• The KSFM Journal of Fluid Machinery
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• v.15 no.1
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• pp.21-26
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• 2012

In this investigation, the aerodynamic performance evaluation of a 1MW class blade has been performed with the purpose of the verification of target output and its clear understanding of flow field using CFD commercial code, ANSYS FLUENT. Before making progress of CFD analysis the HERACLES V2.0 software based on blade element momentum theory was applied for confirmation of quick and approximate performance in the preliminary stage. The blade was designed to produce the target output of a 1MW class at a rated wind speed of 12m/s, which consists of five different airfoils such as FFA W-301, DU91-W250, DU93-W-210, NACA 63418 and NACA 63415 from hub to tip. The mechanical power by CFD is approximately 1.195MW, which is converted into the electrical power of 1.075MW if the system loss is considered to be 0.877.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.20 no.1
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• pp.104-112
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• 2014

The counter-rotating approach on wind turbine has been recently put in interest for its certain advantages in both design and performance. This paper introduces a study on a counter-rotating wind turbine designed and modeled using NREL airfoils S822 and S823. The aims of the study is to evaluate and discover the performance of the counter-rotating system, and compares to that of single rotor turbine of same design using numerical simulation. The results show higher performance of the counter-rotating system compared with single rotor case at TSR 3 to 5 but lower performance at higher TSR. This is due to the interaction between upstream and downstream rotors. Thus, the counter-rotating turbine is more efficient at low rotor rotational speed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.444-447
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• 2009

The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The aerodynamic characteristics of NACA 63415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 5kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.492-492
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• 2009

Nowadays in Republic of Korea, there is no distinct reference for the related design technology of rotor blade of wind turbine. Therefore the optimum design and evaluation of performance is carried out with foreign commercial code softwares. This paper shows in-house code software that evaluates the aerodynamic design of wind turbine rotor blade using blade element-momentum theory (BEMT) and processes that is applied through various aerodynamics theories such as momentum theory, blade element theory, prandtl's tip loss theory and strip theory. This paper presents the results of the numerical analysis such as distribution of aerodynamic properties and performance curves using in-house code POSEIDON.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.31 no.4
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• pp.356-362
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• 2007

The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) was developed by use of BEMT. The Prandtl's tip loss theory was adopted to consider the blade tip loss. The aerodynamic characteristics of NACA 63-415 airfoils were predicted via X-FOIL and the post stall characteristics were estimated by the Viterna's equations. All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the Velux wind tunnel test results. The rated power of the testing rotor is 1 kW at design conditions. The power, estimated by use of predicted lift and drag coefficient via X-FOIL becomes a little higher than experimental one.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.06a
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• pp.281-286
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• 2006

본 연구의 목적은 차세대 대체에너지로 각광받는 풍력발전 중에서 육상발전보다 여러 가지 이점이 있는 한국형 해상풍력터빈 블레이드의 최적형상설계를 위한 알고리즘을 구현하는 것이다. 블레이드 단면 익형의 양력과 항력 분포는 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 첫 번째 수준의 설계변수인 각각의 블레이드 지름과 축 회전수에서 익형의 공력변수들과 최소에너지손실 조건을 이용하여 두 번째 설계변수인 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 그리고 성능결과를 바탕으로 반응면을 구성하고, 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 첫 번째 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 목적함수를 죄대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 설계된 최적형상에 대해 탈설계점 해석을 수행하여 성능을 구하였다.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.7 no.1
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• pp.81-89
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• 2012

Commonly used horizontal-axis wind turbines (HAWT) have the following structure: two or three blades, a nacelle which contains power converting equipments, generators, and a tower which supports the nacelle. The generated power is transmitted from the nacelle to the ground. Due to this structure, the power transmission lines are twisted when the nacelle is yawing. Thus, slip ring or additional yaw control mechanism is required. We propose a new structure of HAWT which is free of this transmission line problem. Moreover, the size of inverter can be reduced since two generators are connected in parallel in our mechanism so that power is distributed. A controller for yawing is developed so that it works in harmony with the controller for power generation. A MPPT (Maximum Power Point tracking) algorithm is implemented for the proposed system and efficiency of the system is validated by simulation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.432-436
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• 2007

본 연구의 목적은 3차원 풍력터빈 블레이드 최적형상설계를 위한 실용적이고 효율적인 설계 과정을 구현하는 것이다. 국내 연안의 해상풍력에 적용하기 위해서 통계적 모델을 이용하여 풍황 자료를 분석하였다. 설계에 관련된 많은 수의 설계변수를 효과적으로 관리하기 위해서 설계과정은 운용조건 최적화와 블레이드 형상설계의 2단계로 구성하였다. 실험계획법에 의해 추출된 각 운용조건점은 형상설계를 위한 입력값으로 제공된다. 형상설계 단계에서는 최소에너지손실 조건과 결합된 BEMT를 이용하여 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 블레이드 단면 익형은 NREL S830을 이용하였고, 익형의 공력성능은 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 설계된 블레이드 형상의 성능해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 반응면을 구성하였다. 좀 더 나은 성능을 가진 블레이드 형상을 찾기 위해서 초기설계공간에서 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 운용조건 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 연평균발생에너지를 최대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 제시된 최적설계과정은 풍력터빈블레이드 개발에 실용적이고 신뢰성 있는 설계툴로서 사용이 가능하다.

• New & Renewable Energy
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• v.3 no.3
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• pp.63-71
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• 2007

본 연구의 목적은 3차원 풍력터빈 블레이드 최적형상설계를 위한 실용적이고 효율적인 설계과정을 구현하는 것이다. 국내 연안의 해상풍력에 적용하기 위해서 통계적 모델을 이용하여 풍황자료를 분석하였다. 설계에 관련된 많은 수의 설계변수를 효과적으로 관리하기 위해서 설계과정은 운용조건 최적화와 블레이드 형상설계의 2단계로 구성하였다. 실험계획법에 의해 추출된 각 운용조건 설계점은 형상설계를 위한 입력 값으로 제공된다. 형상설계 단계에서는 최소에너지손실 조건과 결합된 BEMT를 이용하여 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 블레이드 단면 익형은 NREL S830을 이용하였고, 익형의 공력성능은 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 설계된 블레이드 형상의 성능해석을 수행하고 그 결과를 바탕으로 반응면을 구성하였다. 좀 더 나은 성능을 가진 블레이드 형상을 찾기 위해서 초기설계공간에서 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 운용조건 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 연간에너지생산량을 최대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 제시된 최적설계과정은 풍력터빈블레이드 개발에 실용적이고 신뢰성 있는 설계툴로서 사용이 가능하다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.32 no.6A
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• pp.369-378
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• 2012

In this study, direct-search based optimization methods are applied for blade shape optimization of wind turbines and the optimization performances of several methods including conventional genetic algorithm, micro genetic algorithm and pattern search method are compared to propose a more efficient method. For this purpose, the currently available version of HARP_Opt (Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer) code is enhanced to rationally evaluate the annual energy production value according to control strategies and to optimize the blade shape using pattern search method as well as genetic algorithm. The enhanced HARP_Opt code is applied to obtain the optimal turbine blade shape for 1MW class wind turbines. The results from pattern search method are compared with the results from conventional genetic algorithm and also micro genetic algorithm and it is found that the pattern search method has a better performance in achieving higher annual energy production and consistent optimal shapes and the micro genetic algorithm is better for reducing the calculation time.