후류영향을 고려한 상반회전 풍력발전 시스템의 공력성능 예측에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 로터의 후류 효과 및 실속 후 특성을 고려하여 30kW급 상반회전 풍차 시스템에 대한 공력성능 해석을 수행하였다. 기본 공력이론은 모멘텀 이론과 2차원 준정상 공기력 이론을 통합한 형태를 사용하였다. 로터의 후류영향을 고려하기 위해 축소형 풍차 블레이드 모델에 대한 풍동시험 결과를 적절히 이용하였으며, 이로부터 보조로터를 지난 후류의 축속도 및 각속도 성분을 결정하였다. 또한, Glauert의 최적 작동판 이론과 Prandtl의 익단손실 효과를 고려하여 30kW급 풍차 시스템에 대한 최적 시위 및 비틀림 분포를 구하였으며, 기존의 단일 로터 시스템과의 공력성능 비교를 통하여 상반회전 풍차 시스템의 효율성 및 우수성을 입증하고자 하였다. In this paper, the aerodynamic performance prediction of a 30kW counter-rotating (C/R) wind turbine system has been made by using the momentum theory as well as the two-dimensional quasi-steady strip theory with special care on the wake and the post-stall effects. In order to take into account the wake effects in the performance analysis, the wind tunnel test data obtained for a scaled blade are used. Both the axial and rotational inductions behind the auxiliary rotors are determined through the wake model. In addition, the optimum chord and twist distributions along the blades are obtained from the Glauert's optimum actuator disk model considering the Prandtl's tip loss effect. The performance results of the counter-rotating wind turbine system are compared with those of the conventional single rotor system and demonstrated the effectiveness of the counter-rotating wind turbine system.