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수직축 풍력터빈에 관한 연구
A Study of Vertical Axis Wind Turbine 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.10 no.5, 2017년, pp.389 - 395  

박정철 (Department of Electronic Engineering, Gachon University)

초록
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본 논문은 주 블레이드 각도와 보조 블레이드 각도를 변화 주어서 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적의 조건을 찾고자 하였다. $45^{\circ}$로 주 블레이드 각도를 변경한 Shape 4는 주 블레이드 각도를 $0^{\circ}$로 한 Shape들 보다 효율은 110% ~ 250% 증가하고, 출력은 157.2% ~ 263.2% 증가했다. 그리고 주 블레이드의 Fin 크기를 2배 크게 변경한 Shape 5의 출력은 Shape 4에 비해 27.5%, Shape 1에 비해 70.8% 증가하였다. Case 구조에서 주 블레이드 형상이 Shape 1로서 동일한 경우에는 Case 1은 Case 2보다 효율은 15.4%, 출력은 13.3% 증가하였다. 그리고 $45^{\circ}$로 보조 블레이드 각도를 한 경우, 주 블레이드 형상이 핀 형태보다 벤디드 형태가 우수하였다. Case 4는 Case 1보다 47%, Case 3보다 13.6% 출력이 증가하였고, 효율은 Case 1보다 46.7%, Case 3보다 15.8% 증가하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper showed the difference in the optimum conditions by using the ANSYS CFX simulation program with the changes of the main-blade angle and sub-blade angle. Main-blade Shape 4,which had angle $45^{\circ}$ while other Shapes with angle $0^{\circ}$, was increased to 157.2[%...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 수직축 풍력터빈에 대해 기초 연구하였으며 즉 주 블레이드 각도와 Fin 길이를 변화 주어서 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적의 조건을 찾고자 하였다.
  • 또한 수직축 풍력터빈의 경우 낮은 회전속도에서도 정격출력으로 발전하기 때문에 미풍에서도 풍력발전이 가능하며 소음 역시 더 적다는 장점이 있다[3]. 현재까지 수직축 풍력터빈의 출력상승을 위해 많은 연구가 이루어지고 있으며 아크형 날개를 이용한 항력식 수직축 소형 풍력터빈 발전 형상 변화 및 피치각 변화에 따른 유동해석을 통해 최적 설계에 대한 방향을 제시했다[4,5] 본 논문에서는 주 블레이드 각도와 핀 길이 및 보조 블레이드각도를 변화주어서 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적의 조건을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수직축 풍력터빈이 미풍에서도 풍력발전이 가능하며 소음이 더 적은 이유는 무엇인가? 수직축 풍력터빈은 바람의 방향과 무관하게 운전 가능하기 때문에 구조적으로 간단하고 설치비용 또한 저렴하다. 또한 수직축 풍력터빈의 경우 낮은 회전속도에서도 정격출력으로 발전하기 때문에 미풍에서도 풍력발전이 가능하며 소음 역시 더 적다는 장점이 있다[3]. 현재까지 수직축 풍력터빈의 출력상승을 위해 많은 연구가 이루어지고 있으며 아크형 날개를 이용한 항력식 수직축 소형 풍력터빈 발전 형상 변화 및 피치각 변화에 따른 유동해석을 통해 최적 설계에 대한 방향을 제시했다[4,5] 본 논문에서는 주 블레이드 각도와 핀 길이 및 보조 블레이드각도를 변화주어서 ANSYS 유동해석 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 최적의 조건을 제시하고자 한다.
풍력 발전기의 역할은 무엇인가? 또한, 풍력에너지는 유해물질이 발생되지 않으므로 대체에너지원으로 주목받는 에너지 중의 하나이다. 풍력 발전기는 공기의 운동에너지를 이용하여 회전자를 회전시켜 회전운동에너지로 변환시키는 역할을 하는 것이다. 회전자 축의 방향에 따라 수직축 터빈(Vertical Axis Wind Turbine : VAWT) 방식과 수평축 터빈(Horizontal Axis Wind Turbine : HAWT) 방식으로 나눌 수 있다[1,2].
풍력 발전기는 회전자 축의 방향에 따라 어떻게 나눌 수 있는가? 풍력 발전기는 공기의 운동에너지를 이용하여 회전자를 회전시켜 회전운동에너지로 변환시키는 역할을 하는 것이다. 회전자 축의 방향에 따라 수직축 터빈(Vertical Axis Wind Turbine : VAWT) 방식과 수평축 터빈(Horizontal Axis Wind Turbine : HAWT) 방식으로 나눌 수 있다[1,2].
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참고문헌 (7)

  1. Shin, J. Y., Son, Y .S., Cha, D. G., Lee, C. H. Hwang, I. C. "Aerodynamic characteristics of a vertical axis wind turbine blade" Journal of the Korean Society of Marine Engineering Vol.30, No.8, pp.877-884 Procedia 61, pp. 1275-1278. 2006, 

  2. Kim, D. K., Kim, M. K., Cha , D. K., Yoon , S. H., Yang , C. J., "Design of Drag-type Vertical Axis Miniature Wind Turbine Using Arc Shaped Blade" The KSFM Journal of Fluid Machinery Vol.9, No.2, pp.7-12, 2006 

  3. Park,C.,Park,G,S.,W.G.,S.H.,"Numerical Analysis of Wind Turbine of Drag Force Type with chang of Blade Number and Pitch Angle"Journal of the Koera Society of Computational Fluids Engineering Vol.10, pp. 61-64, 2004 

  4. Ryu I.H,Kim J.H,Kim B.G., LeeK. S., Yang. C.J,"A Study on Vertical Axis Wind Turbine Performance in Different Blade Shapes, Korean Society for Fluid Mchinery, summer symposium, pp.29-33, 2016 

  5. Kim, J. H., Kim, J .B., Oh, Y. L., , "Performance Prediction of Wind Power Turbine by CFD Analysis" Journal of the Korean Society of Mechanical Engineers Vol.37, No.4, pp.423-429, 2013 

  6. Magdi Ragheb and Adam M. Ragheb, "Wind Turbines Theory The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio", Fundamental and Advanced Topics in Wind Power, pp.27-33, 20, June, 2011. 

  7. Ministry of Trade, Industry and Energy, "Development and Implementation of Optimal Design System for Electric Machines and Power Apparatus. (400kVA power transformer, 500kW wind generator, 5MW PM type electric machine)", Dong-A University, Korea Electrical Engineering & Science Research Institute, R-2007-2-060, pp.75-82, 3,2010 

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