Fig.36 은 설계 프로그램을 통해 해석한 결과와 실험결과를 비교한 것으로서 측정된 출력은 기계적 효율이 포함된 공기역학적 출력이며 계산된 출력은 순수한 공기역학적 인 출력과 여기에 효율 83%를 적용하여 계산된 전기적인 출력이다. 정격 풍속에서 실험 결과 이론적인 계산 결과와 비교적 잘 일치함을 보였다. 그러나 풍속이 높아질수 록 이론적인 계산 값과 비교적 높은 오차를 보였으며, 이는 발전기의 출력 범위와 회 전 날개 표면의 거칠기 등에 의한 오차로 판단된다.
Table 11 Comparison between the aerodynamic analysis results and the test results
목표 출력
공력 설계 프로그램 해석
결과
CFX 공력해석
결과 성능 시험 결과
출력(at 8m/s) 500W 601W 663W 489
기계적 효율을
고려한 오차 1% 9%
Fig. 36 Comparison between aerodynamic analysis results and test results
제 7 장 결 론
본 연구를 통해 한국과 같은 저 풍속 지형에 적용 가능한 500W급 소형 수직축 풍 력발전 시스템이 설계 및 해석 되었고, 시제품을 이용한 구조시험을 통해 그 성능이 입증되었으며 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
1) 여러 가지 변수에 대한 비교적 저 풍속인 국내 기상에 최적화된 수직축 풍력터빈 형상을 제시하였으며, 이는 CFD를 이용한 공력 해석결과와 잘 일치하는 것을 확 인 하였다.
2) 선형정적해석결과 최종 구조설계 확정된 회전 날개는 최대하중 조건에서 안전하 였으며, Tsai-wu 이론을 통하여 파괴에 대해서도 안전한 것을 확인 하였다.
3) 좌굴 해석결과 1차 좌굴모드에 대한 하중계수가 1.01로서 좌굴 대해서도 안정함 을 확인 하였다.
4) 상용 프로그램을 통하여 피로수명을 계산한 결과 요구 수명 20년을 만족함을 확 인하였다.
5) 시제품 제작을 통해 공력 및 구조시험이 수행되었으며 시험결과는 해석 결과와 잘 일치하였다.
참 고 문 헌
1. 고 경남 외, “ 풍력공학입문”, 문운당, 2006
2. 방 조혁, “소형 풍력발전 시스템의 고효율 경량화 설계 및 해석에 관한 연구”, 조 선대학교 박사학위논문, 2004
3. Kim, K. H. and Lee, J. O., 1979, "About Analysis of Vertical Axis Wind Turbine Generator," Trans. of the KSME(B), Vol. 3, No. 2, pp. 60~67.
4. Project Eole – A Retrospective, Bulletin, October, 1993
5. Farhang Pourboghrat,Highly Efficient Vertical Axis Wind Turbine for Low-Moderate Speed Wind,Symposium on Bio-fuels & Wind Energy, 7th& 8th December, 2010
6. 유능수,"다리우스 풍력터빈의 성능예측에 대한 연구 "한국항공우주학회, 한국항공우 주학회지, 제20권 제1호 1992.3, page(s): 80-94
7. 이장호(Jang-Ho Lee) , 두리엔(Du Lian),"다리우스형 풍력회전 날개의 설계 방법 "
대한설비공학회, 대한설비공학회 2009년도 하계학술발표대회 2009.6, page(s):
1465-1469
8. 정수윤(S. Y. Jeong) , 장세명(S. M. Chang),"전산유체기법을 이용한 H-다리우스형 수직축 풍력터빈의 유동해석"대한기계학회, 대한기계학회 2010년도 추계학술대회 강 연 및 논문 초록집 2010.11, page(s): 1379-1384
9. 김영덕(Kim Young-Duk) , 요하네스 조니(Yohanes J.T. Cahyono) , 이영진(Lee Young Jin), 천희기(Cheon Hee Kee), 안서만(An Shu Man),"“S”자 다리우스형 풍 차의 회전 날개개발에 관한 수치해석 "한국풍공학회, 한국풍공학회지, 제14권 제3호 2010.12, page(s): 215-222
10. Dieter, G. E. et al., "Assessment of Research Needs for Wind Turbine Rotor Materials Technology", National Academy Press, pp. 5-65, 1991
11. IEC 61400-02, 'Part 2: Design requirements for small wind turbines', 2006.
12. 공창덕, 방조혁, 오경원, '1 kW급 소형 풍력발전용 회전 날개의 구조설계', 한국항 공우주학회 추계 학술대회 논문집, 2003.
13. 이 정오 외, “풍력이용에 관한 종합연구”, 과학기술처, STF-74-2, 1975.
14. IEC 1400-1, 'Wind Turbine Generator System Part I', Safety Requirement,
First Edition, 1994.
15. Gibson, R. F., 'Principles of Composite Material Mechanics', McGraw-Hill, Inc.,PP. 103-106, 1994.
16. Chang, F. K. et al., 'Strength of Mechanically Fastened Composite Joint', J. of Composite Materials, 1982.
17. EMRC, NISAII-Users Manual, version5.2, 1992.
18. D. LE Gourieres, Wind power plants, Pergamon Press, 1982, pp. 75-101.
19. Frank, B. et al., Wind turbine airfoil catalogue, Riso national laboratory, 2001, pp. 81-84.
20. Kong, C. et al., Structural Design of Medium Scale Composite Wind Turbine Blade, 13th International Conference on Composite Materials (ICCM-13), 2001, pp. 561.
21. Gibson, R. F., Principles of composite material mechanics, McGraw-Hill, Inc., 1994, pp103-106.
22. Feng, W. A failure criterion for composite materials, Journal of composite materials, 25(1), 1991, pp. 88-100.
23. 공창덕,“ 항공기 구조역학”,조선대학교 풀판부,2004
24. 이억섭,차동훈,유승원,이종기,“재료파괴강도학”,원창출판사,1993