5MW 심해 해상용 풍력터빈의 기본 설계

전문가 제언

○ 수심 150m 이상의 바다에 사용할 수 있는 다리우스 형태의 부유식 해상풍력 터빈이 개발되고, 이 시스템에 적용한 5MW 심해 해상풍력 터빈의 기본설계가 최초로 제시되었다. 이 설계를 바탕으로 기존 기술을 사용하여 구성 부품의 기술혁신에 대한 실험을 진행하고 있다.

○ 부유식 플랫폼은 가느다란 원통형 구조물이고, 로터를 따라 회전하는 구조이고 구조물의 아래쪽에 하중을 매달아 안정을 유지한다. 로터는 가동할 때 수면 상에 타원 궤도를 이루면서 경사 진채로 자이로(gyro)처럼 작동한다. 발전기는 플랫폼 바닥에 설치하고 직접 구동방식으로 PMSG, EESG, TFPMG 등을 주로 사용한다.

○ 로터는 5MW(NREL HAWT) 정격출력을 내고, 고형성 비(σ : solidity)와 종횡비(H/2R: aspect ratio)가 로터 최대효율, 비용절감, 부유 플랫폼 등의 설계 고려사항을 모두 만족할 수 있도록 설계한다. 블레이드는 중력하중을 최소로 하는 제약조건하에서 설계하고, 모든 구성 부품은 각 부품의 잠재적 제한조건을 정의하고, 가장 중요한 종속조건에 따른 설계를 수행한다.

○ 개념설계는 공탄성 코드 HAWC2를 사용하여 시간 영역 안에서 수치적 시뮬레이션 방법으로 평가한다. 설계 해석은 공진 문제를 피하고, 바람, 파도, 해류 등에 의한 하중을 포함하여 극한강도 해석 방법으로 구조물을 검증하였다. 최대 경사각(15도 이하)과 원주부표(spar buoy)의 변위를 고려하여 플랫폼 안정도를 확인하였다.

○ 2020년까지 서해에 2.5GW의 해상풍력발전 단지 건설을 추진 중이며 이를 위해 두산중공업 등 풍력발전시스템 공급사들이 5∼10MW급 풍력발전기를 각각 2∼3기씩 공급할 계획이다. 본 문헌에서 제시한 차세대 해상풍력 터빈의 설계 기준을 활용하고 국내 산학연 기관이 협력하여 풍력발전 시스템의 자체 설계능력을 확보할 수 있기 기대한다.

저자

Uwe S Paulsen, Luca Vita

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

정밀기계

연도

2012

권(호)

24

잡지명

Energy Procedia

과학기술
표준분류

정밀기계

페이지

27~35

분석자

나*주

분석물

• 5MW 심해 해상용 풍력 터빈의 기본 설계.pdf [321,450 byte]

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