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풍력터빈 로터 블레이드의 부하 모니터링 시스템

전문가 제언: ○ 상용전원 풍력터빈은 크기가 증가하면 초기 자본투자 비용이 증가하므로 풍력발전 구조물 건전성을 감시(SHM : structural health monitoring)할 필요가 있다. 그러나 지금까지는 풍력터빈 발전기 시스템모델, 풍력터빈의 시스템공진과 안정성, 풍속, 풍력전력과 피치조정 시뮬레이션모델 등과 같은 제조 및 생산에 관한 것이 대부분이다.

○ 풍력발전 터빈 블레이드는 기체동역학적 이유에서 표면적이 작으면 작을수록 저풍속, 저풍량 영역에서 활용도가 떨어지며, 표면적이 클수록 풍속과 비례하여 회전력이 커져 부하 레벨이 커지게 된다. 따라서 터빈 블레이드는 운용 중 반복하중과 중량에 의한 관성력, 직선형 날개가 받는 굽힘 응력 등을 모니터링 하여야 한다.

○ 이 발명에 의한 풍력터빈 블레이드의 부하 모니터링시스템은 블레이드 내부에 강체로드를 설치한다. 이 로드의 한쪽 끝단은 블레이드의 팁(tip)쪽에 고정시키고 다른 끝단은 블레이드 루트(root) 쪽에 자유 상태로 신축할 수 있도록 연결되고 여기에 스크린이 부착되어있다.

○ 이 시스템은 레이저 형상센서 또는 CCD 이미지센서를 사용하여 스크린에 표시한 마크 또는 눈금을 반복적으로 감지하여 블레이드의 가로방향, 길이방향은 물론 회전방향의 블레이드 부하를 측정할 수 있다. 또한 측정한 값과 미리 지정된 값을 비교하여 부하를 감소시키는 양만큼의 신호를 발생하여 블레이드의 회전을 조정하는 특징이 있다.

○ 풍력터빈 로터블레이드는 보통 길이가 30m이상이고 중량은 5~50톤 수준인데, 최근에는 10㎿ 해양풍력터빈용 70m 길이의 블레이드 개발이 진행되고 있다. 블레이드의 대형화로 하중경감을 위한 스마트 블레이드와 구조물건전성감시에 관한 연구가 미국 및 유럽국가에서 진행되고 있다. 우리나라도 에너지 연구원과 같은 국책기관과 풍력 전문업체가 공동으로 구조물건전성감시 연구를 위한 설비확보와 공동 연구개발을 추진할 것을 제안한다.

저자: VEATAS WIND SYSTEMS AS
자료유형: 특허정보