Abstract
In this paper, the aerodynamic design process of wind turbine blades is established. The optimization design strategy is presented and the constraints that must be reviewed during the aerodynamic design process are summarized. Based on this, this study developed a BEMT-based aerodynamic optimal design program that can be applied easily to actual work, not only for research purposes, but also can be integrated from the initial concept design stage to the final 3D shape detail design stage. The developed program AeroDA consisted of a concept design module, basic design module, optimal TSR module, local shape optimization module, performance analysis module, design verification module, and 3D shape generation module. Using the developed program, an improved design of the 5MW blade by NREL was made, and it was confirmed that this program could be used for design optimization. In addition, a 10kW blade aerodynamic design and turbine detailed performance analysis were carried out, and it was verified by a comparison with the commercial program DNVGL Bladed.
본 논문에서는 풍력 발전기 블레이드 공력 설계 프로세스를 정립하고, 최적화 설계 전략을 제시 하였으며, 공력 설계 진행시에 반드시 검토 필요한 제약 조건들에 대해서 정리 하였다. 이를 토대로 하여 연구 목적뿐 아니라, 블레이드 설계자가 실제 업무에 쉽게 적용 가능하고, 초기 개념설계 단계부터 최종 3차원 형상 상세 설계 단계까지 통합적으로 수행이 가능한 BEMT 기반의 공력 설계 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램 AeroDA는 개념 설계 모듈, 기본 설계 모듈, 최적 TSR 도출 모듈, 국부 형상 최적화 모듈, 성능 해석 모듈, 설계 검증 모듈 및 3차원 형상생성 모듈로 구성이 된다. 개발된 프로그램을 활용하여 NREL에서 공개 배포한 5MW 블레이드를 기반으로하여 하중저감을 위한 개선 설계를 진행하여 본 프로그램이 최적화 설계에 유용하게 사용 가능함을 확인 하였다. 또한 10kW 블레이드 공력 설계 및 터빈 상세 성능 해석을 진행하고, 이를 상용 전문 프로그램 DNV GL Bladed 결과와 비교하여 정확도를 검증하였다.
