풍력터빈 블레이드 이론과 설계 (1판)

chapter 1 풍력터빈의 종류와 특징

1.1 풍력터빈의 종류

   1.1.1 풍력 터빈의 종류

   1.1.2 수평축 풍력터빈의 종류와 특징

   1.1.3 수직 풍력터빈의 종류와 특징

   1.1.4 수평축 풍력터빈과 수직축 풍력터빈의 비교

1.2 풍력터빈의 기초 원리

   1.2.1 항력형 풍력터빈

   1.2.2 양력형 풍력터빈

   1.2.3 항력형 풍력터빈과 양력형 풍력터빈의 비교 항력계수

1.3 풍력터빈의 성능 평가

1.4 풍력발전시스템의 종합효율

chapter 2 수평축 풍력터빈의 공기역학

2.1 Actuator disk 이론

   2.1.1 운동량 이론

   2.1.2 동력계수

   2.1.3 최대 동력계수

   2.1.4 축 추력계수

2.2 Roter disk 이론

   2.2.1 각 운동량 이론

   2.2.2 최대 동력

2.3 날개요소 이론

2.4 날개요소 운동량 이론

chapter 3 수평축 풍력터빈의 공기역학적 설계

3.1 바람으로부터 얻어지는 최대파워

3.2 회전하는 블레이드에서 바람의 흐름과 공기력

3.3 최적 블레이드 치수 결정

3.4 풍력터빈 블레이드의 공기역학적 손실

3.5 날개요소 운동량 이론에 의한 계산

3.6 풍력터빈 블레이드의 간이설계 프로세서

chapter 4 수평축 풍력터빈 블레이드 최적 설계

4.1 설계 풍속의 결정

4.2 로터 블레이드 직경 및 정격 회전수의 결정

4.3 날개 끝 손실계수의 보정

4.4 새로운 흐름 유도계수들의 결정

4.5 무차원 현의 길이 결정

4.6 입구유입 유동각 및 비틀림 각의 설정

4.7 로터 블레이드 익형 선정 조건

4.8 2차원 익형 공력 특성의 예측

chapter 5 XD-BLADE를 이용한 블레이드 최적 설계

5.1 XD-BLADE 개요

5.2 XD-BLADE GUI

5.3 XD-BLADE 예제

chapter 6 FOCIS6를 이용한 블레이드 최적 설계

6.1 Aeroelastic design

   6.1.1 INITIALIZE THE MODEL

     6.1.1.1 Start Focus6

     6.1.1.2 Create a new database user with User Privileges

     6.1.1.3 Create a new account

     6.1.1.4 Logon and create a new project

   6.1.2 DEFINE THE TOWER

   6.1.3 MODEL THE NACELLE, ROTOR, AND HUB

   6.1.4 MODEL THE ROTOR BLADE

   6.1.5 IMPORT AIRFOIL COEFFICIENTS

   6.1.6 DETERMINE THE OPTIMUM PITCH ANGLE AND TIP SPEED RATIO

   6.1.7 DEFINE THE GENERATOR PROPERTIES

   6.1.8 TUNE THE CONTROLLER

   6.1.9 TUNE THE CONTROLLER PART 2

   6.1.10 PLOT TOWER MODES AND ADJUST TOWER MODEL

   6.1.11 FIND 'RATED' CONDITIONS FROM POWER CURVE

   6.1.12 DEFINE THE SETTINGS FOR THE YAW CONTROLLER

   6.1.13 DEFINE THE SETTINGS FOR THE STOCHASTIC WIND SIMULATOR

   6.1.14 CREATE A LOAD SET WITH LCPREP

   6.1.15 PARTIAL LOAD SET GENERATION

6.2 Structural blade design NTRODUCTION

   6.2.1 GETTING STARTED

   6.2.2 INITIALIZE THE BLADE MODEL

   6.2.3 DEFINE THE BLADE PROFILE SHAPES

   6.2.4 DEFINE THE BLADE SHAPE

   6.2.5 DEFINE MATERIALS

   6.2.6 DEFINE THE GOODMAN DIAGRAM

   6.2.7 DEFINE LINES

   6.2.8 ADD THE FIRST SECTIONS TO THE MODEL

   6.2.9 ADD THE SPAR CAPS

   6.2.10 DEFINE THE SHEAR WEBS

   6.2.11 DEFINE THE TRAILING AND LEADING EDGE SANDWICH PANELS

   6.2.12 PARSE THE BLADE MODEL

   6.2.13 CREATE THE BLADE STRUCTURAL DATA BASE

   6.2.14 CREATE A FINITE ELEMENT MESH

   6.2.15 CONVERT LOAD FILES

   6.2.16 CALCULATE TIP DEFLECTION

   6.2.17 STRUCTURAL ANALYSES

   6.2.18 FATIGUE ANALYSES

   6.2.19 PANEL BASED BUCKLING

   6.2.20 GET LOAD AT CRITICAL BUCKLING

   6.2.21 CROSS SECTION BASED BUCKLING

전 세계적으로 전력 생산은 그동안 원자력 발전에 거의 의존하여 왔다고 볼 수 있다.

그러나 러시아의 체르노빌 원자력발전소와 일본의 후쿠시마 원자력발전소의 폭발사건 등으로 전 세계가 신재생 그린에너지에 대한 관심이 지대하고 있고 국내에서도 풍력에너지에 대한 관심이 매우 높은 상황에 있으며 독일은 2004년 일자리 창출을 약 5만개와 업계 매출 약 40억 유로를 할 만큼 국가 전략산업으로 풍력발전이 발전하여 왔다. 국내의 경우 국토 면적에 비하여 삼면이 바다인 지리적인 상황을 감안한다면 육상풍력보다는 해상풍력의 발전가능성이 더 크다고 볼 수 있다. 특히 서남해안의 해역은 풍속이 빠르고 변화가 심하지 않으며 수심이 얕아 해상풍력단지로 개발하기 좋은 조건을 갖추고 있어 2012년 정부가 영광, 군산의 서남해 해상을 해상풍력 실증단지로 선정하여 2019년까지 19조원을 투입하겠다는 지식경제부의 발표를 한바 있다. 이와 같이 풍력에너지의 이용과 풍력발전기의 개발은 긴밀한 관계에 있음은 두말할 필요가 없다. 본 편저자는 신재생에너지의 풍력발전 기술인력양성을 하면서 교육생들은 물론 산업 현장의 재직근로자들에게 풍력발전에 관한 적절한 교재가 없음을 항상 아쉬워했고 많은 사람들로부터 쉽게 접근할 수 있으며 개론적으로 설명된 자료를 요청 받았다.

풍력산업은 급속히 발전하는 산업으로 상업화의 선두에 있는 선진 풍력산업체를 추격하기 바쁜 상황이다. 따라서 내용 중에서 실제 제품명과 회사명 등이 언급되었으나, 최신의 정보와 정확한 정보를 제공하기 위해서는 불가피한 면이 있었다.

하지만 집필자는 이들 특정 제품이나 기관을 추천할 의도가 있는 것이 아님을 알린다.

또한, 풍력발전기의 핵심 부품은 풍력타워와 풍력터빈 그리고 로터블레이드, 대형베어링, 증속기, 발전기 등으로 나뉘는데 본 교재는 풍력발전기의 터빈 블래이드 이론과 설계에 관련된 이론과 실무에 국한하여 다루었다.

마지막으로 본 교재는 학생, 일반인, 산업체의 종사자, 풍력산업에 관심을 가지고자 하는 사람을 대상으로 출판되었으며 아울러 바쁜 업무에도 불구하고 본 교재의 발간을 위하여 노력해주신 복두출판사 직원들에게 깊은 감사를 드린다.

2012년 11월
저자 김동규, 최영도 올림