초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구의 최종목표는 3 MW급 고효율 해상용 풍력발전 시스템 상용화 개발로서 총 3 년 동안 연차별 연구목표를 설정하여 개발을 추진하였다.
o 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 설계 및 제작 기술 확보
- 3 MW급 풍력발전시스템 상세 설계
- 3 MW급 블레이드 공력 및 구조설계 시제품 개발
- 3 MW급 증속기 설계 및 시제품 개발
- 3 MW급 발전기 모델 설계, 제작 및 시험 기술 개발
- 나셀, 허브, 피치 & 요 시스템, 축, 베어링 등 기계장치 부품 요

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구의 최종목표는 3 MW급 고효율 해상용 풍력발전 시스템 상용화 개발로서 총 3 년 동안 연차별 연구목표를 설정하여 개발을 추진하였다.
o 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 설계 및 제작 기술 확보
- 3 MW급 풍력발전시스템 상세 설계
- 3 MW급 블레이드 공력 및 구조설계 시제품 개발
- 3 MW급 증속기 설계 및 시제품 개발
- 3 MW급 발전기 모델 설계, 제작 및 시험 기술 개발
- 나셀, 허브, 피치 & 요 시스템, 축, 베어링 등 기계장치 부품 요소설계 및 제작
- 안전장치 설계, 시스템 설계 조합기술 개발
- 상태 감시 진단시스템 개발
- 제염 및 부식 방지 기술 개발(air conditioning, 부식방지 등)
- 해류나 파도의 영향, 접근성을 고려한 타워 설계 기술 개발
o 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 prototype 제작
o Prototype 풍력발전시스템 성능 검증 시험
- 3 MW급 블레이드/증속기/발전기 시험장치 구성과 절차 확립
- 3 MW급 블레이드/증속기/발전기/주요 구성품 구조/성능 시험
- 3 MW급 해상용 풍력발전시스템의 나셀 부 통합 연계 시험
o 풍력발전시스템 설계 인증 취득
- 상용화를 위한 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 GL 설계인증 획득
연차별 추진 연구내용은 다음과 같다.
(1) 1차년도 개발목표 (2006. 8. 1 ~ 2007. 7. 31)
o Drive train 개념설계 변경 및 기본설계
o 영구자석형 발전기 사양 결정 및 모델 발전기 설계 및 제작, 시험
o 블레이드 설계, 해석 및 제작 공정 설계
o 증속기 기어배열 결정 및 기본설계
o 나셀 layout 설계
o 기타 구성품 기본설계, 해석기술 개발
(2) 2차년도 개발목표 (2007. 8. 1 ~ 2008. 7. 31)
o 풍력발전 시스템의 주요 구성품 및 요소부품의 상세설계, 제작
o GL 인증을 위한 자료 준비
o 제어시스템 세부설계 및 상태감시 진단시스템 설계
o 해상풍력용 3 MW급 영구자석 고효율 동기발전기 상세설계 및 제작
o 증속기 상세설계 및 제작
o 블레이드 상세 설계 및 제작 공정 수립
o 각 개발품 시험계획 및 통합시험 계획수립
(3) 3차년도 개발목표 (2008. 8. 1 ~ 2009. 7. 31)
o 블레이드, 증속기, 발전기 제작완료 및 성능검사
o 메인베어링, 허브, 나셀 등 구성품 제작 완료 및 검사
o 드라이브 트레인 성능 검증 시험을 위한 시험장치 제작
o 구성품 조립 및 성능 검증 시험 실시
o 개발품의 성능시험 및 시험평가
o 증속기, 발전기 나셀 탑재 및 각종 기능시험
o GL 인증 획득

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 신·재생에너지기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• 목 차 ... 8
• 표 목 차 ... 12
• 그 림 목 차 ... 16
• 제 1 장 사업 개요 ... 28
• 제 1 절 연구개발의 필요성 ... 28
• 1. 기술적 측면 ... 28
• 2. 산업ㆍ경제적 측면 ... 30
• 3. 정책적 측면 ... 33
• 제 2 절 연구개발의 목표 ... 34
• 제 2 장 풍력발전시스템의 시장 ... 36
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 36
• 제 2 절 국내 기술 동향 및 수준 ... 39
• 제 3 절 세계 해상풍력 현황 ... 40
• 제 3 장 3 MW 해상용 풍력발전시스템 설계 ... 42
• 제 1 절 개념설계 ... 42
• 1. 개발목표 선정 ... 42
• 2. 동력전달계 개념설계 ... 44
• 3. 3 MW급 풍력발전시스템 WinDS3000TM 제원 ... 49
• 제 2 절 시스템 하중해석 ... 51
• 1. 개요 ... 51
• 2. 하중 해석 기본 조건 ... 53
• 3. 설계 하중 설정 ... 58
• 4. 구성품별 설계 하중 ... 60
• 5. 해상 조건 하중 해석 ... 68
• 6. Load Envelope 구성 ... 75
• 제 3 절 블레이드 설계 ... 76
• 1. 블레이드 공력설계 ... 76
• 2. 블레이드 소재 선정 ... 79
• 3. 블레이드 구조설계 ... 81
• 제 4 절 증속기 설계 ... 94
• 1. 증속기 개념설계 ... 94
• 2. 증속기 상세설계 ... 107
• 제 5 절 발전기 설계 ... 115
• 1. 발전기 기본설계 ... 115
• 2. 발전기 구조 해석 ... 132
• 3. 발전기의 대안설계 ... 139
• 제 6 절 전력변환장치 설계 ... 145
• 1. 전력변환장치 개요 ... 145
• 2. 3 MW급 대용량 인버터의 설계검토 ... 145
• 3. 전력변환장치 구성 ... 149
• 4. 상용 인버터의 구매 ... 152
• 제 7 절 기계 구조물 및 요소 부품 설계 ... 160
• 1. 기계 구조물 설계 ... 160
• 2. 요소부품 설계 ... 175
• 제 8 절 제어시스템 및 CMS 시스템 설계 ... 191
• 1. 풍력 제어시스템 설계 ... 191
• 2. CMS 시스템 설계 ... 201
• 제 9 절 타워 구조물 설계 ... 207
• 1. 타워 구조설계 ... 207
• 2. 타워 내부구조물 설계 ... 214
• 제 10 절 나셀 커버 및 구조물 설계 ... 222
• 1. 나셀 커버 및 스피너 설계 ... 222
• 2. 나셀프레임 설계 ... 224
• 3. Cooling 시스템 설계 ... 232
• 제 4 장 풍력발전시스템 설계인증 ... 245
• 제 1 절 풍력발전시스템 국제인증규격 ... 245
• 1. 형식인증 ... 245
• 2. 사업인증 ... 249
• 제 2 절 3 MW 풍력발전시스템 설계인증 추진 ... 251
• 제 5 장 풍력발전시스템 시제품 제작 및 시험 ... 254
• 제 1 절 시스템 조립 및 시험 ... 254
• 1. 나셀 (Nacelle) 조립 ... 254
• 2. 허브 (Hub) 조립 ... 258
• 3. 시스템 공장시험 ... 260
• 제 2 절 블레이드 제작 및 시험 ... 266
• 1. 블레이드 제작 ... 266
• 2. 블레이드 구조시험 ... 273
• 제 3 절 발전기 제작 및 시험 ... 278
• 1. 고효율 동기발전기 개념설계 ... 278
• 2. 모델발전기(30 kW급 영구자석 Type) ... 280
• 3. 제작 설비 ... 281
• 4. 1 MW급 풍력발전기 제작 ... 284
• 5. 3 MW 풍력발전기 제작 ... 287
• 6. 발전기 성능 시험 ... 302
• 7. 발전기 제작 및 시험 결론 ... 309
• 제 4 절 증속기 제작 및 시험 ... 315
• 1. 증속기 시제품 제작 ... 315
• 2. 증속기 성능 시험 ... 319
• 제 5 절 제어기 및 CMS 시스템 제작 ... 330
• 1. 제어기 제작 ... 330
• 2. CMS 시스템 제작 ... 336
• 제 6 절 제어알고리즘 검증용 시험기 제작 ... 339
• 1. 시험기 개요 ... 339
• 2. 제어 알고리즘 검증 ... 342
• 제 7 절 타워구조물 제작 ... 347
• 1. 타워제작과정 ... 347
• 2. 품질관리 ... 347
• 제 8 절 나셀 커버 및 스피너 제작 ... 350
• 1. 목형 (Master Plug) 제작 ... 350
• 2. 몰드 (FRP Mold) 제작 ... 351
• 3. 나셀 커버 및 스피너 제작 ... 351
• 제 6 장 연구결과 요약 ... 355
• 1. 3 MW급 고효율 해상용 대형풍력발전시스템 설계 기반구축 ... 355
• 2. 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 prototype 제작 및 시험 ... 355
• 3. 3 MW급 해상용 풍력발전시스템 설계 인증 취득 ... 355
• 제 7 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 357
• 제 8 장 연구개발성과(지식재산권, 논문, 인증 등) ... 358
• 1. 지식재산권 발생 현황 ... 358
• 2. 산업결과게재 전문학술지 ... 360
• 3. 국제인증 ... 362
• 제 9 장 연구개발결과의 활용계획 ... 363
• 제 10 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 364
• 제 11 장 참고문헌 ... 365