풍력 터빈 축소 모델의 후류 특성에 관한 풍동 시험

Abstract

풍력은 신 재생 에너지원의 하나로 주위환경에 미치는 영향이 적어 새로운 대체에너지로 각광받고 있다. 풍력에너지를 이용하여 대규모 풍력단지를 조성하고자 할 때 전방에 설치된 풍력 터빈의 후류 영향으로 후방에 설치된 풍력 터빈의 발전 성능이 많이 감소된다. 따라서 풍력 터빈의 발전 성능을 높이기 위해서는 풍력 터빈 사이의 배치 간격과 설치 방향 등이 중요한 요소로 작용되며 대단위 풍력 발전 단지를 조성하고자 할 경우 이 같은 중요한 요소들에 관한 연구가 필요하다. NREL 풍력 터빈 축소 모델 후류 실험은 한양대학교 중형 아음속 풍동에서 피토관과 45° 경사 열선을 사용하여 계측하였다. 3차원 유동장 계측을 위하여 동일지점에서 세 방향의 데이터 값을 획득하였다. 이를 위해 stop trigger를 사용하여 유동장 계측 시 동일지점에서만 데이터를 획득하도록 하였다. 실험은 풍력 터빈 블레이드 축 방향과 반경 방향으로 일정간격 위치에서 수행되었으며, 유동장을 측정함으로써 풍력 터빈 블레이드의 발전 성능과 후류 영향 범위에 대하여 비교, 분석하였다. 풍력 터빈에서 대부분의 구동력은 풍력 터빈 블레이드의 최대 시위 길이를 갖는 부분에서 회수되었다. NREL 풍력 터빈 축소모델의 경우 팁 부분에서 저속으로 회전하여 구조적 변형이 발생하지 않았고 구동력 회수를 하지 못함을 알 수 있었다. 또한 풍력 터빈의 후방으로 갈수록 멀어짐에 따라 후류의 확산 범위가 커짐을 알 수 있었다.; Generally, wake effect is shadowing from one wind turbine to the next and much further downstream. A turbine placed downwind of another turbine produces less energy, typically 10-20 % less but in the worst cases where turbines are closely spaced up to 60% less. In this paper flow patterns of cross section passage in NREL small-scale wind turbine were investigated through the acquired data by the 45° inclined hot-wire and the pitot tube. As a result, the power output of the wind turbine was generated at max. chord length position. Also the wake size at axial distance 1.5 times of the blade radius increased 1.4 times of the blade radius.