[논문]50kW 풍력블레이드 설계에 관한 연구

김상만; 문채주; 정권성

doi:10.13067/jkiecs.2021.16.3.485

50kW 풍력블레이드 설계에 관한 연구
A Study on Design of Wind Blade with Rated Capacity of 50kW 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.16 no.3, 2021년, pp.485 - 492

김상만 (국립목포대학교 대학원) , 문채주 (국립목포대학교 스마트그리드연구소) , 정권성 (해바람에너지)

초록
AI-Helper

50kW 또는 그 이하의 정격용량을 갖는 풍력터빈은 일반적으로 소형풍력으로 간주한다. 소형풍력터빈은 독립형 전력시스템과 가전제품, 독립적인 적용 및 에너지저장장치, 태양광, 소수력, 디젤엔진과 같은 다른 에너지 기술을 조합하여 동시에 사용할 수 있는 매력적인 대체품이다. 연구목적은 터빈블레이드 제작법과 구조가 가능한 상업용 개발과정과 유사성을 갖도록 50kW급 풍력터빈 블레이드를 개발하기 위한 것이다. 목함에 기반하여 제작된 몰드기법은 탄소섬유와 열경화성 수지인 유리섬유를 사용한 경량설계, 다중부목, 오목성을 유지하기 위하여 채택한다. 수 작업형 시제품 제조법은 공기역학적인 평판형의 반복적인 설계를 통해서 단주기를 갖는 고밀도 형상 몰드를 사용하여 개발한 것이다. 5개의 블레이드 생산공정을 통하여 제작하고, 블레이드의 주요 구성요소는 IEC-61400-23 규정에 따라 설계의 적절성을 검증하기 위하여 시험하며. 또한, 개발된 블레이드를 갖는 풍력시스템은 성능특성을 검증하기 위하여 IEC 61400-12 규정에 따라 시험한다. 블레이드와 터빈시스템의 시험결과는 상업운전에서 요구되는 유효한 설계조건을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

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.

주제어

표/그림 (18)

그림 그림 1. 풍력블레이드 3차원 모델 Fig. 1 3D Model of wind blade
그림 그림 2. 설계된 블레이드의 정적해석과 절점응력 Fig. 2 Static analysis and node stress of designed blade
그림 그림 3. 구간별 굽힘 모멘트 값 Fig. 3 Bending moment value by the section
표 표 1. 풍력블레이드 규격 Table 1. Wind blade specification
그림 그림 4. 풍력블레이드 제작과정 Fig. 4 Wind blade manufacturing process
그림 그림 5. 실규모의 블레이드 강도 시험시스템 Fig. 5 Full-scale blade strength testing system
그림 그림 6. 블레이드 강도 측정시스템 구성도 Fig. 6 Schematic diagram of blade strength measurement system
표 표 2. 측정시스템의 센서와 계기 Table 2. Sensors and instruments of measurement system
그림 그림 7. 블레이드 중량과 무게중심 측정방법 Fig. 7 Measurement method of blade weight and weight center
그림 그림 8. 시험절차 흐름도 Fig. 8 Flow chart of test procedure
그림 그림 9. 블레이드 강도시험 모습 Fig. 9 Blade strength test view
표 표 3. 블레이드 중량과 무게중심 값 Table 3. Measurement data of blade weight and weight center
그림 그림 10. 정 플랩 시험결과 Fig. 10 Test Results of positive flapwise
그림 그림 11. 부 플랩 시험결과 Fig. 11 Test results of negative flapwise
그림 그림 12. 정 에지 시험결과 Fig. 12 Test results of positive edgewise
그림 그림 13. 부 에지 시험결과 Fig. 13 Test results of negative edgewise
그림 그림 14. 풍력발전기 출력 성능곡선 Fig. 14 Output performance curve of wind generator
표 표. 4 풍력발전기 규격 Table 4. Wind generator specification

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상세보기
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