BEMT를 이용한 조류 터빈 블레이드 형상 최적설계

Abstract

현재 상용으로 운영되고 있는 MW급 규모의 대형풍력터빈의 경우\\ 가변속도 및 가변피치 방식, 즉 Variable speed variable pitch (VSVP) 방식을 도입하여 정격풍속 이하에서는 MPPT (Maximum Power Point Tracking)로 최대효율을 얻을 수 있도록 하고 있고, 정격풍속 이상에서는 패더링(Feathering)을 통하여 출력을 일정하게 만들고 있다. 또한 주로 3엽 터빈의 후류(Down Wind) 방식이 가장 일반적으로 적용되고 있다. 그러나 상대적으로 바람에 비해 예측 가능한 유속을 가지며, 난류 또한 바람에 비하여 그 크기가 적은 조류 터빈의 경우 피치제어에 의한 패더링을 하지 않고 RPM 제어만으로 전력제어를 하는 가변속도 고정피치 방식, 즉 Variable speed fixed pitch(VSFP)방식 또한 유지관리 측면에서의 장점을 고려한다면 충분히 검토해 볼 필요가 있다. 또한 블레이드 제작비용을 줄이기 위해 풍력터빈의 연구에서 2엽 또는 1엽 터빈에 대한 연구가 꾸준히 수행되고 있는 것과 같이 블레이드 수에 따른 터빈효율, 지점부 모멘트, 추력 등을 살펴보고, 필요한 경우 영국 MCT사가 SeaGen S에 대한 실해역 실증실험에서 적용한 것과 같이 2엽 터빈을 제안할 수도 있을 것이다. 조류발전 터빈의 성능평가와 관련된 연구는 수치 시뮬레이션에 의한 연구와 실내 혹은 실해역에서 실험을 통한 연구로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 기존 조류발전 터빈 설계의 최적화 연구 사례를 확장하여 200kW급 수평축 조류터빈 블레이드의 형상 최적화와 관련된 연구를 수행하였다. 블레이드의 수에 따른 영향, 피치제어 유무, Cut-in 유속 등이 발전량과 블레이드 지점부 모멘트 등에 미치는 영향을 비교 검토하였다. 성능평가를 위하여 적용한 프로그램은정격풍속 이상에서는 패더링(Feathering)을 통하여 출력을 일정하게 만들고 있다. 또한 주로 3엽 터빈의 후류(Down Wind) 방식이 가장 일반적으로 적용되고 있다. 그러나 상대적으로 바람에 비해 예측 가능한 유속을 가지며, 난류 또한 바람에 비하여 그 크기가 적은 조류 터빈의 경우 피치제어에 의한 패더링을 하지 않고 RPM 제어만으로 전력제어를 하는 가변속도 고정피치 방식, 즉 Variable speed fixed pitch(VSFP)방식 또한 유지관리 측면에서의 장점을 고려한다면 충분히 검토해 볼 필요가 있다. 또한 블레이드 제작비용을 줄이기 위해 풍력터빈의 연구에서 2엽 또는 1엽 터빈에 대한 연구가 꾸준히 수행되고 있는 것과 같이 블레이드 수에 따른 터빈효율, 지점부 모멘트, 추력 등을 살펴보고, 필요한 경우 영국 MCT사가 SeaGen S에 대한 실해역 실증실험에서 적용한 것과 같이 2엽 터빈을 제안할 수도 있을 것이다. 조류발전 터빈의 성능평가와 관련된 연구는 수치 시뮬레이션에 의한 연구와 실내 혹은 실해역에서 실험을 통한 연구로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 기존 조류발전 터빈 설계의 최적화 연구 사례를 확장하여 200kW급 수평축 조류터빈 블레이드의 형상 최적화와 관련된 연구를 수행하였다. 블레이드의 수에 따른 영향, 피치제어 유무, Cut-in 유속 등이 발전량과 블레이드 지점부 모멘트 등에 미치는 영향을 비교 검토하였다. 성능평가를 위하여 적용한 프로그램은