Internally confined hollow reinforced concrete (ICH RC) wind power towers were designed for various turbines sizes. Their cross sections were designed to have equal diameters to those of general steel wind power towers corresponding 3.6MW and 5.0MW turbines. And also, the sections with the average diameter of 3.6MW and 5.0MW turbines were designed. For the determined diameters, several cross sections were designed for various hollow ratios. The designed sections were set to have almost equal longitudinal reinforcement ratios. The performance analyses for the designed cross sections were carried out and the analysis results showed that the ICH RC wind power tower had enough strength for the required design loads.

The research team is developing design and construction technologies for 10Mw steel and 3Mw composite wind towers. Regulations related to land transport of wind towers significantly affect the constructability and economical efficiency of wind tower construction projects. Therefore, it is important to develop guidelines for wind tower construction which consider the regulations. This study investigates regulations and practices of land transport of wind towers as a basic study for the construction guidelines of wind towers.

Natural frequency characteristic of Wind turbine tower is important for designing of tower due to guarantee of structural safety of tower. In GL specification, natural frequency of tower should be designed by consideration of blade rotational frequency. Natural frequency characteristic of tower could be changed by mass ratio of RNA-tower, modeling method of blade and angle of blade in idling condition. In this research, natural frequency of tower is analysed by ABAQUS and compared it result according to tower dimension.

This study analyzes performance-cost ratio of composite(GFRP) wind-towers by fiber reinforcement angle and determines their optimal fiber angle. The finite element models for composite structures using the ANSYS program described in this paper is attractive not only because it shows excellent accuracy in analysis but also it shows the effect of the geometrical combination. New results reported in this paper are focused on the significant effects of the cost for various parameters, such as thicknesses of outer shells and stiffeners. From the numerical examples, optimal fiber angles were determined as 80°∼90°.

상반전 풍력터빈은 설계와 성능 관점에서 최근 각광을 받기 시작하고 있다. 본 논문은 NREL S822, S823을 이용하여 설계 및 모델링한 상반전 풍력터빈에 대해 연구를 수행하였다. 본 논문은 수치해석 기법을 통하여 단일 풍력터빈과 상반전 풍력터빈을 각각 설계하고, 그 성능을 다양한 조건에서 비교하고자 하였다. 그 결과 상반전 풍력터빈은 단일 풍력 터빈에 비해 TSR 3~5 영역에서 보다 높은 성능계수를 나타냈으며, 그 보다 더 높은 TSR 영역에서는 낮은 성능계수를 나타내었다. 이것은 로터 상 하류의 간섭의 간섭 때문이며, 또한 본 연구에서는 낮은 영역의 TSR에서 운전되는 상반전 풍력터빈의 유효성을 함께 보였다.

모델기반 고장 진단법은 풍력발전기의 상태감지 시스템(Condition monitoring system)에 적용을 목적으로 변동 하중조건하에서 작동하는 기어박스내의 기어의 균열을 진단하기 위해 제시하였다. 두 개의 평기어(Spur gear)로 구성된 간단한 테스트 베드가 위의 접근방법을 검증하기 위해 구축되었고, 기어의 균열은 기어의 뿌리부분에 균열을 인가하여 묘사하였다. 축의 회전속도에 독립적인 타코미터를 기반으로 한 오더분석(Order analysis)을 균열크기 진단에 적용하였고, 테스트 베드의 작동을 시뮬레이션하기 위해 집중변수 모델(Lumped parameter dynamic model)이 사용되었다. 모델에서 균열과 밀접히 관련된 변수는 측정된 신호와 시뮬레이션된 신호 간의 차이를 최소화하는 최적화 기법으로 역추정하였다. 제시한 방법의 유효성을 보이기 위해, 미리 정의된 모델 변수로부터 생성된 시뮬레이션 신호를 테스트-베드로부터 측정된 신호로 가정하고, 제시한 방법을 사용하여 변수를 역추정하였다. 결과는 실제 값과 일치하였고, 이를 통해 알고리즘이 제대로 작동함을 알 수 있었다. 다음 연구에서는 실제 테스트 베드의 실제균열에 적용하고자 한다.

The lay outs in this thesis is based on basic theories and the test the performance of the product by wind tunnel test and vehicle test. Furthermore, in order to find out the effect of structure change on hub which is one of the components of wind turbine, I compared the actual performance between the existing model and the modified model thoroughly. To improve the performance of wind turbine, I modify the structure of the hub and analysing base model and modify model by using Star-CCM+. As a result, I found out the wing-shaped hub used model stablizes the spin in shorter time than existing model. Therefore, with the optimal blade selection, the structure modification on hub is a considerable variable on wind turbine design which is aiming better performance.

풍력 발전단지의 효율성 평가를 위하여 풍력-기상자원지도로부터 이론적 잠재량을 계산하고 행원 발전단지 발전량과 비교하였다. 풍력-기상자원지도는 기상청 국립기상연구소에서 개발된 1 km 해상도 자료를 이용하였다. 풍력-기상자원지도와 AWS(구좌) 풍속의 비교 검증 결과는 풍속이 과대 모의되었으며, 행원 발전단지 풍속의 일 변동성은 해륙풍의 영향으로 오후에 최대가 되는 일 변동 특성을 보였다. 풍력-기상자원지도로부터 산출된 발전량과 행원 발전단지 발전량의 비율은 24.8%이나, 발전량 빈도수 분포 형태는 유사하였다. 발전량 차이의 원인은 터빈의 기계적 오류, 풍력-기상자원지도 풍속의 과대 모의에 기인한 것으로 생각된다. 본 연구는 향후의 발전단지 효율성 증가를 위한 터빈의 재배치에 기여 할 것이다.

In this study, the capability of an existing analysis method for the fluid-structure-soil interaction of an offshore wind turbine is expanded to account for the geometric nonlinearity and sea water drag force. The geometric stiffness is derived to take care of the large displacement due to the deformation of the tower structure and the rotation of the footing foundation utilizing linearized stability analysis theory. Linearizing the term in Morison’s equation concerning the drag force, its effects are considered. The developed analysis method is applied to the earthquake response analysis of a 5 MW offshore wind turbine. Parameters which can influence dynamic behaviors of the system are identified and their significance are examined.

신재생, 친환경 에너지에 대한 관심의 증가로 최근 상당수의 풍력 발전기가 설치되고 있다. 특히, 육상과 달리 부지 확보의 어려움도 없고 고품질의 바람을 얻을 수 있다는 점에서 해상 풍력 발전기가 더욱 주목을 받고 있다. 이와 같은 장점을 가진 해상 풍력 발전기는 육상의 조선소 등에서 제작된 후, 해상 크레인을 이용하여 운용 지점까지 이송되어 설치되는데, 이때 그 크기의 거대함과 고가라는 이유로 무엇보다 안전이 보증되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치 시 안전성을 보증하기 위한 근거로서, 다물체계 동역학 기법을 활용하여 해상 크레인에 연결된 해상 풍력 발전기의 동역학 해석을 수행하였다. 그 결과, 본 기법이 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치방법에 대한 검증용으로 충분히 활용 가능함을 확인할 수 있었다.

최근 몇 년간 에너지 위기에 대한 우려가 급격히 증가하고 있으며, 방대한 에너지소비에 따른 환경오염도 큰 문제로 대두되고 있다. 사회적으로 에너지 위기가 고조되고 있는 가운데 새로운 에너지나 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 해결책으로 양어장 등에서 사용되는 폭기장치를 구동하기 위한 에너지를 자연으로부터 얻을 수 있는 가능성을 타진해 본 연구이다. 연구의 목적은 풍력에너지를 이용한 폭기장치의 개발에 있으며, 다양한 풍속 및 수풍면적에 대한 풍력폭기장치의 가능성을 살펴보고 있다. 또한, 최대의 효율을 얻을 수 있는 풍력펌프의 각도에 대한 토출구의 높이를 유도하여 유사한 장치의 설계에 있어 도움을 줄 수 있는 데이터를 제공하고 있다.

본 논문에서는 해저케이블 부두 하역용 장비인 코일링 암(coiling arm)에 대한 국산화 자체개발 내용 중 구조설계 및 해석 결과 내용을 제시하였다. 상세 구조설계를 위해 3차원 CAD 프로그램을 이용하여 고 정밀도의 모델링을 수행하였고, 유한요소 기법을 이용하여 전산구조해석을 수행하였다. 코일링 암의 활용 목적에 맞추어 하역대상 케이블을 선박에서 케이블 탱크로 하역시 효과적으로 가이드 할 수 있도록 베어링 및 롤러 부품을 설계하여 메인 암이 회전하고 케이블 가이드가 이동할 수 있도록 하였고, 기존의 외국 모델에서 사용하던 와이어 및 모터 시스템을 이용한 케이블 가이드 작동방식을 유압 시스템을 이용한 작동방식으로 변경하여 원가절감을 달성하면서 사용자가 직관적으로 작동할 수 있도록 설계하였다. 장비 자체의 자중 및 하역 케이블 하중조건에 대한 응력 해석을 수행하였고, 유압시스템의 과작동에 따른 파손 가능성을 고려하였다. 케이블 가이드의 운동 및 설치 지면의 경사도에 따른 전복 안전성 해석을 수행하였으며, 설치장소의 풍하중 효과도 추가로 고려하였다. 본 연구를 통해 기존 수입품 코일링 암의 작동방식 개선과 독자적인 구조설계 및 해석 방법을 확립하였으며, 실제 국내 최초로 자체 개발된 제품의 현장설치 완료 및 하역작업의 효율적이고 정상적인 운영을 완료 및 검증하였다.

세계는 지금 본격적인 에너지 기후시대로 도래했으며 녹색성장을 이끌 강력한 에너지 정책이 선진국가 진입의 초석으로 신재생에너지를 활용하여 미래의 에너지 자원으로 동력화하는 것이 21세기 에너지 수요를 충족시키는 개발 목표가 되고 있다. 최근 신재생에너지 개발의 필요성에 따라 해양에너지가 주목을 받고 있다. 해양에너지는 아직 개발되지 않은 가장 유망한 재생 및 청정에너지 자원 중 하나이다. 이에 따라 각 해역에 적합한 조류에너지 변환장치의 개발이 매우 필요하다. 본 연구에서는 조류발전용 터빈에 작용하는 유입각, 해저면 효과 및 공동현상 발생에 따른 효율의 변화를 후류유동특성을 통해 파악하였다. 계산 조건하에서 해저면 효과에 의한 효율저하는 크게 나타나지 않았고, 유입각은 10도 이상부터 효율 저하가 나타났고 45도에서는 출력계수가 7 % 낮게 계산되었다. 유입속도가 증가할수록 토크와 출력계수가 증가하였으나, 공동현상이 발생하는 3 m/s이상부터 오히려 출력저하가 나타났다. 또한 유동특성의 고찰을 통해 유입각이 크고 공동현상이 나타날수록 출력감소의 원인이 됨을 확인하였다.

본 연구는 풍력터빈으로 입사되는 연직풍속분포를 변화시킴으로써 풍력터빈 운전성능 향상을 위한 풍속전단 경감방법에 대한 것이다. 전산유체역학 소프트웨어인 FLUENT를 사용하여 풍력터빈의 풍상부에 설치한 전단제거 구조물 주위의 정상/비정상상태의 바람장 특성을 모사하였다. 전단제거 구조물의 형상은 펜스, 건물 또는 방풍림일 수 있다. 수치모의 결과에 의하면, 풍력터빈의 회전자 높이구간에서의 풍속전단이 확연하게 경감됨을 확인할 수 있는데, 이는 전단제거 구조물의 후단에서 발생한 유동박리 및 재순환에 의해 형성된 가상적 언덕의 풍속할증 효과 때문이다.

Recently, national attention on the regulations for carbon dioxide emission has risen. Thus, diverse attempts are being actively carried out to reduce the resistance of ships and to develop a new propelling system that reduces the emission of carbon dioxide. This study presents to induce a way to utilize the generated wind power for the electrical energy source of a ship’s lighting, air conditioning and heating by installing a compact wind power facility on the experiment target; a small size high-speed vessel. The vessel targeted for application is a 30ft high-speed leisure boat made of aluminum alloy. The wind power facility installed on the hull and the batteries that will be charged by the electric energy generated by the wind power system were considered at the designing stage of the boat. A new presumption equation for air resistance of wind turbines and efficient measures for management are suggested based on a model test that verifies the basic performance of the wind-powered leisure boat.

본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운 동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선 형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력 을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

The paper describes the results of performance tests and enthalpy drop tests for a large scale turbine of power plant. The objectives of performance test is to exactly evaluate the degradation of the steam turbine generator in order to provide plant information to help performance engineers identify problems, improve performance, and make economic decisions about scheduling maintenance and optimizing operation. To see the performance changes, thermal performance calculation modelling has developed. We can obtain the detailed performance calculation methods for turbine cycle, based on the reference of ASME PTC. And also the enthalpy drop test has been carried out. The technical and economical assessment for each turbine section is analyzed based on the result of turbine enthalpy drop test By comparing the performance changes throughout the operation period, we confirmed the performance reliabilities of the turbine and its conditions.

본 논문에서는 상온 및 방사선 경화 복합재 풍력 블레이드의 구조성능을 비교하기 위하여 단면 강성, 정적응력 및 동적 고유 진동수를 해석하였다. 먼저 상온 및 방사선 경화공정에 의한 복합재료 시편의 탄성계수 등 물성 값을 적용하였다. 블 레이드의 단면 강성 값은 고형 복합재료 보 이론을 적용하여 유한요소 적분법으로 계산하였다. 허브 체결부위를 포함한 소형 풍력 블레이드를 상용 유한요소 프로그램으로 모델링하여 최대 변위와 응력분포 등을 확인하였다. 또한, 풍력 블레이 드의 회전속도에 따른 원심력 효과를 고려하여 고유 진동수 해석을 병행하였다. 이와 같은 일련의 해석결과를 상호 비교 함으로써, 상온 및 방사선 경화 복합재료의 물성 값 차이에서 기인하는 풍력 블레이드의 구조성능 변화를 정량적으로 분 석하였다.