10kW 급 풍력 블레이드의 수동형 피치제어 모듈의 설계를 위한 여러가지 익형의 공력 특성에 관한 연구

강상균; 이지현; 이장호

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강상균 (군산대학교)
이지현 (삼원밀레니어)
이장호 (군산대학교)

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풍력터빈 블레이드의 가변 피치제어는 풍력발전기의 과풍속 영역 설계에 있어 중요한 요소로 알려져 있으나 원가문제 때문에 소형 풍력터빈에는 적용되지 못하고 실속제어가 많이 적용되고 있다. 하지만, 블레이드 주변의 난류 때문에 설계된 실속이 구현되지 않는 실속지연 현상이 종종 발생되고, 이에 따른 풍력 블레이드의 과회전과 발전기의 과출력 위험이 발생하고 있다. 이에 따라 블레이드에서 발생되는 공력으로 피치가 변하고 스프링의 복원력으로 복귀되는 수동형 피치제어 모듈이 주목 받고 있다. 본 연구에서는 회전하는 블레이드의 익형에서 발생되는 양력과 항력을 이용하여 회전면으로 작용되는 토크와 블레이드의 Flap 방향으로 작용되는 추력을 계산하는 방법을 제시하고, 이러한 힘들의 크기를 여러 가지 익형에 대해 비교하였으며, 블레이드의 피치모멘트를 정량적으로 산출하여 수동 피치제어 모듈의 설계자료로 활용될 수 있도록 하였다.

Even though the variable pitch control of a wind turbine blade is known as an effective component for power control over the rated wind speed, it has limited applicability to small wind turbines because of its relatively high cost on the price of small wind turbine. Instead, stall control is generally applied in the blade design without any additional cost. However, stall delay can frequently be caused by high turbulence around the turbine blade, and it can produce control failures through excessive rotational speed and overpowering the electrical generator. Therefore, a passive pitch control module should be considered, where the pitch moves with the aerodynamic forces of the blade and returns by the elastic restoring force. In this study, a method to calculate the pitch moment, torque, and thrust based on the lift and drag of the rotating blade wing was demonstrated, and several effective wing shapes were reviewed based on these forces. Their characteristics will be estimated with variable wind speed and be utilized as basic data for the design of the passive pitch control module.

#Pitch Control System Module(피치제어모듈) #Variable Pitch(가변피치) #Airfoil(익형) #Aerodynamic Characteristics(공력특성) #Thrust(추력) #Torque(토크)