재생에너지의 점유율 증가에 의하여 출력이 제한되는 사례가 발생하고 있다. 전형적으로 풍력발전의 발전량이 높고 부하가 낮은 새벽시간에 출력제한이 주로 발생하였으나, 태양광발전의 점유율이 증가하면서 낮 시간에 풍력발전의 출력이 제한되는 사례가 발생하고 있다. 현재의 전력계통 운영 상황에서는 태양광발전의 점유율이 증가할수록 풍력발전의 출력 제한이 더욱 증가시킬 것이며, 이는 풍력발전 운영자의 어려움을 가중시킬 것이다. 본 논문에서는 발전원 그리고 발전소별 출력 제한을 위하여 전력계통의 운영 어려움 유발하는 에너지원의 우선 제약을 기준으로 설정하여 기준에 따라 재생에너지의 출력 제한량을 분배하는 방안을 제시하였다.
본 논문에서는 블레이드 피치각 변동을 포함한 풍력발전기 출력특성 시뮬레이션 모델을 개발하였으며, 피치각 변동이 필요한 경우를 각각 비상정지, 기동원활, 출력제한의 3가지 사례 연구를 통해 개발된 모델의 검증 수행하였다. 비상정지의 상황에서 풍력발전기의 출력특성을 모의하였고, 초기 정지 상태에서 블레이드 기동을 위한 초기 피치각 설정 및 변동하는 회전 속도에 맞는 블레이드 변동 지령 값을 구현하였으며, 정격 풍속이상에서 피치각을 감소시키는 제어기를 구현하여 정격이상의 출력 발생이 제한되는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인하였다.
최근 풍력사업의 발전은 제주도의 풍부한 바람을 이용하고자하는 풍력사업자들에게는 새로운 기회로 다가오고 있다. 하지만 이미 계통조건을 고려한 풍력한계용량이 산정되어 많은 풍력사업자들에게 기회를 제공해주지 못하고 있다. 본 논문은 계통의 안정성을 해지치 않으면서 풍력설비용량의 한계를 증가 시킬 수 있는 방안을 모색하기 위함이다.
풍력발전시스템은 풍력을 동력원으로 하여 풍차 블레이드를 회전시킴으로 발생하는 동력이 발전기를 작동하여 전기를 발생시키는 무공해 발전시스템의 하나로서 현재 대체 에너지원으로 각광을 받고 있다. 일반적으로 저 회전 고 토크 특성의 풍력에너지를 고 회전 저 토크 특성으로 작동되는 발전기로 전달하기 위하여 증속기를 사용한다. 풍력발전시스템용 증속기는 지상에서 높고 제한된 공간 내에 위치하게 되어 보수가 용이하지 못하므로 최적화한 구조 및 높은 신뢰수명이 요구된다.(중략)
국내 해상풍력발전단지가 증가함에 따라 소형선박의 단지 내 위험통항이 증가하고 있으며, 제한된 시계 또는 야간항해 시 해양풍려발전단지 부근을 항해하는 선박들의 안전항행 우도 및 해양풍력단지 시설물 보호의 필요성이 높아지는 등 해상풍력발전단지 내 항로표지가 중요한 의미를 갖게 되었다. 이 연구에서는 국제항로표지협회의 권고안과 주요국가의 국내규정 그리고 국내관련 규정을 비교·분석하여 항로표지의 기능 및 규격에 관한 기준의 개정방안을 제시하였다.
세계 각국의 풍력 발전기의 계통연계 운영 경험에 비해 아직까지 우리나라의 풍력 발전 단지에 대한 운영 경험은 매우 제한적이며, 연계 기준 수립에 대한 기초가 부족한 실정이다. 따라서 국내 계통의 특성을 고려한 연계 기준 및 최적 운영 방안의 수립을 위해서는 다양한 국가에서 적용하고 있는 풍력 발전 단지에 대한 연계 및 운영 기준에 대한 검토 및 계통 영향 평가에 대한 절차가 필요한 실정이다. 이에 본 논문은 계통운영자가 풍력발전기를 계통 연계하기 전 그 영향을 충분히 평가하여 허가 여부를 결정하거나 필요한 제어 요건을 갖출 수 있도록 풍력 발전기의 계통 연계 시 그 영향을 평가하는 절차에 대해 제안을 하였으며, 이 과정을 제주 계통 풍력발전 연계 모의 적용하였다.
해상용(offshore) 부이(bouy)는 선박의 항로를 지시하거나 암초, 침몰선 등 항해상의 위험물을 알리기 위해 사용 되며, 야간을 위해 등화장치를 설치한 것을 등부표라 한다. 등부표는 야간 점등을 위해 자체 전력 생산시스템을 갖추고 있으나, 기존의 태양광을 이용한 전력 시스템은 해상 환경에 따른 제약이 많아 안정적인 운영이 어려우므로 풍력 발전기(wind turbine)를 이용한 하이브리드 전력 생산시스템으로의 전환이 필요한 실정이다. 선행 연구는 수직축(vertical axis) 양력(lift) 및 항력(drag) 조합형 해상용 풍력발전기 개발에 대하여 수행하였으나, 본 논문에서는 풍력발전기의 효율 증대를 위해 날개 길이 및 후면부 절개 비율에 따른 수직축 풍력발전기 특성에 대하여 연구하였다. 풍력발전기의 설치조건은 선행연구와 동일하게 등명구 교체 작업을 원활하게 하기 위하여 설치 공간을 $1m{\times}1m$로 제한하였으며, 등부표의 구조를 고려하여 최상단에 지지 프레임을 별도로 구성 하였다. 풍력발전기의 블레이드는 0.6mm의 알루미늄 박판을 절곡하여 NACA 4418의 외형을 가지도록 제작하였고, 블레이드 설계 시 에어포일의 후면부를 절개하여 양력과 항력을 효과적으로 이용하며 저속과 고속에서 높은 효율을 가지도록 설계하였다. 또한 블레이드 날개 길이와 후면부 절개 비율에 따른 풍력발전기 특성을 실험을 통해 비교하여 기준 해상 풍속에서 블레이드 설계 최적화를 수행하였으며 비교 모델 대비 약32% 발전량이 증가한 설계변수 조합을 구하였다.
현재 풍력발전 기술은 전 세계에서 가장 빠르게 성장하고 있는 기술로서 2010년도에 세계 보급량은 200GW를 넘을 것으로 추정되고 있다. 이에 우리나라도 풍력발전 기술 집약에 전력하고 있지만 풍력단지에 대한 운영 경험은 매우 제한적이며, 연계 기준 수립에 대한 기초가 부족한 실정이다. 따라서 한국계통의 특성을 고려한 연계 기준 및 최적 운영 방안 수립을 위한 다양한 국가에서 적용하고 있는 풍력 발전 단지에 대한 연계 및 운영 기준에 대한 검토가 필요한 실정이며 세계 각국에서 적용되고 있는 풍력 발전기의 계통 연계 기준을 분석 및 검토하였다.
현재 풍력에너지는 세계적으로 가장 급격하게 관심이 집중되고 있는 에너지원으로 평가되고 있다. 이러한 환경의 변화와 신재생에너지에의 집중된 관심은 보다 추진력을 얻으며 풍력발전관련 산업체들에 힘을 실어주고 있다. 부산의 녹산 풍력클러스터는 풍력발전기의 요소부품을 생산하는데 있어 주요한 기업체들이 몰려있으며, 과거 몇 년간 세계적인 관심에 편승하여 산업입지가 높아지고 있지만, 이에 반해 관심은 여전히 제한적이었다. 본 논문은 서구에서 이루어지고 있는 풍력발전산업에서 최근까지 이루어졌던 주관심 이슈에 대해 조사하고자 한다. 또한 녹산 풍력클러스터의 현황과 보다 효과적인 집적지를 구성하기 위한 향후 계획에 대한 제안을 하고자 한다.
국내에서는 풍력 발전 기술 집약에 전력하고 있지만 풍력 발전 단지에 대한 운영 경험은 매우 제한적이며, 연계 기준 수립에 대한 기초가 부족한 실정이다. 따라서 국내 계통의 특성을 고려한 연계 기준 및 최적 운영 방안 수립을 위하여 여러 국가에서 적용하고 있는 풍력 발전 단지의 연계기준 및 최적 운영 방안에 대한 검토가 필요하다. 이에 본 논문은 제주계통을 대상으로 한 모의를 통하여 대규모 풍력 발전 단지의 최적 운영 방안에 대한 필요성을 확인하고 제안한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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