• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.922-923
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• 2015

풍력발전기는 2000년대 초반에 발전기 회전자 직경이 80m에 이르는 2MW급 풍력발전기들이 여러 회사에서 개발되면서 경제성 및 신뢰성도 향상되어 비약적인 발전을 이루게 되었다. 풍력발전시장의 신규발주와 설치장소가 한계점에 이르게 됨으로써 경제성이 뛰어난 대형 풍력발전기의 필요성이 대두되고 있다. 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 풍력발전기에 사용되는 기계적 기어박스는 윤활유 주입 및 보수 점검의 문제점이나 소음, 진동, 마찰에 의한 열 발생 등의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기계적 기어박스를 마그네틱 기어를 이용하여 구성하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 마그네틱 기어를 이용하여 10MW급 풍력발전기의 기어박스를 설계하고 그 가능성을 검토하고자 한다.

• 기계와재료
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• v.23 no.3
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• pp.182-189
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• 2011

전 세계적으로 대체에너지 개발이 활발해지면서 국내에서도 풍력발전에 대한 관심이 높아지고 있다. 풍력발전을 신재생에너지 중에서 가장 상업화에 앞서 있으며 급속한 시장 확대와 산업의 발전을 가져온 분야이다. 1990년대에 개발되어 설치 운용되고 있는 약 20만대의 0.5 MW ~ 3 MW급 중대형 풍력발전기가 세계 여러 곳에서 상업발전을 하고 있으며, 국내에서는 제주도 행원풍력발전단지에 1998년부터 2003년 4월까지 총 15기(약 203억 원 투입)의 풍력 발전기가 도입되어 세워져 있으며, 1998년 8월에 600kW 풍력발전기 1 2호기의 상업운전을 최초로 시작하였다. 최근 풍력발전기의 설치 환경이 육상에서 해상으로 변하면서 5MW급 초대형 풍력발전기의 상용화가 시도되고 있으며 수요 또한 급증하고 있다. 본고에서는 전량 수입에 의존하고 있는 풍력발전기의 핵심 부품인 Yaw system(yaw bearing & drive)의 국내외 시장 동향과 초대형 요 베어링 및 고 강성 유성기어 감속기의 특성을 분석하였으며, 특히 전략적 국산화 개발필요성을 강조하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.83-83
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• 2015

현재 인류가 직면한 에너지 부문의 큰 난제는 화석연료의 한정된 매장이기도 하지만 그 사용에 따른 환경오염으로 인한 피해들이 더 큰 문제로 대두되고 있다. 그중 지구 온난화의 영향으로 최근 세계에 국지적인 홍수, 가뭄, 태풍등의 기후 불안정으로 피해보는 상황이 가속화 되고 있다. 또한, 북극지방의 해빙으로 해수면 상승이 예상되며 머지않은 시간에 해수면 상승의 직접적인 피해가 인류에게 오리라는 보고가 많이 발표되고 있다. 그런데 우리가 더욱 중요한 것은 지구촌83의 관성이 크기 때문에 지구 온난화 와 해수면 상승이 인류에 큰 피해를 미치기 시작할 때는 이미 돌이킬 수 없는 상황에 진입해버린다는 사실을 간과하고 있는다는 것이다. 그러므로 과학적 분석에 근거하여 피해를 축소하기위한 활동을 실천해야할 시기이다. 특히, 우리나라의 경우 에너지의 97% 이상을 해외에서 수입하고 있으며, 세계에너지 소비 10위, 석유 소비 7위의 열악한 에너지 자원 빈국인 만큼, 중장기적인 관점에서 석유의존도를 개선하고 신재생에너지원을 확보하는 등 대책마련이 시급한 실정이다. 신재생에너지원으로 현재까지 가장 큰 역할을 해왔던 것 중의 하나가 풍력발전기인데, 오늘날 세계 풍력에 의한 발전량은 세계 총 발전량의 2% 미만에 불과하이다. 이러한 풍력 시장에 발맞춰 국내에서도 풍력발전기 개발에 많은 힘을 쏟고 있는데, 2002년부터 750 kW급 풍력발전기가 처음 개발되기 시작하였고, 이후 2 MW급 풍력발전기와 3 MW급 풍력발전기가 개발되었으며, 최근에는 5 MW와 7.5 MW급등 초대형 풍력발전기가 대기업 중심으로 개발 진행되고 있었으나, 2008년 세계 금융위기 이후 세계 경기침체의 영향으로 국내 풍력산업도 적지않은 영향으로 구조조정되어 기존 7~8개 풍력발전기 제조사들이 3개사 이하로 축소되고 있다. 이에 정부 및 전라남도는 해상풍력산업을 침체기를 겪는 조선산업의 대체산업으로 육성하기위해, 정부 주도로 부안 앞바다에 2.5 GW 해상풍력발전단지개발을 준비 중에 있으며, 전라남도는 전남 서해안에 4 GW 해상풍력발전단지 개발을 서두드고 있다. 특히, 전라남도는 국내에서 가장 많은 풍력에너지 포텐셜을 가지고 있으며, 바람의 질 또한 우수하여 이를 지역산업 활성화의 모멘텀으로 가져가기위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그 일례로 영광군 백수읍 하사리 바닷가 $4,342m^2$ 부지에 "풍력테스트베드"를 개발하여 국내 풍력발전기 제조사들이 활용하도록 도움을 주고 있다. 종래의 테스트베드는 해외지역을 이용하였는데, 이는 국내에서 개발된 풍력발전기들이 국제인증을 받기위해 바람의 질이 좋은 해외 테스트베드에 설치되어 평가받았으며 고가의 비용이 소모되었다. 제주도에 테스트베드 장소가 있긴 하지만 수용 규모가 작아 풍력발전기 제조사들이 대기할 수 없어 해외로 나가는 실정에 전라남도의 내륙 테스트베드를 개발함으로서 풍력발전기 제조사들에게 큰 도움을 주고 있다. 본 보고에서는 국가 해상풍력 산업발전의 단계별 전략과 전라남도의 해상풍력산업의 방향 그리고 풍력테스트베드의 현황을 소개하고자 한다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.41 no.3
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• pp.173-180
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• 2017

The main objective of a torque controller below rated wind speed is to extract maximum power from the potential wind energy. To do this, the torque control method, which adjusts the torque magnitude and makes it proportional to the square of the generator speed, has been applied. However, this method makes the response slower as the wind turbines are getting larger in size with multi-MW capacities. In this paper, a torque control method that uses the nonlinear parameter of rotor speed for aerodynamic torque as a control gain is discussed to improve the response by adjusting an additional torque magnitude. The nonlinear parameter of the rotor speed could be calculated both online and offline. It is shown that the offline case is more practical and effective in producing power through the numerical simulation of a 2MW wind turbine by considering the real turbulence wind speed.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.182.2-182.2
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• 2010

설계단계의 풍력발전시스템 하중계산은 20년이 넘는 시스템 수명과 효율을 결정하는 중요한 부분이다. 일반적인 규정서 기반의 설계하중 계산은 실제 풍황 조건인 발전기 상호 간섭, 설치 지형의 특성 등을 상세히 묘사하기 어렵다. 풍력발전기 설계 단계에서 검토된 평균풍속 또는 난류강도 등이 규정(IEC, GL 등)을 만족한다 하더라도 설계값과 실제값은 서로 다른 결과를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 기 설계된 풍력발전기가 최적 효율을 낼 수 있는 풍력단지의 풍황 특성(평균풍속과 난류강도 등)의 범위를 보다 정확하게 제시하여 설치되는 풍력발전기의 수명과 효율을 높이는 방법을 연구하였다. 이를 위하여 당사의 2MW급 IEC Class II-A로 설계된 직접 구동형 풍력발전기에 대해, 다양한 평균 풍속(7m/s~10m/s)과 난류강도(14%~20%)를 고려한 하중 계산을 수행하였다. 하중 분석을 통해 실제 풍황 조건에 따른 극한하중 산출 및 피로수명의 민감도를 검토하여 풍력발전기 운용의 풍속과 난류강도의 최적범위 제시하여 발전단지 설계에 활용할 수 있도록 하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.39 no.9
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• pp.895-902
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• 2015

In this paper, finite element analysis of a cycloidal pitch reducer for a 2 MW-class wind turbine is reviewed. The system is composed of one cycloid set, one spur gear set, an input shaft, an output shaft, and a housing. The system was also evaluated for stability by analyzing spur gear strength according to ISO 6336. An analysis of the natural vibration characteristics of the 2 MW-class wind turbine cycloid pitch reducer was performed with attention to critical speed with input mass unbalance, output mass unbalance, spur gear transmission error, cycloid gear transmission error, and excitation frequency.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.610-613
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• 2011

본 논문에서는 해상풍력발전기와 선박의 충돌시 타워와 기초보강재의 거동에 대하여 연구하였다. 풍력발전기는 5MW급 풍력발전기를 나셀, 타워, 보강재, 바닥판, 기초로 나누어서 모델링 하였다. 나셀은 집중질량으로 타워의 상부에 위치하였고 타워, 보강재, 바닥판은 탄소성거동을 한다고 가정하여 Shell 요소로 모델링 하였다. 선박은 풍력발전기와 마찬가지로 탄소성거동을 한다고 가정하였고 실제모델에 대해 풍력발전기와의 정면충돌로 고려하였으며, 충돌속도는 2.0m/sec로 가정하였다. 선박과 풍력발전기의 충돌 해석은 비선형 해석 프로그램인 ABAQUS/Explicit을 이용하여 수행하였으며, 이를 통하여 선박충돌시 타워와 보강재의 거동을 분석하였다. 해석결과 타워에서 대부분의 에너지를 소산하는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.179.1-179.1
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• 2010

포항공과대학교 풍력특성화대학원에서는 3MW급 외전형 영구자석 동기발전기 설계를 진행하고 있다. 여기서 외전형이란 RFPM 발전기에서 회전자가 바깥에서 회전하는 형태로 기존의 RFPM 발전기와 비교하여 같은 공극직경에 더 많은 자석을 채택할 수 있고, 회전자와 터빈 블레이드를 직접 연결이 가능하다. 또한, 회전자를 외부에 노출 시킬 수 있으므로 냉각에 유리한 면이 있다. 설계 변수 중 출력과 회전수를 고정시키고 각 극수와 공극 직경, 전압을 변화함에 따른 전기적 특성을 비교하고, 그 중 최적의 모델을 선택한다. 선택된 모델의 전자기장 해석, 손실 계산, 열분석을 수행한다. 본 논문에서는 각 경우에 따른 결과를 비교하고 최적 모델에 대한 해석 결과에 대해 요약한다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2008.06a
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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.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.23 no.2
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• pp.209-215
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• 2010

In this study, seismic response analyses of a MW class wind-turbine have been conducted considering applied wind-loads using advanced computational method based on CFD and FEM. Typical lateral and vertical acceleration levels induced by earthquake is also considered herein. Practical numerical method for seismic response analysis of wind-turbine tower models are presented in the time-domain and the effects of wind load and seismic excitation for responses are compared to each other. It is importantly shown that possible earthquake effect during typical operating conditions should be taken into account in the design of huge wind-turbine tower systems because of its enormous inertia characteristics for induced maximum stress level.