The wind power has been used steadily since long ago, but the importance of it has been faded because of the abundant and convenient fossil energy. Now, due to the energy crisis, experiencing the environmental problems etc, the necessity of using it growing bigger. Because the small wind turbines un...
The wind power has been used steadily since long ago, but the importance of it has been faded because of the abundant and convenient fossil energy. Now, due to the energy crisis, experiencing the environmental problems etc, the necessity of using it growing bigger. Because the small wind turbines under a few kW grade has the merits of setting up with low costs by individuals, and get the energy saving effects that, it has the secured, separate markets from the range systems, and the developing of it is continuously proceeding. The small wind turbine system must have the output power regulating system for the over wind speed, to run steadily in the various wind speed environment. In case of the small wind turbine system, to prevent the breaking and for safety, at the over wind speed, additional system is required, and in most cases, output power is restricted by mechanical means. In this paper, the furling system makes the tail and the head move to make the blades to the wind in slanted angle, restrict the output power at the over wind speed. In thesis, small prototype wind turbine is made, and analyzing the output power characteristics at the over wind speed, and to verify, through the logical study and tests.
The wind power has been used steadily since long ago, but the importance of it has been faded because of the abundant and convenient fossil energy. Now, due to the energy crisis, experiencing the environmental problems etc, the necessity of using it growing bigger. Because the small wind turbines under a few kW grade has the merits of setting up with low costs by individuals, and get the energy saving effects that, it has the secured, separate markets from the range systems, and the developing of it is continuously proceeding. The small wind turbine system must have the output power regulating system for the over wind speed, to run steadily in the various wind speed environment. In case of the small wind turbine system, to prevent the breaking and for safety, at the over wind speed, additional system is required, and in most cases, output power is restricted by mechanical means. In this paper, the furling system makes the tail and the head move to make the blades to the wind in slanted angle, restrict the output power at the over wind speed. In thesis, small prototype wind turbine is made, and analyzing the output power characteristics at the over wind speed, and to verify, through the logical study and tests.
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문제 정의
본 논문에서도 한계 풍속 이상에서 꼬리와 헤드가 이동하여 날개의 면이 바람 방향에 대해서 직교되지 않는 방향으로 이동하는 Side Furling System으로 Blade 중심축과 일정 간 격(Offset)을 두고 꼬리 날개(Tail vane)가 위치하며 한계풍속 15 m/s 이상에서 출력을 제한한다. 본 논문에서는 Prototype 소형 풍력발전기를 제작하고, 한계 풍속에서 출력 제한에 대한 특성해석을 하며 이론적 고찰과 실험을 통해 검증을 하고자 한다.
본 연구는 소형 풍력발전 시스템 보호장치로써 한계풍속 이상에서 꼬리날개를 이용한 실용적이며 안정적인 운전을 갖기 위한 기계적 출력 제어(Furlin응 System) 방법을 제시 하였다. 정격 출력 500W(풍속 10m/s)의 시스템에 적용하여 실중 실험을 수행하여 타당성을 검중하였다.
본 연구에서는 블레이드의 직경이 다소 커지는 것을 감수 하더라도 가능한 낮은 정격풍속을 갖도록 설계하였다. 그러나 이와 같이 설계된 블레이드가 과풍 속에서 작동하는 경우 출력에 의해 발전기 등의 시스템에 2차적인 문제가 발생할 수 있기 때문에 적절한 출력 제어 방법을 고려하여야 한다.
제안 방법
꼬리 날개(Tail vane)에 의한 한계 풍속시 출력을 제한하는 장치로서 정격풍속이하에서는 회전축에 의한 이격거리(Offset)에 의해서 요잉(Yawin 응)은 정상적인 동작을 하며 풍속이 증가하여 회전축의 힘보다 꼬리날개의 관성이 크게 됨으로 꼬리 날개 가나 셀(Nacelle) 쪽으로 이동하여 접히게 됨으로써 수평축 날개의 면이 바람 방향에 대해서 직교되지 않는 방향으로 설계 하였다. 수평축 날개의 회전축과 요잉(Yawin 응) 축과 이격거리(Offset)는 30mm이며, 꼬리날개는 수직축으로 10º에서 20º의 범위의 기울기는 갖는 날개를 제작하였다.
소형 풍력 발전기의 경우 한계풍속이상에서 시스템 고장 방지 및 안정성을 확보하기 위해서부가적인 장치가 필요한데 대부분 기계적인 방법으로 출력을 제한하고 있다. 본 논문에서도 한계 풍속 이상에서 꼬리와 헤드가 이동하여 날개의 면이 바람 방향에 대해서 직교되지 않는 방향으로 이동하는 Side Furling System으로 Blade 중심축과 일정 간 격(Offset)을 두고 꼬리 날개(Tail vane)가 위치하며 한계풍속 15 m/s 이상에서 출력을 제한한다. 본 논문에서는 Prototype 소형 풍력발전기를 제작하고, 한계 풍속에서 출력 제한에 대한 특성해석을 하며 이론적 고찰과 실험을 통해 검증을 하고자 한다.
하였다. 수평축 날개의 회전축과 요잉(Yawin 응) 축과 이격거리(Offset)는 30mm이며, 꼬리날개는 수직축으로 10º에서 20º의 범위의 기울기는 갖는 날개를 제작하였다. 꼬리날개의 길이는 블레이드 직경의 0.
1m이고 Prototype AFPM 발전기 정격 750W를 사용하였다. 전력 변환은 컨버터(AC-DC)에서 24V 배터리(Battery)로 충전을 하며 저 풍속에서도 충전이 가능하게 DC-DC 컨버터를 설계 하였다.
하였다. 정격 출력 500W(풍속 10m/s)의 시스템에 적용하여 실중 실험을 수행하여 타당성을 검중하였다. 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
정격풍속은 9-10m/s, 최대 출력은 750W-15m/s이며 한계풍속 이상에서는 기계적인 장치에 의하여 출력이 제한된다. 직접 구동 AFPM 발전기를 사용하였고 특징은 Slip Rin응을 제거하여 타워상부 Yawin응 장치를 최대한 간략화 하여 무게를 줄였다. 그림4는 Prototype 500W 소형 풍력발전기를 나타내고 있다.
대상 데이터
6배로 제작을 하였다. 회전수평축 날개는 직경이 2.1m이고 Prototype AFPM 발전기 정격 750W를 사용하였다. 전력 변환은 컨버터(AC-DC)에서 24V 배터리(Battery)로 충전을 하며 저 풍속에서도 충전이 가능하게 DC-DC 컨버터를 설계 하였다.
성능/효과
1) 정격풍속 이하에 서 로터블레이드 축과 꼬리의 이격 거리 (Offset) 때문에 꼬리날개의 받음각은 최소가 된다. 꼬리 날개는요잉(Yawin응)의해서 바람의 방향에 따라서 정상적으로 동작을 한다.
그림4는 Prototype 500W 소형 풍력발전기를 나타내고 있다. 실중 실험을 통해서 독립형 소형 풍력발전 시스템은 연간 풍속 4m/s 이상인 지역에서 적용 가능성을 확인 하였다.
표 1은 500W 풍력발전기 사양이다. 실험을 통해서 수평축 블레이드의 정격 풍속에서 회전수는 360rpm이며, 풍속 3m/s에서부터 출력이 발생되는 것을 확인하였다. 그림3는 실중 실험 결과풍속에 대한 출력 특성 곡선이다.
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