• 한국항공우주학회지
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• 제47권3호
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• pp.177-186
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• 2019

풍력 타워는 수직형 풍력터빈의 성능을 향상시키기 위해 사용되어왔다. 하지만 올바르게 설계되지 않은 풍력 타워는 오히려 풍력터빈의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 풍력 타워의 최적화 연구를 수행하였다. 이를 위하여 다음과 같이 6가지의 설계변수가 선택되었다. 즉, 가이드 벽의 외부 및 내부 반경, 스플리터의 적용 여부, 스플리터의 내부 반경, 가이드 벽의 개수 및 원주각도가 선정되었다. 최적화를 위한 목적함수는 풍력타워 내에 설치된 수직형 풍력터빈에서의 주기적인 평균 토크가 사용되었으며, 최적화 과정에서 지엽적인 최적화 결과를 피하기 위하여 실험계획법, 유전자알고리즘 및 인공신경망기법이 사용되었다. 인공신경망은 세대의 증가에 따라 지속적으로 향상하였으며, 수직 풍력터빈의 성능은 독립운전에 비하여 최적화된 풍력 타워 내에서 두 배 이상 향상되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권2호
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• pp.114-123
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• 2018

풍력타워는 수직형 풍력터빈의 성능을 향상하기 위하여 사용되어진다. 하지만 풍력타워의 성능은 내부반경, 외부반경, 안내벽의 개수 등의 설계변수에 의하여 좌우된다. 따라서 본 연구에서는 풍력타워의 효율적인 설계변수를 찾기 위하여 실험적인 연구를 수행하였다. 실험에 사용된 풍동의 시험부는 높이 2 m, 폭 2.2 m이며, 7개의 안내벽을 가진 풍력타워의 한 층을 모델로 제작하고, 그 내부에 풍력터빈을 설치하였다. 다양한 설계변수에 대하여 실험을 하기 위하여 세 가지 종류의 안내벽을 사용하였다. 상대적인 성능평가를 위하여 동일한 입구속도에서 풍력타워를 원주방향으로 회전이동하여 출력계수를 측정하였다. 실험의 결과에서 풍력타워의 내부반경과 풍력터빈의 회전반경과의 간격이 풍력터빈의 성능을 향상하는데 가장 큰 영향을 미치는 변수임을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1455-1462
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• 2012

풍력 터빈의 용량이 대형화될수록, 난류성분에 의한 풍력 터빈 구조물의 하중을 최소화시키는 하중완화 제어가 점차 중요해진다. 한번 설치되면 20 년 이상 작동되어야 하는 풍력 터빈 구조물은 끊임없이 바람에 의한 하중에 노출되는데, 이것이 적절하게 제어되지 않으면 풍력 터빈의 회전 반복운동에 의하여 피로파괴에 이르게 될 가능성이 커진다. 본 논문은 NREL 5MW 풍력 터빈을 대상으로 타워의 하중을 저감시키는 제어시스템을 설계하고, 이의 성능을 평가하는 내용을 담고 있다. 타워의 하중 완화제어시스템을 설계하려면 5MW 풍력 터빈의 동적 특성이 먼저 파악이 되어야 하며, 파워 커브를 추종하는 기본 제어시스템의 설계가 선행되어야 한다.

• Composites Research
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• 제25권2호
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• pp.54-61
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• 2012

본 연구에서 유리섬유/에폭시 복합재를 이용한 2 MW 풍력터빈 시스템 타워에 대한 특정 구조설계 절차가 하중 분석, 단계적 설계 변경 통한 최적 구조설계 및 해석을 통해 새로이 제안되었다. 최적 타워 설계는 풍력터빈 시스템 단가의 20% 이상을 차지하는 중요한 구조물 이다. 타워 구조 설계 시, 풍하중, 블레이드, 나셀, 타워 등에 의한 자중, 블레이드 공기 역학적 항력 등의 3가지 하중이 고려된다. 초기의 복합재 구조설계는 단순 설계기법과 혼합설계기법을 병용 하였다. 상용 유한요소 해석 프로그램인 MSC.NASTRAN/PATRAN을 통하여 구조적 안전성을 검토 하였다. 최종 제안한 타워 형상은 모든 설계 요구조건을 충족함을 확인하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제2권1호
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• pp.61-67
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• 2011

In the present study, numerical unsteady simulations of the NREL Phase VI wind turbine in downwind operation conditions were conducted to investigate rotor-tower interaction. The calculations were performed using an unstructured mesh, incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes flow solver. To capture the unsteady effects associated with the tower shadow between the rotor blades and the tower, the wind turbine was modelled including the rotor, tower, hub, and nacelle. The present results generally showed good agreements with available experimental data. At the lowest wind speed, the pressure distribution was characterized by a complete collapse of the suction peak on the blade when the blade passes through the tower wake. It was found that unsteady effects play a significant role in the response of the blades.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권3호
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• pp.201-209
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• 2011

NREL Phase VI 수평축 풍력터빈 주위의 3차원 유동에 대하여 미끄럼 격자 기법을 사용한 비정상 RANS 해석을 수행하였다. 블레이드/타워의 간섭영향을 해석하기 위하여 로터단일과 로터/타워/나셀의 2가지 해석 모델을 구축하였다. 로터/타워/나셀의 해석 결과를 NREL의 실험데이터와 비교하여 CFD 해석모델의 유용성을 확인하였다. 두 모델에 의한 해석 결과의 비교를 통하여 비록 상풍형 풍력터빈으로서 작기는 하지만 타워/나셀의 영향이 확실히 나타나는 것을 확인하였다. 다른 가시화 결과와 토크를 포함한 적분 공력하중 등도 구축한 CFD 모델의 비정상 유동해석 능력이 효과적임을 보여주고 있다.

• 기계와재료
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• 제21권2호
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• pp.50-73
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• 2009

본 고는 중대형 풍력터빈의 핵심부품인 로터 블레이드, 대형베어링, 증속기, 발전기, 전략변환장치, 타워 등에 사용되는 주요재료에 대한 설명과 제조방법 및 평가 방법 등에 대해 다루어 졌다. 일반적으로 풍력터빈을 구성하는 소재는 금속소재와 비금속재료로 구분되며, 비금속재료는 대부분 복합재료로써 풍력 블레이드에 적용되고 있다. 현재 육상용 풍력터빈의 한계를 극복하기 위한 대안으로, 해상용 풍력터빈에 대한 관심이 집중되고 있으며, 이러한 극지 해상의 대형 시스템에 활용되고 있는 금속소재의 경우, 고강도, 저온인성, 내피로, 내식성 등이 우수한 강재를 요구하기에 이르렀다. 이에 따라, 여러 소재 측면의 요구를 충족하기 위한 소재설계의 비중이 점차 고조되고 있으며, 이러한 시점에 본 고를 통해 풍력터빈에 활용되고 있는 소재의 전반적인 내용과 관련 소재부품의 제조 및 평가 방법등의 이해를 돕고자 한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제38권7호
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• pp.29-38
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• 2009

지난 20년간 급속한 발전을 통하여 회전 블레이드의 직경이 126 m, 나셀까지의 높이가 약 130 m에 이르는 6,000 kW의 용량을 가지는 풍력발전기가 개발되었다. 세계적으로 풍력발전의 필요성과 중요성이 인식되어 2008년 현재 약 120,000 MW의 설치 용량을 기록하고 있다. 풍력터빈(wind turbine)과 그 부품의 기계적인 성능평가의 종류와 방법은 많은 사람들의 관심인 것으로 판단한다. 우선 풍력터빈을 구성하는 주요 핵심부품은 블레이드, 증속장치, 발전기 등이며, 세부 구성 부품으로 허브, 핏치와 요베어링, 주축베어링, 타워 등이 있다. 주요핵심 부품인 블레이드, 증속기, 발전기 등의 성능평가가 중요한 이슈이다. 또한 모든 구성품을 조립하여 초기의 설계사양에 따라서 제조되고 최종성능이 발휘되는지 여부를 현장시험을 통하여 성능평가과정을 거치게 되는데 이 과정은 풍력터빈의 성능평가라고 하며 주요 평가대상은 출력성능(power performance), 소음(noise), 하중(load), 전력품질(power quality) 등 4가지 항목을 집중적으로 측정하여 개발된 풍력터빈의 전반적인 성능을 평가하게 된다. 본 투고에서는 핵심부품인 블레이드, 증속기, 발전기에 대한 시험기술과 풍력터빈의 성능평가 항목인 4개 측정 항목에 대하여 기술하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2008년도 하계학술대회 논문집
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• pp.4-6
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• 2008

본 논문에서는 2.5MW급 풍력터빈에 적용된 이중여자 권선형 유도발전기 제어를 위한 풍력발전시스템의 핵심요소인 전력변환장치 제작기술과 풍력발전시스템 제어를 위한 요소기술에 대해 기술한다. 2.5MW급 풍력터빈을 계통연계하기 위해서는 풍력제어기와 컨버터를 설계하고 상호 인터페이스등을 고려하여 적절한 풍속조건에서 계통측에 발전전력을 전달하여야 한다. 또한, 최근 계통 사업자측에서 요구하는 Grid-code에 대응하기 위한 제어알고리즘을 설계하여야 하고, 타워의 진동억제를 위한 축진동 억제 알고리즘 등을 추가로 전력변환장치에 적용하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 2.5MW급 풍력터빈용 PCS개발을 위한 각종 제어알고리즘과 H/W설계기술에 대해서 기술한다.

• 풍력에너지저널
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• 제5권1호
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• pp.43-49
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• 2014

Primarily, tower loads of a wind turbine arise from aerodynamic effect and a top head mass. But sometime asymmetric loads of rotor also affect on the tower loads. Especially ice formation on two blades out of three causes the asymmetric loads, because the ice formation on blades lead to large rotating mass imbalance. This rotating mass imbalance of rotor affects tower fatigue loads. So design load cases of ice formation on blade should be considered in the fatigue design loads of the tower according to GL guideline 2010. This paper describes the change of tower fatigue loads following increase of tower height in the condition of ice formation. Finally, the optimal operation strategy is examined in order to reduce tower fatigue design loads.