풍력-태양광 하이브리드 가로등 구조물 진동특성 분석

Abstract

최근 건설되고 있는 해상풍력시장에서는 8MW급 이상의 대형 풍력터빈이 적용되는 등 대형 풍력터빈의 경우 점차 대형화 속도가 빨라지고 있다. 이러한 대형 풍력터빈 시장의 변화와 함께 수 kW급 소형 풍력터빈의 경우에는 PV과 함께 가로등 및 소규모 마이크로 그리드 사업 등 특수목적으로의 활용도를 넓혀가고 있는 추세이다. 수평축 3엽 터빈이 일반화되어 있는 대형 풍력터빈과는 달리, 소형 풍력터빈의 경우에는 수직축, 수평축, 양력식, 항력식, 복합식 등 다양한 형태의 터빈이 개발, 적용되고 있으며, 최근에는 PV 발전시스템과 함께 하이브리드 가로등으로 많이 적용되고 있다. 수직축의 경우, 수평축에 비하여 최적 로터 회전속도가 작고, 따라서 소음 및 주민에 대한 위해성이 낮아 도심형 풍력으로 적합하다. 이 연구에서는 2엽 및 3엽 수직축 소형 풍력터빈의 형태에 따른 하이브리드 가로등 구조물의 진동특성을 고유진동수 및 공진을 중심으로 분석하였다. 2엽 수직축 풍력터빈의 경우, 공진회피가 가능한 로터 회전속도 구간이 3엽 수직축 풍력터빈에 비하여 상대적으로 좁아 공진 발생 가능성이 높다. 실제 시험중인 소형 풍력터빈에서 발생한 과도한 진동의 원인이 공진에 의한 것인지를 현장계측을 통하여 확인하고, 또한 공진 시 변위 및 지배주파수 등을 분석하였다. 이러한 분석을 통하여 수직축 터빈에 있어 진동측면에서 볼 때, 3엽 터빈이 2엽 터빈에 비하여 상대적으로 장점이 많은 것을 확인할 수 있었다.