According to recent figures, 35% of the world's blades are made using prepreg blades, by Vestas and Gamesa. They are the most advanced in the market today. In this study, we investigated the validity of the finite element method (FEM) applied to an FE analysis of a hybrid composite wind-turbine blade. Two methods were suggested for a composite FE analysis: using the equivalent properties of the composite or using stacking properties. FE analysis results using the stacking properties of the composite were in good agreement with results of using the equivalent properties. The difference between FE results was approximately 0.6~13.3%.
An aerodynamic design tool was developed for small wind turbine blades based on the blade element momentum theory. The lift and drag coefficients of blades that are needed for aerodynamic blade design were obtained in real time from the Xfoil program developed at University of Illinois. While running, the developed tool automatically accesses the Xfoil program, runs it with proper aerodynamic and airfoil properties, and finally obtains lift and drag coefficients. The obtained aerodynamic coefficients are then used to find out optimal twist angles and chord lengths of the airfoils. The developed tool was used to design a wind turbine blade using low Reynolds number airfoils, SG6040 and SG6043 to have its maximum power coefficient at a specified tip speed ratio. The performance of the blade was verified by a commercial code well known for its prediction accuracies.
In this study, a specific structural design procedure for 2 MW class glass/epoxy composite wind turbine system towers is newly proposed through load case study, trade-off study, optimal structural design and structural analysis. Optimal tower design is very important because its cost is about 20% of the wind turbine system's cost. In the structural design of the tower, three kinds of loads such as wind load, blades, nacelle and tower weight and blade aerodynamic drag load should be considered. Initial structural design is carried out using the netting rule and the rule of mixture. Then the structural safety and stability are confirmed using a commercial finite element code, MSC NASTRAN/PATRAN. The finally proposed tower configuration meets the tower design requirements.
Kim, Moon-Chan;Shin, Byung-Chul;Lee, Ju-Hyun;Rhee, Shin-Hyung;Hyun, Beom-Soo;Nam, Jong-Ho
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.13
no.2
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pp.105-111
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2010
The present study deals with the investigation about the improvement of the design of tidal stream turbine blade (HAT) in comparison with wind turbine blade because the parameters of tidal stream turbine blade has been mostly derived from wind turbines. As such, there is plenty of room for improvement of the HAT impeller blade design. Comparisons have been done between the newly designed and existing impeller computationally. Similar comparisons will also be made for the experimental results in the near future.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.11a
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pp.345-346
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2006
This study proposes a development of blades for the 6W class small wind turbine system, which is applicable to relatively low speed region like Korea, and very easy to pitch control. The materials of the blades was used for the still. Electrical properties of blades improved by increasing with wind speed. The maximum output showed at $10^{\circ}$ of pitch angle and about 3.8[W] at 5.5[m/s] of wind speed.
Lee Chung-Hun;Jung Sung-Hoon;Park Ji-Sang;Kim Tae-Wook
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.22-25
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2004
This paper describes method and procedure for DDT (Design Development Test) of composite wind turbine blade composites. The test type of DDT is bending test, such as cantilever beam, based on the rated wind speed of wind power generation system. DDT was carried out in order to compare with the result of FEM analysis, characterize structural stability, verify manufacturing process and review test method of full scale blade.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.1
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pp.28-33
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2011
In this paper, structural design for 2kW class composite blade is performed by using design of experiment(DOE). A full factorial design is applied to meet the design specifications at the manufacturing process. The analysis of variance(ANOVA) is made in order to determine the significance of effects in an analysis. Structural analysis by using of commercial software ABAQUS is performed to compute the displacement and safety factor of filament wound composite blade. The results show that the proposed method is suitable to analyze the factors at the design of wind turbine blade.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.2
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pp.288-294
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2010
In recent years, wind energy has been the world's fastest growing source of energy. This paper describes the structural design and analysis of composite blade for 2 kW-level HAWT (horizontal axis wind turbine). The aerodynamic design and force, which are required to design and analyze a composite blade structurally, are calculated through BEMT(blade element momentum theory) implemented in public code PROPID. To obtain the equivalent material properties of filament wound composite blades, the rule-of-mixture is applied using the basic material properties of fiber and matrix, respectively. Lay-up sequence, ply thickness and ply angle are designed to satisfy the loading conditions. Structural analysis by using commercial software ABAQUS is performed to compute the displacement and strength ratio of filament wound composite blades.
GFRP based composite rotor blades were developed for 750 kW & 2 MW wind turbines. The blade sectional geometry was designed to have a general shell-spar and shear web structure. For verifying the structural safety under all relevant extreme loads specified in the GL guidelines, the structural analysis of the rotor blades was performed using commercial FEM codes. The static load carrying capacity, blade tip deflections and natural frequencies were evaluated to satisfy the strength and stability requirements. Full-scale proof tests of rotor blades were carried out with optical fiber sensors for real-time condition monitoring. Finally, the prototype of each rotor blade passed all proof tests for GL certification.
The parameter K which decides how much to convert wind energy to electric energy in MPPT(maximum power point tracking) control of wind turbine system using torque controller is changed because blade shape and air density change. If the parameter K is not optimal value, power lose occur. The changed parameter K is important issue in wind turbine system. In this paper, to solve this problem, considering wind turbine system using back-to-back converter control and torque control, we propose the adaptive MPPT algorithm which performs fast control by using initial K, estimates mechanical power using Kalman filter method, uses the estimated mechanical power as input for MPPT algorithm again, and consequently performs optimal MPPT control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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