[논문]풍력발전기 출력성능 평가에 대한 연구

고석환; 장문석

풍력발전기 출력성능 평가에 대한 연구
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고석환 (한국에너지기술연구원) , 장문석 (한국에너지기술연구원)

In this paper, The case of power performance test for 3MW wind-turbine system is introduced. For the verification of power curve and the certification of wind-turbine, power performance test is very important. This paper described the power testing results of a 3MW wind turbine and analysed an uncertainty about the testing. The measured power curves are very closely coincide with the calculated. Total uncertainty of measured data for Power Curve is 120~200kW in the rated power.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 풍력발전성능평가단지의 모니터링 시스템에 계측된 데이터를 활용하여 풍력발전기 출력성능 평가 항목을 분석, 고찰하여 설계 시 제안된 풍력발전기 출력곡선과 성능시험 결과의 값을 비교하였으며, 풍력발전기 출력성능평가의 사례를 소개하고자 한다.

가설 설정

5～6m/s 범위만 편차가 발생되고 있는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 풍력발전기의 가동률이 적어서 연간 에너지 생산량에 대해서는 고려하지 않았다.

제안 방법

또한, 설계 제시 및 성능측정 출력곡선의 비교를 위하여 과 같이 표준대기 상태에서 편차값을 합성 표준불확도와 비교하였다.
공기밀도와 대기압, 풍력발전기 및 풍력발전기 상태가 측정되는 경우 최소한 1분당 1회 샘플링률로 수집을 하였으며, 자료수집시스템은 통계 처리된 10분 평균값, 표준편차, 최고값, 최저값 자료를 저장하였다. 또한, 자료 정규화 방법은 IEC 61400-12-1에서 정한 방법에 따라 시험 자료를 정규화 하여 처리하였다. 측정된 풍황 데이터 값은 표준공기밀도인 해수면 공기밀도를 사용하여 풍속측정 데이터값을 정규화 하여야 한다.
본 논문에서 측정된 시험 자료군은 2010년 01월 01일부터 2011년 4월 01일 까의 10분 평균 데이터를 활용하여 분석을 실시하였으며, 이때, 풍력발전기의 운전이 정지된 자료는 배제하여 분석을 실시하였다. 본 논문에서는 풍력발전기의 가동상태 정보 값의 부재로 인하여 저풍속에서의 출력성능 측정에 오차가 발생할 소지가 있다.
본 논문에서는 [1]의 Site Assessment 자료를 참고하여 유효각을 산정하였으며, 결과는 와 같다.
본 논문에서는 풍력발전성능평가 단지에서 수행 된 풍력발전기의 성능평가 사례를 소개를 하였으며, 계측된 데이터를 통한 데이터 정규화 작업을 통하여 데이터를 보정하여, 설계 제시된 출력곡선과 성능시험의 출력곡선의 비교 등을 수행하였으며, 결과는 다음과 같다.

데이터처리

측정 데이터는 1Hz 또는 그 이상의 샘플링율로 연속적으로 수집이 된다. 공기밀도와 대기압, 풍력발전기 및 풍력발전기 상태가 측정되는 경우 최소한 1분당 1회 샘플링률로 수집을 하였으며, 자료수집시스템은 통계 처리된 10분 평균값, 표준편차, 최고값, 최저값 자료를 저장하였다. 또한, 자료 정규화 방법은 IEC 61400-12-1에서 정한 방법에 따라 시험 자료를 정규화 하여 처리하였다.

성능/효과

1) 시험단지의 입지조건이 양호하여 24.5m/s의 풍속범위까지 성능시험을 완료할 수 있었으며, 설계 제시된 출력곡선과 비교해서 아주 일치한 시험결과를 도출하였다. 단, 저풍속구간에서 시험값이 설계값보다 낮은 것은 풍력발전기 상태정보의 부재로 인한 것이다.
2) 제시된 출력계수 곡선과 측정된 출력계수 곡선과의 비교에서는 비교적 낮은 풍속에서 차이가 발생하고 있으나, 약 8m/s 이상의 높은 풍속 상태에서는 점차적으로 일치하고 있음을 확인할 수 있었다. 저풍속 상태에서는 출력계수 자체는 매우 미세한 수치로 풍력발전시스템의 성능에 직접적인 영향을 준다고 할수 없다.
3) 측정된 출력곡선의 합성 불확도는 9～13m/s 구간에서 출력값의 10% 범위 값을 갖는 100～200kW 정도를 보이고 있으며, 고풍속으로 갈수록 1%이내의 값인 30kW 값 정도를 보이고 있다.
본 단지의 년평균 풍속은 허브높이 80m에서 6.5m/s이며, 방위별로 가장 강한 바람이 계측 되었던 방위는 북북서(330°) 방위로 9.51m/s, 서북서(300°) 방위에서 8.45m/s의 평균 풍속을 기록하고 있고, 풍속의 빈도수는 북북서(330°)방위에서 전체의 16.9%, 서북서(300°)방위에서 18.1%, 서쪽(270°) 방위에서 16.7%가 계측되었다.

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