3차원 유동해석을 통한 복잡지형이 풍력발전단지 배치에 미치는 영향에 관한 연구 = Impact of Complex Terrain on Wind Farm Layout: A Study Using 3D Flow Analysis

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 산악 복잡지형을 대상으로 정확한 풍황자원을 모사하고, 풍력발전기 배치에 따른 후류와 지형에 의해 발생하는 후류가 풍력발전기 출력에 미치는 영향을 정량적으로 분석하였다. 산악 복잡지형의 고도차를 반영하여 3차원 지형을 모델링하고 이에 기반한 유동해석을 수행하여 대상 지역의 풍황을 모사하였다. 라이다를 이용한 실측 데이터와 비교를 통해 해석의 정확도를 검증한 결과, 최대 3.4 % 평균 풍속 해석 오차가 발생함을 확인하였다. 산악 복잡지형에 9기의 풍력발전기 모델이 포함된 유동해석을 수행하여 산악지형과 풍력발전기 배치에 의한 출력의 영향을 분석하였다. 풍속 3, 6, 9 m/s 조건에서의 유동해석 결과를 도출하였으며, 전방에 위치하여 풍력발전기로 발생하는 후류의 영향을 받지 않더라도, 지형에 의한 영향으로 출력이 44 ~ 77 % 수준으로 감소할 수 있음을 확인하였다. 후방에 위치한 풍력발전기의 경우 전방 풍력발전기의 후류 영향과 지형의 영향이 복합적으로 작용하여 출력이 21 ~ 31 % 수준으로 크게 감소함을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 산악 복잡지형에 설치되는 풍력발전단지 경우 각 풍력발전기의 후류의 영향뿐만 아니라 산악지형에 따른 영향도 함께 고려하여 풍력발전기를 배치해야 함을 확인할 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study accurately simulated wind resources in complex terrains and quantitatively analyzed the effect of the wakes caused by wind turbine layout and topography on wind turbine power output. 3D topography was modeled by reflecting altitude differences, and flow analysis based on topography was performed to simulate wind resources in the target area. A comparison of analysis results with ground-based LiDAR measurements revealed an average wind speed analysis error of up to 3.4 %. Flow analysis, including nine wind turbine models in complex terrain, was performed to analyze the impact of complex terrain and wind turbine layout on wind turbine power output. Our results confirm that for a wind farm installed in complex terrain, wind turbines must be positioned by considering the wake effects of other wind turbines and the influence of topography.

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