The wind turbine blades should be designed to possess a high stiffness and should be fabricated with a light and high strength material because they serve under extreme combination of lift and drag forces, converting kinetic energy of wind into shaft work. The goal of this study is to understand the basic knowledge required to curtail the process time consumed during the construction of small wind turbine blades using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) prepeg composites. The configuration of turbine rotor was determined using the QBlade freeware program. The fluid dynamics module simulated the loads exerted by the wind of a specific speed, and the stress analysis module predicted the distributions of equivalent von Mises stress for representing the blade structures. It was suggested to modify the shape of test specimen from ASTM D638 to decrease the variance in measured tensile strengths. Then, a series of experiments were performed to confirm that the bladder compression molded CFRP prepreg can provide sufficient strength to small wind turbine blades and decrease the cure time simultaneously.

This study aims to observe the wind load characteristics around two-dimensional rotor blade of small wind turbine under high wind speed. The CFD analysis on the blade shape of NACA-4418 is performed to understand the wind load(i.e., drag and lift coefficient). In the results, the drag and lift coefficient were estimated to be 0.013, 0.44, respectively, at the wind speed 35m/s(wind speed at the height of wind tower, z=70m) and angle of attack 3°. By using the lift, drag coefficient and the appropriate assumption of the blade length, the number of blade and the tip speed ratio(TSR), the proper blade shape was obtained. On the base of this basic study, various conditions for Reynolds number and aerodynamic analysis including angle of attack according to parametric test need to study more in the future. Also assessment for the blade need to study safety on wind pressure coefficient and distribution according to wind characteristics.

In this study, flow characteristic of small vertical-axis wind turbine was performed to analysis the numerical analysis. Blade geometry in the wind turbine is NACA 6512-43, and various degrees of the wind turbine accelerator were adopted. Numerical models are used for the analysis with CFD program of Ansys fluent and RNG k-e turbulence model was used. Rotational speed value of the wind turbine in analysis condition were obtained by the experiment. When the wind turbine accelerator is equipped, exit velocity of wind turbine accelerator tended to increases. Also RPM of wind turbine is increase. And maximum RPM appeared that wind turbine accelerator in degree 60° is equipped.

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.

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 풍동에서 수행되는 날개 길이가 0.8m와 1.5m인 두 수직축형 풍력발전기 및 날개 길이가 0.74m인 수평축형 풍력발전기의 성능평가시험으로부터 출력량을 얻기 위하여 수직축형 풍력발전기 및 수평축형 풍력발전기의 폐쇄효과를 고려하였다. 풍속이 증가함에 따라 서로 다른 날개 길이를 갖는 두 수직축형 풍력발전기 및 수평축형 풍력발전기의 출력량을 측정하였고 폐쇄효과에 기인한 폐쇄계수를 사용하여 출력량을 보정하였다. 날개 길이가 0.8m인 수직축형 풍력발전기에 대해 RPM과 폐쇄계수 사이의 관계는 풍속이 5m/s, 8m/s 및 10m/s일 때 거의 동일하였다. 날개 길이가 0.8m인 수직축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.91에서 0.88의 범위에 있었고, 날개 길이가 1.5m인 수직축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.85에서 0.82의 범위에 있었다. 또한 날개 길이가 0.74m인 수평축형 풍력발전기에 대한 폐쇄계수는 RPM이 증가함에 따라 0.84에서 0.77의 범위에 있었다. 본 연구를 통해 풍동에서 수직축형 풍력발전기의 회전자 면적이 클수록 폐쇄계수는 작아진다는 것을 확인할 수 있었다.

본 연구는 해상용 부이(bouy)의 전원공급용 풍력 발전기 개발하였으며, 이는 특허 기술 및 SVAWT 모델 개발의 다양한 경험을 바탕으로 실시되었다. 구조 및 진동 안전성의 확인을 위한 방법으로 자체 개발한 디자인 프로그램과 첨단 공학 기술, 전산 유체 역학, 유한 요소법 및 전산 구조 역학이 사용되었다. 특별 로딩 및 해양 부이의 동적 움직임을 유도해서 파도에 의한 진동 조건으로도 간주되었다. 이 디자인은 특별 설계되었고, 특허 에어포일 형상은 테스트를 거쳐 바다 부이의 제한된 설치 공간에 따라 최대 출력을 얻는데 적용되었다. 여러 SVAWT 모델이 구축 되었으며 실제로 부이에 장착되어 바다에서 테스트 중이다.

본 연구에서는 차량장착시험 시스템을 이용하여 소형 풍력발전기의 성능평가를 수행하였다. 차량장착시험 시스템은 풍속센서, 전력, 배터리관련 모니터링 장치와 독립식 배터리 뱅크로 구성되어 있다. 본 차량장착시험 시스템을 통해 극한 풍속 상태에서 소형 풍력발전 시스템의 성능 및 안정평가를 1, 2주내에 효과적으로 수행할 수 있었다. 본 연구에 제시되어 있는 상용 소형 풍력발전기 성능평가의 비교검증은 인증된 상용모델의 제작사에서 제시한 성능곡선과 차량시험을 통하여 얻은 결과를 비교하여 검증되었으며, 그래프로 제시하였다.

최근 천연화석 연료의 부족과 원유 원가의 상승에 의해 많은 국가와 연구실에서 자연에너지 이용에 대해 연구하고 있다. 이런 추세에 풍력 및 태양광 에너지를 동시에 이용하는 복합시스템을 사용한 가로등 개발에 초점을 맞추었다. 이 연구에서 태양광 발전을 위한 태양전지는 시중에서 쉽게 구입할 수 있기 때문에 3익 타입의 HAWT를 위한 로터 블레이드 개발로 한정하였다. 이 로터 블레이드의 개발을 위해 BEM을 이용하였고, 이에 대한 성능평가를 위해 CFD기법을 이용하였다.

We investigate the amount of potential electricity energy generated by wind power in Busan metropolitan area, using the mesoscale meteorological model WRF (Weather Research & Forecasting), combined with small wind power generators. The WRF modeling has successfully simulated meteorological characteristics over the urban areas, and showed statistical significant to predict the amount of wind energy generation. The highest amount of wind power energy has been predicted at the coastal area, followed by at riverbank and upland, depending on predicted spatial distributions of wind speed. The electricity energy prediction method in this study is expected to be used for plans of wind farm constructions or the power supplies.