• 신재생에너지
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• 제3권3호
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.47-50
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• 2005

본 연구의 목적은 차세대 대체에너지로 각광받는 풍력발전 중에서 육상발전보다 여러 가지 이점이 있는 해상에서의 한국형 풍력터빈 블레이드의 최적 형상을 위 한 알고리즘을 구현하는 것이다. 풍력터빈 블레이드에서 깃익형의 공기 역학적 특성은 매우 중요한 사항이다. 이를 위해서 익형 성능예측에 층류에서 난류로의 천이과정을 포함하는 XFOIL을 이용하여 블레이드 익형 단면의 양력과 항력 분포를 해석하였다. 첫 번째 수준의 설계변수는 운용범위내의 바람의 속도와 블레이드 지름, 축 회전수이며, 각 단면에서의 비틀림각과 시위길이는 두 번째 수준의 설계 변수이다. 운용범위 내의 각 설계점에서 익형의 공력 변수들과 최소에 너지손실 조건을 이용하여 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 각각의 설계점에서 결과를 바탕으로 풍력발전의 설계 운용범위에서 반응면을 구성하고 구배최적화 기법을 통해 요구동력의 제약함수를 만족하고 효율을 최대로 하는 블레이드 형상을 구현하였다. 최적형상에 대해 탈설계점 해석을 수행하여 그 성능을 구하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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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.

• 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.

• 에너지공학
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• 제20권2호
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• pp.143-153
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• 2011

해상풍력발전은 가장 유망한 재생 에너지의 하나이며, 육상풍력발전보다 풍력이 강력하고 일정해서 장시간 고출력 발생이 가능하고 소음, 공간적 한계, 경관훼손 등 기존 육상풍력발전의 단점을 보완하고 초대형으로 제작할 수 있다. 우리나라는 3면이 바다로 둘러싸여 해상풍력자원이 풍부하고 발전가능성이 크다. 이 고찰은 해상풍력발전기의 터빈과 하부구조물 기술동향, 국내외 시장동향, 학술 및 특허정보를 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권11호
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• pp.933-940
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• 2016

본 연구에서는 MW 용량의 풍력터빈 블레이드용 에어포일의 설계 단계에서 성능 검증기법에 대한 비교 연구를 수행하였다. 이를 위해 5~10 MW 해상풍력터빈용으로 설계된 21%와 30% 두께비의 에어포일을 사용하여 풍동시험을 수행하였으며, 레이놀즈 수 $1.0{\times}10^7$ 조건에서의 XFOIL의 해석결과와 상호 비교하였다. 풍동시험은 자유흐름 속도 50 m/s, 시위 기준 레이놀즈 수는 $2.2{\times}10^6$에서 수행되었으며, 표면거칠기 효과는 지그재그 테이프를 사용하여 모사하였다. 비교 결과 풍동시험과 XFOIL 해석에는 차이를 보이지만, 풍동시험을 통해 받음각 변화에 따른 에어포일 표면에서의 압력분포 변화와 기본적인 공력 성능 및 표면거칠기 효과를 확인 할 수 있었다. XFOIL은 설계조건에서 기본적인 양항비와 표면거칠기 효과에 의한 양항비 변화 등을 확인 할 수 있었다.

• 한국해양공학회지
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• 제28권2호
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• pp.147-151
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• 2014

This research presents a method for the initial structural design of a multi-megawatt wind turbine blade. The structural data for a 2-MW blade were applied as the blade structural characteristic data of the reference blade. Tenkinds of blade models were newly designed by replacing the spar cap axial GRRP with a GFRP and CFRP These terms should be defined. at different orientations. The axial stiffness coefficients of the newly designed models were made equal to the coefficient of the reference blade. The required numbers of layers in each section of blades were calculated, and the lay-up designs were based on these numbers. Verification results showed that the design method that used the structural data of the reference blade was appropriate for the initial structural design of a wind turbine blade.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.14-21
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• 2015

Design lifetime of a wind turbine is required to be at least 20 years. The most important step to ensure the deign is to evaluate the loads on the wind turbine as accurately as possible. In this study, extreme design load of a offshore wind turbine using Garrad Hassan (GH) Bladed and National Renewable Energy Laboratory (NREL) FAST codes are calculated considering structural dynamic loads. These wind turbine aeroelastic analysis codes are high efficiency for the rapid numerical analysis scheme. But, these codes are mainly based on the mathematical and semi-empirical theories such as unsteady blade element momentum (UBEM) theory, generalized dynamic wake (GDW), dynamic inflow model, dynamic stall model, and tower influence model. Thus, advanced CFD-dynamic coupling method is also applied to conduct cross verification with FAST and GH Bladed codes. If the unsteady characteristics of wind condition are strong, such as extreme design wind condition, it is possible to occur the error in analysis results. The NREL 5 MW offshore wind turbine model as a benchmark case is practically considered for the comparison of calculated designed loads. Computational analyses for typical design load conditions such as normal turbulence model (NTM), normal wind profile (NWP), extreme operation gust (EOG), and extreme direction change (EDC) have been conducted and those results are quantitatively compared with each other. It is importantly shown that there are somewhat differences as maximum amount of 18% among numerical tools depending on the design load cases.