것이다.
  • 방향(flapwise) 피로시험

    피로하중의 적용방법 하중을 적용하는 방법에는 일정 진폭하중, 블록하중, 변동하중 등의 방법이 있으나 자세한 언급은 피하고 단축 및 다축하중을 적용하는 방법에 대하여 논한다. 단축하중을 적용하는 방안은 엑쥬에이터를 이용한 forced displacement 시험법과 공진하중(linear resonant force)를 가하는 방법이 있다.

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