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10 MW급 초전도 풍력발전기 계자코일 전자장 해석
Magnetic Field Analysis of the Field Coil for 10 MW Class Superconducting Wind Turbines 원문보기

한국초전도·저온공학회논문지 = Superconductivity and cryogenics, v.14 no.3, 2012년, pp.18 - 22  

김지형 (제주대 대학원 전기공학과) ,  박사일 (제주대 대학원 풍력특성화협동과정) ,  김호민 (제주대 공대 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the magnetic field analysis of the racetrack double pancake field coil for the 10 MW class superconducting wind turbine which is considered to be the next generation of wind turbines using the 3 Dimensional FEM(Finite Elements Method). Generally, the racetrack-shaped field coil w...

주제어

#2G superconducting wire   #3D FEM   #Lorentz force   #magnetic field distribution   #racetrack-shaped field coil  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 3차원 FEM을 통하여 10 MW급 초전도 풍력발전기 계자코일의 정자장 분포를 해석하였고 이에 따른 Lorentz force와 각 층의 임계전류를 산출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무엇때문에 풍력발전은 해상화 및 대용량화 되어가는 추세인가? 현재까지 풍력발전기는 대부분 육상에 설치되어 운전되고 있지만 5 MW급 이상의 대형풍력발전기가 개발되면서 풍력발전은 해상화 및 대용량화 되어가는 추세이다. 하지만 6 MW급 이상에서는 발전기 무게 증가로 인한 기술적 한계를 보임에 따라 초전도 풍력발전기가 주요 대안 중 한가지로 떠오르고 있다.
6 MW급 이상 풍력발전기에서 초전도 풍력발전기가 주요 대안으로 떠오르는 이유는? 하지만 6 MW급 이상에서는 발전기 무게 증가로 인한 기술적 한계를 보임에 따라 초전도 풍력발전기가 주요 대안 중 한가지로 떠오르고 있다. 초전도 발전기는 기존 직접구동형 영구자석형 동기발전기 대비 약 무게는 33%로 가벼워지고 크기가 40%가 줄어든다. 그리고 기기손실은 최대 60%가량 줄일 수 있다. 이에 따라 5 MW급 이상에서 경제성이 상대적으로 우수해진다[1-2]
초전도 풍력발전기의 회전자내부의 초전도계자코일이 받는 전자기적 응력이 매우 커지게 되는 이유는 무엇인가? 초전도 풍력발전기의 회전자는 2~5 T 크기의 자계를 만들어냄과 동시에 풍력발전기 운전 특성상 풍속및 풍향이 실시간으로 변하기 때문에 회전자 내부의 초전도계자코일이 받는 전자기적 응력은 매우 커지게 된다. 따라서 초전도계자코일의 자장분포해석과 이를 바탕으로 한 Lorentz force 산출을 통해 2nd Generation(2G) 고온초전도체(HTS)를 이용한 초전도계자코일의 신뢰성 확보 기술이 선행되어야 한다.
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참고문헌 (7)

  1. 김호민, "해상풍력용 발전기 기술 및 전망", 초전도와 저온공학, 13권 1호, pp. 13-21, 2011 

    원문보기 상세보기

  2. 김지형, 김호민, "고온초전도 풍력발전기 기술", 한국전기전자재료학회 합동 춘계학술대회 논문지, pp. 26, 2012. 

  3. 백승규, 손명환, 이언용, 권운식, 조영식, 권영길, "고온초전도 동기모터의 3차원 자장 분포 영향", 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 768-770, 2003. 

  4. Maxwell 3D Technical Notes, Version 14.0, ANSOFT, 2011. 

  5. 백승규, 권영길, 이언용, 이재득, 김영춘, 문태선, 박희주, 권운식, "1 MW 급 고온초전도 동기기의 전자기적 특성 해석", 한국초전도.저온공학회 논문지, 9권 3호, pp. 32-36, 2007년 9월. 

  6. 이재득, 이상호, 김호민, 이언용, 백승규, 권영길, 홍정표, 박민원, 유인근, "고온초전도 Homopolar 전동기용 계자코일의 설계 및 특성평가", 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp. 784-785, 2008년 7월. 

  7. "Performance data of 2G HTS wires.", 2008 Applied Superconductivity Conference, USA, Aug., 2008 

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