축산 환기 시스템을 활용한 소형 풍력 발전 시스템 개발 = Small-scale Wind Power Generation Utilizing Ventilation Flow of a Livestock Building
저자
홍세운 ( Se-woon Hong ) ; 이인복 ( In-bok Lee ) ; 황현섭 ( Hyun-seob Hwang )
발행기관
학술지명
한국농공학회 학술대회초록집(Proceedings of the Korean Society of Agricultural Engineers Conference)
권호사항
발행연도
2011
작성언어
Korean
주제어
자료형태
학술저널
수록면
75-75(1쪽)
제공처
풍력 발전은 풍속의 세제곱에 비례하여 에너지를 생산할 수 있으므로 풍속이 높고 일정할수록 높은 발전 효율을 보인다. 풍속이 낮고 변동이 큰 자연풍과 달리 환기팬에 의하여 인위적으로 생성된 기류는 이러한 관점에서 풍력 발전의 최적의 대상이라 할 수 있다. 농업 분야에서 축산 시설에서 사용되는 배기팬은 축사 내부의 유해 가스 배출 등의 목적으로 최소환기 이상의 환기량으로 연중 가동되고 있으므로, 본 연구에서는 이에 의해 형성되는 환기팬 후류의 양질의 바람을 이용하여 효율성을 극대화할 수 있는 소형 풍력 발전 시스템을 개발하고자 하였다.
NACA 계열 중 128개의 익형을 대상으로 하여 사전에 분석된 환기팬 후류의 바람 특성에 맞게 블레이드 요소-운동량이론(BEMT)에 따라 블레이드를 설계하고 성능을 평가하였으며, 가장 좋은 성능을 보이는 블레이드를 선정하여 풍력 발전기 제작에 활용하였다. 설계된 블레이드는 전산유체역학 (CFD) 시뮬레이션 해석을 통해 제작 이전에 성능을 사전에 평가하고 설계 세부 사항을 보완하였으며, 최종 설계된 블레이드는 목재를 정밀 가공 (CNC)으로 조각하여 제작하였다. 발전기는 회전자와 고정자로 구성된 3상 동기 발전기로 구성하여 성능을 평가하였다.
축산 농가에서 주로 사용하는 50 인치 직경의 환기팬을 사용하여 풍력 발전기의 성능을 측정한 결과, 풍력발전기를 환기팬으로부터 0.5m 거리에 위치시키고, 교류 부하기의 저항을 조절하여 전압을 27V 정도로 되도록 회전수를 유지시켰을 때 264W의 전기 출력을 얻을 수 있었다. 이 값은 풍력 발전기에 투입되는 바람의 에너지, 즉 환기팬의 소비전력인 1 kW의 약 27%에 해당하는 값이다. 또한 이 과정에서 발생한 환기팬에서의 부하는 사전 실험을 통하여 상당히 작은 것으로 판단되었다. 현재 풍력 발전량을 증대시키기 위하여 블레이드의 설계를 변경하고 발전기의 형태를 변경하는 과정이 진행 중이며, 이를 통하여 30% 이상의 효율을 목표로 하고 있다.
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