풍력 개발을 위한 해상기상탑은 초기 설치비와 유지보수비가 크기 때문에 윈드 라이다와 같은 원격관측장비를 이용하여 기상탑을 대체할 필요가 있다. 본 연구에서는 해상기상탑에서 윈드 라이다를 동시 운영하고 수집된 풍속 및 풍향의 관측결과를 상호 비교하여 윈드 라이다의 적용성을 검증하였다. 높이별 풍속 및 풍향 관측결과 두 자료간의 크기 및 경향 등의 통계적 특성 차이는 거의 없으며, 기상탑 관측자료는 구조물 차폐영향에 의한 오차가 발생하는 반면, 윈드 라이다는 오차가 없는 보다 정확한 자료를 얻을 수 있는 것을 확인하였다.
In the performance test for wind turbines of medium and large, The reference met-mast should be installed for measurement reference wind speed as IEC 61400-12-1 standards and design of booms for mounted an anemometer must be considered exactly. Boom-mounted cup anemometer are influenced by flow distortion of the mast and the boom. Therefore design of booms must be important so that flow distortion due to booms should be kept below 0.5%. But, in some cases at size of met-mast structure, the distance of boom from mast is longer then measurement of wind speed is impossible because of oscillation of boom-mounted anemometer. In this paper, We measured a wind speed at several point from mast and boom and we analyzed the error of wind speed at each point of measurement. Also, we will suggest a correction method using the data curve fitting about errors of wind speed between each point of mounted anemometer.
본 연구의 목적은 바지선에 의해 발생하는 해상풍속측정용 마스트 구조물의 충격손상을 최소화 시키기 위한 것이다. 마스트와 바지선 사이의 충격은 보통 복잡한 형태로 이루어진다. 충격해석은 상용유한요소해석 프로그램인 ANSYS LS-Dyna를 통하여 분석하였다. 바지선속을 변화시켜 다양한 상태의 하중케이스를 고려하였고 충격방지고무의 비선형성을 고려한 시간이력해석을 수행하였으며 변형률 에너지, 전체 변형량, 플라스틱 변형률, 내부충격에너지, 영구손상된 변형량 등을 검토하였다. 해상상태조건인 해양파의 운동과 바지선의 상하방향 운동을 무시하는 것으로 가정하였다. 충격속도에 변화에 따른 영구변형을 확인한 후 자연고무, 복합고무, 네오프렌 등의 고무시험 물성치로부터 구한 Mooney-Rivlin 상수를 적용하여 적절한 충격방지고무의 두께를 제안하였다. 본 연구를 통하여 구조물의 두께와 충격방지고무의 두께비에 대한 경향을 파악할 수 있으며 구조물의 설계에 적용할 수 있게 된다. 추후 해상조건을 고려한 연구를 수행해야 할 것이다.
A study on power performance testing of a wind turbine which has no met-mast at a distance of 2~4 rotor diameter was carried out using the Nacelle Transfer Function, NTF, according to IEC 61400-12-2. The wind data for this study was measured at HanKyoung wind farm of Jeju Island. The NTF was modeled using the correlation between wind speeds from the met-mast and from the wind turbine nacelle within 2~4 rotor diameter from the met-mast. The NTF was verified by the comparison of estimated Annual Energy Productions, AEPs, and binned power curves. The Nacelle Power Curve, NPC, was derived from the nacelle wind speed data corrected by NTF. The NPC of wind turbine under test and the power curve offered by the turbine manufacturer were compared to check whether the wind turbine is properly generating electricity. Overall the NPC was in good agreement with the manufacturer's power curve. The result showed power performance testing for a wind turbine which has no met-mast at a distance of 2~4 rotor diameter was successfully carried out in compliance with IEC 61400-12-2.
The performance test of a wind turbine in a wind farm is generally carried out by the owner to verify the power curve of the wind turbine given by the turbine manufacturer. The international electro-technical commission provides the IEC 61400-12-1 standard on "Power performance measurements of electricity producing wind turbines". By using this code, one can easily find the suitable met-mast (meteorological mast) location for the wind data whether a wind farm is potential or already built. In this paper, the valid sectors for wind turbines installed in the HanKyoung wind farm, south-west in Jeju island are analyzed on the basis of the code by considering the wind farm layout. Among these sectors, the optimal met-mast location is presented for the power curve verification of the wind farm.
The wind resource assessment for measured wind data over 1 year by using the meteorological mast should be a prerequisite for business feasibility of the wind farm development. Even though the direction of boom mounting the wind vane and anemometer is carefully engineered to escape the interference of wakes generated from the met-mast structures, the shadow effect is not completely avoided due to seasonal winds in the Korean Peninsula. The shadow effect should be properly calibrated because it is able to distort the wind resources. In this study a calibration method is introduced for the measured wind data at Julpo in Jeonbuk Province. Each sectoral terrain conditions along the selected wind direction nearby the met-mast is investigated, and the distorted wind data due to shadow effects can be calibrated effectively. The correction factor is adopted for quantitative calibration by carrying out the WindSim analysis.
The investigation on reliability of ERA-Interim reanalysis wind data was conducted using wind data from the five met masts measured at inland and coastal areas, Jeju island. Shinchang, Handong, Udo, Susan and Cheongsoo sites were chosen for the met mast location. ERA-Interim reanalysis data at onshore and offshore twenty points over Jeju Island were analyzed for creating Wind Statistics using WindPRO software. Reliability of ERA-Interim reanalysis wind data was assessed by comparing the statistics from the met mast wind data with those predicted at the interest point using the Wind Statistics. The relative errors were calculated for annual average wind speed and annual energy production. In addition, the trend of the error was analyzed with distance from met mast. As a result, ERA-Interim reanalysis wind data was more suitable for offshore wind resource assessment than onshore.
When the wind speed is measured by the met-mast sensor it is distorted due to the shadow effect of tower. In this paper the tower shadow effect is analyzed by a computational fluid dynamics code. First three dimensional modeling and flow analysis of the met-mast system were performed. The results were compared with the available experimental wind-tunnel test data to confirm the validity of the meshes and turbulence model. Two-dimensional model was then developed based on the three-dimensional works and experimental data. 2D analysis for various Reynolds numbers and turbulence strengths were then performed to establish the tower shadow effect database, which can be utilized as correction factors for the measured wind energy.
In order to examine if met-masts wind data can exchange each other for wind resource assessment, an investigation was carried out in Kimnyeong and Haengwon regions of Jeju Island. The two regions are both simple terrain and 4.31 km away from each other. The one-year wind speed data measured by 70 m-high anemometers of each met-mast of the two regions were analysed in detail. Measure-Correlate-Predict (MCP) method was applied to the two regions using the 10-year Automatic Weather System (AWS) wind data of Gujwa region for creating 10-year Wind Statistics by running WindPRO software. The two 10-year Wind Statistics were applied to the self-met mast point for self prediction of Annual Energy Production (AEP) and Capacity Factor (CF) and the each other's met mast point for mutual prediction of them. As a result, when self-prediction values were reference, relative errors of mutual prediction values were less than 1% for AEP and CF so that met masts wind data under the same condition of this study could exchange each other for estimating accurate wind resource.
An investigation on reliability of reanalysis wind data was conducted using the met mast wind data at four coastal regions, Jeju Island. Shinchang, Handong, Udo and Gangjeong sites were chosen for the met mast sites, and ERA-Interim and MERRA reanalysis data at two points on the sea around Jeju Island were analyzed for creating Wind Statistics of WindPRO software. Reliability of reanalysis wind data was assessed by comparing the statistics from the met mast wind data with those from Wind Statistics of WindPRO software. The relative error was calculated for annual average wind speed, wind power density and annual energy production. In addition, Weibull wind speed distribution and monthly energy production were analyzed in detail. As a result, ERA-Interim reanalysis data was more suitable for wind resource assessment than MERRA reanalysis data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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