풍력발전실험/결과보고서/기계공학응용실험2/금오공대(금오공과대학교)/기계공학과/실험/보고서/레포트

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목차

1. 실험장비

2. 결과정리

3. 주속비와 파워계수와의 관계

4. 풍력발전기 회전익(블레이드)과 파워계수(효율)와의 관계

5. 실험을 통한 솔리디티와 주속비와의 관계

6. 고찰

<참고문헌>

본문내용

력=전압x전류)
3. 주속비와 파워계수와의 관계
주속비란 풍력터빈의 성능을 나타내기 위한 퐁력터빈의 날개 끝단속도와 유입풍속의 비이다.
R: 로터반경(m), : 날개의 회전각속도(rad/s), n : 풍력터빈회전수(rps)
파워계수는 유체의 운동에너지를 풍차를 이용하여 기계적 동력으로 변환하는 효율을 파워계수라고 한다.
파워계수 유체의 운동에너지(수직형) =
주속비와 파워계수의 관계는 위의 그래프를 보면 주속비가 커질수록 파워계수가 커지며 파워계수는 베츠의 한계인 0.593까지 커질 수 있다. 또한 날개 유형별로 최대의 출력이 나타나는 주속비가 존재한다.
실제 이번실험에서 블레이드개수가 4개, 3개, 2개일 경우의 주속비와 파워계수의 관계를 봐도 주속비가 클수록 파워계수가 큰 것을 확인할 수 있다.
4. 풍력발전기 회전익(블레이드)과 파워계수(효율)와의 관계
블레이드 4개
풍속
파워계수
강풍
8.0125
0.000841
중풍
8.3075
0.000736
약풍
5.795
0.000467
블레이드 3개
풍속
파워계수
강풍
8.0125
0.000808
중풍
8.3075
0.000721
약풍
5.795
0.000357
블레이드 2개
풍속
파워계수
강풍
8.0125
0.000795
중풍
8.3075
0.000716
약풍
5.795
0
위의 실험 결과를 이용하여 블레이드 개수와 파워계수의 관계를 살펴보면 강풍, 중풍, 약풍에서의 파워계수가 블레이드가 4개일 때 가장 큰 것을 볼 수 있다. 따라서 블레이드 개수가 4개일 때가 효율이 가장 높다. 그러나 블레이드 개수가 늘어나면 설치비용과 저항력이 커지기 때문에 적절한 블레이드 개수를 선택하는 것이 중요하다. 또한 실제 대형풍력발전기의 경우 날개개수가 증가하면 무게가 증가하기 때문에 효율이 급격하게 떨어진다. 따라서 현재는 효율과 안정성을 고려하여 날개개수가 3개인 풍력발전기가 많다.
5. 실험을 통한 솔리디티와 주속비와의 관계
블레이드 4개
주속비
솔리디티
강풍
4.843
0.094764
중풍
4.604
0.104854
약풍
6.258
0.056736
블레이드 3개
주속비
솔리디티
강풍
4.858
0.094163
중풍
4.611
0.104516
약풍
5.096
0.085561
블레이드 2개
주속비
솔리디티
강풍
4.588
0.105567
중풍
4.053
0.135261
약풍
0
∞
솔리디티 구하는 공식 (, )
솔리디티란 풍력터빈의 수풍면적에 대한 로터 블레이드의 전 투영면적의 비이다. 투영면적은 풍력터빈 회전축에 수직인 면의 투영을 의미한다. 그러므로 블레이드 수가 많을수록 블레이드의 전 투영면적이 커 같은 주속비에서 솔리디티가 크다. 위의 실험결과를 보면 주속비가 비슷한 경우 블레이드개수가 많을수록 솔리디티가 큰 것을 확인할 수 있다.
솔리디티와 주속비는 반비례하는 관계가 있다. 위의 실험 결과를 보면 주속비가 커질수록 솔리디티가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 블레이드 2개일 때 약풍에서 주속비가 0인 이유는 Cut-in 기능에 의해 효율이 낮은 속도에서는 작동하지 않기 때문이다.
6. 고찰
이번실험은 강풍, 중풍, 약풍 각각의 풍속에서 블레이드 수를 4개 3개 2개로 하여 출력을 계산하는 풍력발전 실험이었다. 이번실험의 오차발생 원인을 생각해보면 다음과 같다. 실험 시 강풍, 중풍, 약풍일 때 풍속계를 이용하여 상하좌우 풍속을 측정하여 평균을 내어 사용하였다. 풍속을 보면 강풍일 때 보다 중풍일 때의 풍속이 작게 측정된 것을 볼 수 있다. 이것은 실험자가 풍속계를 두는 위치에 따라 풍속이 크게 차이가 났기 때문이다. 이러한 이유로 오차가 발생하였다. 또한 실험실에서와 실제 풍력발전기를 설치했을 때의 출력에는 차이가 생기는데 이것은 폐쇄효과 때문이다. 폐쇄효과란 경계면이 없는 자유기류를 비행하는 항공기나 경계면이 하나인 지면위의 자동차와 달리 풍동시험부에는 상하좌우의 경계면이 존재하기 때문에 공기의 흐름 특성이 달라지게되는 것이다.
<참고문헌>
김석권, 풍력발전 기술자료와 신재생 에너지의 사례집, 신기술, 2009., pp. 91~93.
황병선, 최신 풍력터빈의 이해, 아진, 2010., pp. 62~65
박노길 외 3명 공저, 풍력발전기의 이론과 실제, 홍릉과학출판사, 2010., pp. 228~230.
정회갑, 풍력 발전 시스템 : 풍력 터빈 출력 성능 시험, http://slidesplayer.org/slide/11152565/, 2016. 1. 28.
두산백과, 풍속계, 2017. 05. 22.

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