유전자 알고리즘 및 패턴 서치 방법을 이용한 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화

Abstract

이 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화를 위한 직접탐색 기반의 최적화 기법을 적용하고, 최적화 기법간의 성능을 비교하여 효과적인 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 수평축 풍력 터빈의 최적설계 코드인 HARP_Opt(Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer)을 기반으로 연간 발전량 평가 방법을 수정하고, HARP_Opt에서 적용하고 있는 기존의 유전자 알고리즘과 함께 패턴 서치 방법을 추가 적용하였다. 이를 1MW급 풍력 발전 터빈 블레이드의 단면 형상 최적 설계 문제에 적용하였으며, 기존의 유전자 알고리즘 및 마이크로 유전자 알고리즘, 그리고 패턴 서치 방법의 성능을 비교한 결과, 연간 발전량과 해의 일관성 면에 있어서는 패턴 서치 방법이 상대적으로 우수하였으며, 계산시간 측면에서는 마이크로 유전자 알고리즘이 상대적으로 우수한 것으로 분석되었다. In this study, direct-search based optimization methods are applied for blade shape optimization of wind turbines and the optimization performances of several methods including conventional genetic algorithm, micro genetic algorithm and pattern search method are compared to propose a more efficient method. For this purpose, the currently available version of HARP_Opt (Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer) code is enhanced to rationally evaluate the annual energy production value according to control strategies and to optimize the blade shape using pattern search method as well as genetic algorithm. The enhanced HARP_Opt code is applied to obtain the optimal turbine blade shape for 1MW class wind turbines. The results from pattern search method are compared with the results from conventional genetic algorithm and also micro genetic algorithm and it is found that the pattern search method has a better performance in achieving higher annual energy production and consistent optimal shapes and the micro genetic algorithm is better for reducing the calculation time.