• 대한기계학회논문집A
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• 제36권9호
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• pp.1087-1094
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• 2012

본 논문에서는 구조 시험과 유한요소해석을 통하여 소형 풍력발전용 복합재 블레이드의 구조적 안전성을 평가하였다. 먼저, 선행연구에서 공력해석을 수행하여 정격 및 극한 풍속일 때의 블레이드가 받는 굽힘 모멘트를 산출하였다. 이를 이용하여 소형풍력발전기 관련 국제 규격인 IEC 61400-2에 따른 실규모 구조 시험을 수행하여 구조적 안전성을 평가하였다. 그리고 유한요소법을 이용한 구조 해석을 수행하여 구조 시험 결과와 비교하여 이의 정확성을 판단하였다. 또한, 구조 시험을 통해 블레이드에 대한 과잉 설계가 확인되었으며 이의 해결을 위하여 블레이드의 적층 순서 및 두께를 재선정하여 구조적 안전성을 평가하였다.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제3회(2014년)
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• pp.654-658
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• 2014

풍력발전은 재생에너지로써 유망한 대체 에너지원으로 각광받고 있으며, 국내에서는 이미 영덕, 영양 등의 풍력단지가 가동 중에 있다. 그러나 장기간 사용되어온 터빈이 반 이상이며, 그 중에서도 바람의 영향을 많이 받는 블레이드는 끝단 Tip이 벌어지는 파손이 발생하곤 한다. Blade Field의 유지보수를 통해 수명연장이 가능하나, 형상변화로 공력특성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 MEXICO 터빈용 블레이드의 Tip부분에 대해서 EDISON을 활용하여, 수리로 인해 변경된 Blade의 공력특성 변화를 분석하였다. 형상변경은 상용 프로그램 Pontwise로 작업했으며, 익형 주위의 유동을 2D비압축성 유동으로 가정하고 EDISON CFD의 2D_Incomp-2.1_P solver를 수치해석을 수행하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.663-667
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• 2017

최근 화석연료의 사용으로 인한 연료고갈 및 환경문제가 대두되고 있으며 이를 해결하기 위한 대체에너지 개발이 시급한 실정이다. 풍력에너지는 대체에너지 중 지속적으로 무제한 사용할 수 있고 공해물질 배출이 없는 청정에너지로 각광받고 있다. 풍력발전은 바람에너지가 로터 블레이드를 통해서 운동에너지로 변환되고 다시 발전기를 통해서 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환기술이며, 풍력발전기의 중요부품인 블레이드의 설계 및 제작은 매우 중요한 요소이지만, 우리나라는 이에 대한 기초자료 및 핵심기술 등이 부족하여 아직도 중요부품들을 외국에서 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 저 풍속에서도 발전 가능한 다층형 구조의 블레이드를 소형풍력발전기에 적용하여 풍속 및 블레이드 개수에 따른 발전기의 출력특성을 분석하였다. 연구결과, 최대풍속 8m/s일 때 블레이드 3개를 적용하면 블레이드를 1개 및 2개를 적용했을 때보다 발전기 출력전압은 33% 및 18%로 증가되었고, 발전기 출력전류는 33% 및 15%로 증가되었으며 발전기 RPM은 23% 및 13%로 증가되었다. 본 연구에서다층형 구조의 블레이드를 소형풍력발전기에 적용한 결과 발전기의 출력특성이 향상되었고 저 풍속에서도 전기에너지의 수집이 가능함을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.186.3-186.3
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• 2010

본 논문은 우리나라와 같이 평균풍속이 낮고 바람 방향이 수시로 변하는 지역에 적합한 풍력발전 시스템에 관하여 논한다. 특히, 풍향에 상관없이 효율을 보장하고, 아주 약한 풍속 조건에서도 기동(Cut-in)되며, 낮은 평균풍속 5~6m/s인 지역에서도 경제적으로 풍력발전 단지의 구축이 가능하며, 다양한 지역에 설치가 가능하고, 소음이 적고 친(親) 환경적이며, 양산이 가능해 납기를 예측할 수 있으며 그리고 모든 부품 및 시스템의 국산화가 가능해야 한다는 7가지 조건을 만족하는 풍력발전시스템으로 이를 실현시키기 위하여 현재 풍력발전시스템의 가장 앞선 요소기술(state-of-the-art technology)인 직접구동 방식, 적층식, STR 블레이드, AFPM동기발전기, 자기부상 및 전자브레이크 등 5가지 기술을 복합 융합하여 최고의 효율 및 성능을 보장해 주는 적층 연곡형 시스템이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.201-208
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전시스템은 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발을 통해 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있는 블레이드 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 이론적 해석 결과를 입증하기 위하여 구조 시험 및 공력 성능 시험 결과 비교적 잘 일치하며 설계 요구 조건을 만족함을 확인하였다.

• 한국기계가공학회지
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• 제14권1호
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• pp.85-91
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• 2015

Wind turbine blades represent a key component of wind turbines, which extract energy from the wind. In the present study, the structural design of a small wind turbine blade is undertaken using a numerical analysis. The reliability of numerical results is verified through a comparison with the full-scale structural test data of a current blade. To modify the blade design, the blade was divided into several sections and the effect of the thickness of each section was investigated in a numerical analysis. Finally, the modified blade was designed with a lightweight and high-strength.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.51-57
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• 2010

This paper describes the structural design and testing for 1.5kW class wind turbine composite blade. In order to calculate the equivalent material properties rule-of-mixture is applied. Lay-up sequence, ply thickness and ply angle are designed to satisfy the requirements for structural integrity. Structural analysis by using commercial software ABAQUS is performed to assess the static, buckling and vibration response. And to verify the structural analysis and design, the full scale structural test in flapwise direction was performed under single point loading according to loading conditions calculated by the aerodynamic analysis and Case H (Parked wind loading) in IEC 61400-2.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권1호
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• pp.25-30
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• 2015

풍력발전기의 핵심 부품인 풍력 블레이드는 예상치 못한 풍 하중과 공력 특성으로 인해 불안전한 상태에 놓여 있다. 그에 따라 필연적으로 발생하는 내부 결함을 검출하기 위해 초음파탐상을 이용한 비파괴검사가 주로 진행되어 왔다. 하지만 블레이드의 소재 특성으로 인해 음향 신호 분석에 따른 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 풍력 블레이드 인공결함시험편을 제작후, 능동적 광 적외선열화상 비파괴검사 방법을 이용하여 결함의 크기를 정량화하기 위한 실험을 진행하였다. 100 kW 급 블레이드 내부의 결함 크기 정량화를 위해 알루미늄 켈리브레이션 테이프를 사용하였으며, 게재물(inclusion), 디본딩(debonding), 주름(wrinkle) 결함을 삽입하였다. 실험 결과 모두에서 뚜렷한 결함 검출이 가능하였으며, 결함 크기 정량화 결과 debonding 인공 결함 (${\phi}50.0mm$)에서 최대 98.0%의 정확성을 보였다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.32-36
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• 2023

최근 탄소 중립 등 지속 가능한 발전을 위한 지구환경 문제가 대두되면서 기존 풍력터빈의 소재인 유리섬유 복합재의 폐기 시 처리 방안이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 유리섬유 복합재를 대체할 수 있는 친환경 복합재인 아마섬유 기반 복합재를 활용하여 30kW 풍력터빈 블레이드를 제조하고 적합성을 평가하였다. 먼저 친환경 천연 아마섬유 복합재의 풍력터빈 블레이드 소재로 활용 가능성을 검증하기 위해 기계적 강도 시험을 수행하였으며, 그 결과 선행 아마섬유 복합재 물성 연구 대비 좀 더 우수한 강도가 측정된 것을 확인하였다. 또한 제작된 30kW 급 아마섬유 복합재 블레이드를 활용하여 아마섬유 복합재 블레이드의 정적강도를 측정하는 정적강도 성능평가 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.542-545
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• 2009

고창의 전력품질 실증시험장에서 계통에 연계된 풍력발전 시뮬레이터를 이용하여 풍력발전기의 특성을 파악하기 위해, 가변 풍속에서 이중여자 풍력발전기의 회전속도와 유효전력의 변화가 계통에 미치는 영향을 분석하였다. 고창의 전력품질 실증시험장은 22.9kV 계통에 전력품질 향상기기(DVR, STATCOM, SSTS)와 전력품질 외란 발생장치 등이 구축되어 있다. 모터와 VVVF를 이용하여 풍력발전기의 블레이드를 구현하고, 유도형과 이중여자 유도형 풍력발전기를 모의할 수 있는 시뮬레이터를 개발하였다. 선로의 길이를 20 kM로 가정하고, 덕적도의 풍속데이터를 이용한 가변풍속 패턴을 설정하여 풍력발전기의 회전속도에 대한 출력특성을 확인하였다.