진동수 해석을 수행하여, 운용회전구간에 서 공진이 발생되지 않음을 확인하였고, 좌굴해석, 접착부인 전연부, 호연부와 Shank 부분의 접착 부위 강도해석을 수행하였다.
<표 3-12> 선형정적 구조해석 결과
<표 3-13> 파괴기준에 의한 안정성 검토
3) 김종식 등은 750kW급 풍력발전기용 블레이드의 개발과제 수행 결과, 첫째, 중대형급(500∼750KW) 풍력발전기 공력설계절차를 확립하였고 둘째, 중대형급 블레이드 구조설계 절차 확립과 최적 공정설계 결과를 도출하였다. 셋째, 몰드 및 치공구의 설계기술 및 최적 공정설계 결과를 도출하였다. 넷째, 블레이드의 정하중 시험절차를 확립하고 설계결과의 증작업을 수행하였다. 다섯째, 선진 기술수준인 블레이드 Shank 부품의 독자개발 및 국산 원자재를 적용함에 따라 MW급 블레이드개발을 위한 기술근간을 확보하였다. 여섯째, 외국에서 도입된 발전장치 및 제어장치에 국산 블레이드를 적용한 시험결과 원활한 운전성능
을 확보하였다.
C. W. Chung, et al., Design of a 750kW Direct-drive Wind Turbine GeneratorSystem에서 KBP-750D의 최초 구성의 윤곽을 기술하였다.(19) 그 설계parameters는 <표 3-9>와 같고 그 풍력터빈 발전시스템(WTGS)은 gearless direct-drive type with permanent magnets synchronous generator이다. 그load 계산은 IEC Type Class 1A에 기초했고 모든 22 load 경우들은 IEC61400-1에 따라서 DLC 1.1부터 DLC 8.1까지 선택되었다. 곧 KBP-750D 설계에 대한 기술적 검토를 마무리 하였다.
변철진 등 750kW Gealess형 풍력발전기 기계 장치설계에서 로터, 나셀, 타워등 주요기계장치 요소품들은 IEC 61400-1 규정에 만족하도록 설계되었다. 동시에 Gearless, 영구자석 동기발전기, 가변속, 피치제어 특성을 갖는 750KW Gearless형 풍력발전기의 주요기계 장치들도 이 연구에서 설계되었다.
<표 3-14> Basic Parameters for Wind turbine classes
- UNISON U50의 설계
<표 3-15> Specification of UNISON U50
<표 3-16> Design results of machine components
UNISON U50의 설계 결과는 IEC 61400-1 규격 및 GL 규정에 적합한 풍력발전기 기계장치의 주요 설계절차를 제시하였고 그 제시된 설계절차를 적용해 750kW Gearless형 풍력발전기의 공력하중계산으로 설계하중을 결정하여 주요기계장치 및 구성부품을 설계하였다.
또한 Active yaw 장치, Active blade pitch control 장치 및 전력변환 장치를 구성하였으며 동력전달장치에 증속기어 박스 없는 직접구동형 풍력 발전기로서 다극형 동기 발전기를 채택하여 운전풍속 전범위내에서 가변속 운전 설계를 하였다.
우리나라 풍력발전 기술발전 동향의 주류는 정부 주도하의 750kW급 Geared type 및 Gearless type의 풍력발전 시스템의 국산화 개발이다. 주관기관인 유니슨사(주)가 주도하고 포항공대, (주)한국화이바, 보국전기공업(주) 등의 설계로 2004년 말 까지 750kW급 Gearless형 풍력발전 시스템 개발과제가 수행 하였고, 2000년 이후부터 국내 대학의 학위 논문에서 풍력에너지 발전에 관한 주제가 70여편 제출되었다.
풍력발전기술에 관한 특허사항
가. 특허분포
전 세계 데이터베이스에서 풍력에너지에 관한 특허건 약 761개 결과 중 500개를 통하여 그 분포를 조사하였다.(22) 그 중 첫째, 풍력에너지 전환 시스템에서 풍력터빈의 유체역학적 정치(精緻)한 해석에 의한 효율향상기술 특허의사례, 둘째, 블레이드의 효율향상 발견 특허의 예, 셋째, Rotor Blade의 용량을 증진시킨 발명 특허의 사례들을 각각 하나씩 다음에 예시하여 그 주요 내용을 간략하게 설명하였다.
나. 풍력에너지 전환시스템의 풍력터빈의 유체역학적 정치(精緻)한 해석에 의한 효율향상기술 발견특허의 예 ; “풍력에너지 전환시스템”
반대방향으로 회전하는 아래 위 풍력터빈을 포함한 풍력에너지 전환시스템이 수직회전축에 대하여 회전하도록 지지되었고 그 각 블레이드 조립은 전기에너지 출력을 유도할 때까지 고정자(固定子)를 지나서 회전자가 회전한다. 그 풍력터빈은 지상 높은 위치의 Tower 위에 지지되었다.
그 각각의 풍력터빈은 Torque를 유도하고 그 풍력에너지 전환시스템은 To-wer에 대한 net torqe가 생기는 것을 막기 위하여 평형 Torqes를 공급한다. 조절기술이 블레이드 속도를 조절하고 회전자가 고정자를 지나서 회전 할 때의 그 배열로 인한 고정자와 회전자 사이의 공기 간격 크기를 조절한다. 이 풍력에너지 전환시스템은 풍력터빈에 대한 흡입공기구와 터빈으로부터 배출하는 배출공간을 만들어주기 위한 덮개를 마련하고 그 덮개와 배출구공간은 같은 방향성 위치를 잡게 한다(US2005082839).
다. 블레이드의 효율향상발견 특허의 예 ; “풍력에너지 변환기”
풍력에너지 변환기가 지지대의 기둥 위 회전축에 설치되고 그 회전자의 위끝은 자유롭게 회전 할 수 있고 그 회전축 팔은 떨어진 자유로운 말단의 또다른 작은 회전축을 이루었다. 한 짝의 날개가 그 작은 축막대 주위로 회전할 수 있도록 그 팔 말단에 설치되었다. 그 접합 팔들이 그 날개들의 회전가능 원호 한계 말단에 설치되었다. 그 선회축 팔이 연결된 구조의 다른쪽 끝에 발전기 회전팔의 말단이 연결된 구조이다(US2002146321)
<그림 3-5> 풍력에너지 변환기
참고문헌
한국전력공사(KEPCO) (http://www.kepco.co.kr)
에너지경제 연구원 (http://www.keei.re.kr)
대체에너지보급 관련자료집, 산업자원부 에너지공단, 2001
에너지관리공단 보도자료 (http://www.kemco.or.kr) 2002. 7. 9
에너지경제 신문 (http://www.eenews.co.kr)