100kW급 풍력날개 최적 플랜폼 개발

Abstract

풍력발전기는 바람의 에너지를 이용하여 발전기를 구동시켜 전기에너지로 변환하는 장치이다. 풍력발전기의 주요 구성품은 블레이드, 허브, 발전기를 포함한 나셀, 타워 등이 있다. 풍력발전기의 블레이드는 직접 바람의 힘을 받는 부분으로 풍력발전기 전체의 성능에 영향을 주는 중요한 부품이다. 블레이드를 설계하기 위해서는 블레이드의 길이, 익형, 시위길이, 비틀림각 등을 결정해야 한다. 아울러 평균 풍속이 낮은 한반도 지역과 같은 저풍속 지역에서 효율을 극대화 할 수 있는 날개 개발 필요성이 높아지고 있다. 본 연구에서는 100kW급 풍력발전기를 위한 고효율, 고성능의 10미터급 풍력날개 개발을 위하여 NACA계열, DU계열, S계열 등의 다양한 익형을 연구하였으며, 이로 부터 최적의 익형을 선정하여 풍력날개에 적용함으로써 고효율의 플랜폼을 개발하였다. 특히, 저레이놀즈수에서 양향비가 급격히 감소하는 천이 영역이 존재함으로 연구 대상 익형의 형상에 따른 공력 특성과 레이놀즈수에 의한 성능 및 효율의 변화를 고려하였다.아울러, 기존 10미터 100Kw 풍력날개의 성능을 비교 분석하여 기존 제품보다 효율, 성능을 대폭 향상시켰다. 연구방법으로는 날개의 공력특성을 연구하기 위하여 Xfoil을 사용하였으며, 풍력날개 공력해석을 위해서 BEM기법을 사용하였다. 또한, 풍력 날개 길이 방향의 각 단면에 적용된 익형에 대해 시위길이 및 비틀림각을 최적설계 기법을 적용하여 그 값을 결정하여 최대 Cp 0.5를 구현하였으며, 아울러 AEP를 극대화할 수 있었다.