덴마크의 풍력 발전 확대를 위한 터빈 리파워링 시행과 발전 제고요인에 관한 고찰

정혁 한국유럽학회 2020 유럽연구 Vol.38 No.3

Wind power generation is taking up half in total energy consumption in Denmark. And three time implementation of the turbine repowering scheme is credited with the effective expansion of wind power generation. The Danish turbine repowering is assessed to have increased the total wind power generation, and to have reduced costs of the relevant infrastructure, and to have increased investments into the wind power industry. Along with these benefits, the Danish turbine repowering showed decline in death rates of birds crashing into the blades, in noise level and in emission of greenhouse gases and in the degree of degradation of the surroundings of the deployed area. However, the turbine repowering burdened the manufacturers of the turbines with designing, manufacturing, and selling the new turbines as they had to develop and manufacture turbines in more enhanced energy efficient and power increase-oriented way. As a measure to take, The Danish government should take into account setting up a legal framework to enhance public awareness regarding the management and establishment of the wind power deployments. This measure can ease the opposition from the local who can raise the voice against the deployments of the wind power in their neighborhood. Other than the measure, For the Danish government to accelerate the expansion of wind power generation, setting up the criteria for pre-investigation permit by Department of Climate, Energy and Building, building up more interconnectors between the group of NORDEL, and mandating Environmental Impact Assessment on offshore wind power deployments should be the factors to put into consideration. Turbine repowering is slated to be implemented for the first time in a large scale in Korea from December 2020. Thus, the South Korean government needs to study the implementation and the effects of the Danish turbine repowering for lesson. On top of that, the South Korean government needs to consider urging the local governments to set up the legal framework to enhance public awareness about the benefits turbine repowering and wind power generation can provide. 덴마크는 풍력 발전 비중이 전체 소비 발전 전력의 절반을 차지한다. 그 효과적인 풍력 발전 확대에 대한 배경에는 덴마크 정부의 세 차례에 걸쳐 시행된 터빈 리파워링의 역할이 큰 것으로 평가되고 있다. 풍력 발전 분야에서의 터빈 리파워링은 기존 오래된 풍력 터빈들을 새로운 터빈들로 교체하는 것이다. 덴마크 정부의 터빈 리파워링은 전체적인 풍력 발전량 증대, 인프라 비용의 절감, 풍력 터빈 발전으로의 투자를 증진시켰던 것으로 보인다. 또한 환경 측면에서는 발전 설비 설치 주위 조류들의 사망률, 소음, 온실가스 배출, 설치 지역 주위의 환경 훼손 측면에서의 피해 감소 효과를 보여준다. 하지만 터빈 리파워링에서 에너지 효율적이면서도 발전 증량 측면에서 새 터빈들을 설계, 제조, 판매해야하는 대형 풍력 발전 기업들에게는 상당한 부담으로 작용하였다. 이에 덴마크 정부는 지역 차원의 풍력 터빈 설치나 풍력 발전 단지 설립 및 운영을 위한 공공인식 개선 관련 기본 틀 마련과 효과적인 시행을 통해 시민들의 대형 풍력 터빈 발전 단지 설립 및 운영에 주요 역할을 하는 대기업들에 대한 인식을 향상 시킬 필요가 있다. 또한 이러한 조치는 덴마크 시민들의 추후 발전 설비 설치물의 거주지 지역 내 반대 분위기도 적정수준 완화시킬 수 있을 것으로 보인다. 아울러서 추후 덴마크 풍력발전 확대의 가속화를 위해서는 덴마크의 기후, 에너지 및 건물부의 풍력발전 설비 및 풍력발전 단지 인가를 위한 사전 조사 인가 기준 마련, 덴마크 북부 지역과 NORDEL 지역 국가들과의 전력망 연계의 수월성 향상을 위한 상호연계장치 증설, 해상풍력발전 부문에서의 환경영향평가 의무화가 조속히 이루어져야 할 것이다. 한국에서도 풍력 발전 부문에서 터빈 리파워링이 2020년 12월부터 대규모로는 처음 시행될 예정이다. 이에 한국 정부도 덴마크가 시행했던 터빈 리파워링의 시행과 효과들에 대한 학습효과를 인지할 필요가 있다. 아울러서 한국정부는 풍력 발전 및 터빈 리파워링의 편익에 대한 시민들의 인식 함양과 관련한 지자체 수준에서의 상기한 방향으로의 법적 기본 틀 마련을 지역 정부들에게 촉구할 것을 고려할 필요가 있다.

초대형 풍력터빈 시험을 위한 실증시험장 설계

김상만(Sang-Man Kim),정태윤(Tae-Yoon Jeong),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2023 한국전자통신학회 논문지 Vol.18 No.3

본 논문은 풍력터빈의 시제품 인증을 위한 국제 규정에 근거하여 풍력터빈 시험장을 설계하였다. 시험장에 설치되는 기상탑의 최대 높이는 140m이며, 5MW 이상 풍력터빈을 최대 3대까지 시험할 수 있는 전력설비가 구성되어 있다. 설치된 기상탑에서 측정한 기상자원은 감시시스템을 이용하여 기록 및 분석이 가능함을 확인하였다. 풍력터빈 제조업체는 이 시험장을 인증기간 동안 사용할 수 있고 설치된 풍력터빈은 지속적인 발전사업도 가능하다. 따라서, 장기적으로 풍력터빈의 성능 및 내구성을 측정하여 모델을 개량하거나 새로운 풍력터빈을 개발하기 위한 기초자료를 얻을 수 있다. This paper designs a wind turbine test site based on international regulations for the certification of wind turbine prototypes. The maximum height of the meteorological mast installed at the test site is 140m, and power facilities capable of testing up to three wind turbines of 5MW or more are installed. The weather resources measured at the mast can be recorded and analyzed using a monitoring system. Wind turbine manufacturers can use this test site during the certification period, and the installed wind turbines can be used for continuous power generation projects. Therefore, this test site can provide fundamental data for measuring the long-term performance and durability of wind turbines, which can be used to improve models or develop new wind turbines.

도시의 건축 디자인에서 풍력터빈의 이용에 대한 사례 연구

문창호,김용이 대한건축학회지회연합회 2010 대한건축학회연합논문집 Vol.12 No.4

이 연구는 건축물에서 풍력터빈의 이용에 대한 것으로, 건축물에서 풍력터빈 이용의 장단점, 건축물의 풍력터빈 설치유형, 건축물에서 풍력터빈 이용 사례 등을 분석하여 추후 건축 디자인에서 풍력터빈을 이용하고자 할 때 필요한 참고자료를 제공하고자 한다. 결론을 요약하면 다음과 같다: 건축물에서 풍력터빈을 이용하는데는 장점과 함께 단점도 있다. 건축물의 풍력터빈 설치유형은 건물옥상형, 건물관통형, 건물사이형 및 건물측면형으로 구분될 수 있다. 건축물에서 풍력터빈을 도입한 목적을 보면, 국가나 도시의 상징물을 위한 디자인 요소, 저소득층 주거에 대한 지원수단, 다 에너지 소모 건축에서 이미지를 제고하거나 조직의 임무를 표현하는 수단 등으로 다양하다. 풍력터빈이 설치된 건물의 종류를 보면, 사무소건축, 주거건축, 주상복합, 주차건물, 공항건축, 학교건축 등으로 다양하다. 건축물 풍력터빈의 발전량은 건물 전체 에너지 소비량의 일부(약 10%)를 차지한다. 풍력터빈이 설치된 건축물은 다른 재생에너지원, 다양한 저에너지 전략, 건축시공에서 지속가능성 등을 채택하고 있다.

국내 풍력단지의 풍력터빈 용량밀도와 이격거리 산정

김현구,강용혁,김진영 한국풍력에너지학회 2016 풍력에너지저널 Vol.7 No.2

Wind resource potential is calculated by multiplying an area where a wind farm can be developed by wind turbine capacity density. Therefore, the wind turbine capacity density of wind farms in Korea must be calculated precisely first, in order to accurately calculate wind resource potential in Korea. In the present study, of the 67 total wind farms in Korea, 18 wind farms were selected, all of which had a total installed capacity of 10 MW or higher and had more than 10 wind turbines. Wind turbine coordinates and wind farm areas were determined using Daum Map Skyview, facilitating the calculation of wind turbine capacity density and wind turbine spacing. The mean wind turbine capacity density of wind farms in Korea was calculated at 6.9±2.1 MW/km2, and the mean wind turbine spacing was calculated at 3.5D (D is a rotor diameter). In the future, when wind resource potential is calculated, the above values can be used to provide more realistic wind energy dissemination targets than it was previously possible.

3MW급 풍력터빈타워의 진동저감을 위한 수동질량형 제진장치 개발 및 성능 평가

석철근,이성경,주석준,이승우 한국방재학회 2016 한국방재학회논문집 Vol.16 No.5

최근 풍력터빈의 용량이 증가됨에 따라 풍력터빈타워의 구조적인 안정성 및 사용성이 요구되고 있다. 대형화된 풍력터빈타워의 경우, 터빈의 종단 풍속 25 m/s까지 전력생산을 위해 가동되는 동안 바람에 의한 하중이 풍력타워에 그대로 노출된다. 따라서 풍하중에 의한 진동을 제어하지 않으면 풍력터빈타워의 구조적인 파괴가 초래될 수 있다. 본 연구에서는 3MW급 대용량 풍력터빈타워의 진동저감을 위해 해당 구조물의 최적화된 제진장치를 개발함으로써, 풍력터빈타워의 사용성 및 구조적 안정성을 확보하였다. With the recent trend of increase in size of wind turbine towers, the need for its structural stability and usability have been well documented. In case of enlarged wind turbine tower, it is exposed to wind load of cut-out wind speed 25 m/s during operating turbine to produce electricity. Therefore, if the wind induced vibration is not controlled, it may lead to structural damages. In this study, optimized tuned mass damper on wind turbine tower developed to reduce vibration of the 3MW wind turbine tower has been developed, which can ensure structural stability and usability of wind turbine tower.

그린전력을 생산하는 도시형 소형 풍력발전

윤희중 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.9

In general, the wind industry has been oriented toward large power systems that require large windy areas and that because of environmental restrictions, should be constructed in regions far away from residential districts. However, recently, small-scale wind generation has moved closer to consumers and now has potential for applications to urban wind power generation with more silent wind turbines. The basic condition for harvesting wind power successfully is, of course, the ability of wind: Hence, an accurate prediction of the wind speed is essential for calculating the electricity output of small wind generators because the output is the basis for its economic performance. In this paper, we review the extent of available data and the progress that has taken place in analysis techniques and tools for determining the wind conditions in urban areas and predict the possibility of applications for the green power generation with small-scale wind turbines. We have paraphrased the hydrodynamic analysis and torque diagrams so citizen might have easy access to green power system. 일반적으로 풍력발전은 날개의 회전면적이 큰 대형풍력발전을 말하며 주위 환경에 신경을 쓰지 않는 주거지역과 멀리 떨어진 지역에 설치되는 발전시설을 말한다. 그러나 최근에는 미풍에도 기동되고 조용하게 운용되는 소형풍력터빈이 개발됨으로 도시지역의 그린전력 생산에 적용할 수 있는 소형풍력 발전 시스템의 적용범위가 확대되고 있다. 풍력발전을 위해서는 설치장소에서 풍속을 정확하게 예측하는 것이 필수적이다. 이를 기반으로 효율성과 경제성을 판단하기 때문이다. 이 논문에서는 도시지역에서 풍력자원과 터빈기술을 효율적으로 활용함으로써 도시지역에서 그린전력 생산가능성을 분석하고 전망한다. 특히 도시지역의 복잡한 풍황조건을 이해하고 분석하는데 필요한 기초적인 유체동역학적 거동과 블레이드가 받는 토크의 벡터연산과정을 도식화하여 일반국민들이 그린전력생산시스템에 쉽게 접근할 수 있게 부연하였다.

에콰도르의 풍력자원 경제성 평가

장수환(Jang, Su-Hwan) 한국외국어대학교 중남미연구소 2016 중남미연구 Vol.35 No.2

본 논문에서는 에콰도르의 풍력발전 확대 가능성을 검토하기 위해 잠재성이 높은 9곳에 대하여 관측지점에서의 연간에너지 생산량을 예측 및 산출하고 이에 대한 경제성을 평가하였다. 세계기상기구에 보고된 에콰도르 45곳의 종관기상자료(SYNOP, Surface Synoptic Observation, numerical code FM-12) 분석 결과 풍력 발전을 운영할 수 있는 3 m/s 풍속 이상인 곳은 에콰도르 해안지역과 갈라파고스 섬 그리고 안데스 산맥에 분포하였다. 본 연구에서는 안데스 지역을 중심으로 풍속이 3m/s 이상인 9곳의 측정소를 대상으로 풍력자원을 평가하여 풍력량을 산정하였다. 안데스 지역에 위치한 9개 관측소의 연평균 풍속은 4.2 m/s로 평가되었다. 인긴쵸(Inguincho) 측정소에서는 연평균 5 m/s 이상인 것으로 평가된 반면, 가장 낮게 측정된 또말론(Tomalon) 측정소에서도 3.5 m/s로 측정되어서 안데스 산맥의 풍속이 풍력 발전에 적합할 것으로 전망되었다. 월별 평균 풍속은 모든 측정소에서 7~9월에 가장 높게 관측되었다. 분석된 바람의 특성과 Weibull function을 근거로 9곳의 관측지점에 대한 경제적 타당성 평가를 하였다. 산출된 9곳의 관측지점에 대한 연간 에너지 생산량(AEP)을 근거로 내부수익률(Internal Rate of Return, IRR)을 이용하여 풍력발전 잠재성에 대한 경제적 타당성을 평가하였다. 내부수익률로 본 풍력 터빈의 경제성평가 결과 80m, 100m 터빈에서의 연간평균전력생산량이 수익성이 있는 지역은 인긴쵸(Inguincho)였다. 탄소배출권의 가격이 10 유로(€) 이상으로 오르는 경우 경제적 타당성이 있는 지역은 리오밤바(Riobamba) 한곳이 더 추가되었다. The aim of this research is to assess wind energy potential in Ecuador. The assessment of wind speed and direction is the first step to predict the initial feasibility of generating electricity from wind power in a given region. The wind characteristics at 45 observations in Ecuador from 2000 to 2011 with SYNOP (Surface Synoptic Observation), that is numerical code (called FM-12 by WMO), have been analyzed. The wind resource in this study has been assessed at 9 observations on the Andes Mountains above 3.5 m/s. The annual average wind speed at 9 observations was 4.2 m/s. The strongest wind speed, above 5 m/s, appeared at Inguincho. The wind speed above 4 m/s appeared at Latacunga, Riobamba and Loja. The weakest wind speed appeared at Tomalon with 3.5 m/s. From the Internal Rate of Return (IRR) in Ecuador, it was revealed that it was profitable to the wind turbine at Inguincho, and the wind energy generation can be profitable under a proper subside from the government. We can see that the profitability of wind turbine, considering the carbon price 10 €/ton, can be ensured Riobamba besides Inguincho.

Design and Performance Evaluation of a 10kW Scale Counter-Rotating Wind Turbine Rotor

Anh Dung Hoang,Chang-Jo Yang 해양환경안전학회 2014 海洋環境安全學會誌 Vol.20 No.1

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. The counter-rotating approach on wind turbine has been recently put in interest for its certain advantages in both design and performance. This paper introduces a study on a counter-rotating wind turbine designed and modeled using NREL airfoils S822 and S823. The aims of the study is to evaluate and discover the performance of the counter-rotating system, and compares to that of single rotor turbine of same design using numerical simulation. The results show higher performance of the counter-rotating system compared with single rotor case at TSR 3 to 5 but lower performance at higher TSR. This is due to the interaction between upstream and downstream rotors. Thus, the counter-rotating turbine is more efficient at low rotor rotational speed.

풍력터빈의 가동 풍속범위 내에서 뒷전 두께비를 갖는 NACA64-418 익형의 공력성능에 관한 연구

유홍석,이장창 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

IEA wind사의 풍력터빈 로터 블레이드인 Mexico model은 팁 블레이드로 NACA64-418 익형을 채택하고 있다. 풍력터빈의 팁 블레이드는 장기간 운용으로 인해 종종 균열이 생기고 수리과정을 거쳐 계속 사용되고 있다. 수리된 익형을 모방하기 위해 adding thickness 방법을 이용하여 NACA64-418 익형을 수정하고 풍력터빈의 가동풍속 범위 내에서 수정된 익형의 공력성능을 조사하였다. 수치해석 결과, 모든 풍속에서 뒷전 두께비가 증가할수록 항력은 증가하였으나 양력에는 아무런 변화가 없었으며 피칭 모멘트는 실속영역 전까지 받음각이 증가할수록 풍속 10m/s에서는 불안정하게 증가하였으나 풍속이 증가하면서 피칭 모멘트는 선형적으로 증가하였다. The Mexico model, the rotor blade of wind turbine, of IEA wind adopts NACA64-418 airfoil as the tip blade. The tip blades of wind turbine become cracked due to a long employment period and are repaired through maintenance in order to allow their continuous use. To imitate the repaired airfoil, the NACA64-418 airfoil is modified by the adding thickness method. The aerodynamic performance of the modified airfoil is investigated within operating velocity of wind turbine. The numerical results show that for all wind velocity the drag increases but the lift doesn"t change as the blunt thickness ratios are increased and pitching moment at wind speed 10m/s increases unstably as the angle of attack is increased before the stall region. However the pitching moment increases linearly as the wind speed is increased.

MG-set 기반의 풍력터빈 동적 시뮬레이터 개발

원병철,전태수,백인수 한국풍력에너지학회 2021 풍력에너지저널 Vol.12 No.4

In this paper, a dynamic simulator based on an MG set was implemented for a scaled wind turbine model with a rated power of 40 W with an operating mechanism similar to that of a MW-class large wind turbine. A test bench constituting the simulator hardware was initially designed and manufactured by Carlo L. Bottasso's research team at the Technical University of Munich. In this study, part of the test bench was modified and redesigned, and a simulator capable of dynamic simulation was developed by applying a GUI for operation and monitoring, and a dynamic driving algorithm and turbine control algorithm. A DC motor is connected to the main shaft to emulate the rotor rotation. Also, in order to simulate the change in the rotor rotation speed according to the change in wind speed, motor speed control was performed using a numerical model of the wind turbine based on MATLAB Simulink. The generator part was directly applied to the MG set together with the nacelle part of the target wind turbine scale model. To verify the performance of the MG set-based dynamic simulator, it was compared with the existing MATLAB Simulink dynamic simulation model. The main performance data between the experimental results and the MATLAB Simulink-based dynamic simulation were compared, and an error within 1 % was confirmed. Using the MG set-based dynamic simulator built in this study, it was confirmed that it was possible to verify the performance of the wind turbine controller for dynamic wind in the laboratory before a wind tunnel test.