[우수환경기술]풍력발전기 최적제어기술

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풍속에 대한 정확한 정보를 취합하지 못해 풍력발전기를 최적으로 제어하지 못하던 문제를 해결할 수 있게 됐다.

군산대학교 산학협력단은 발전기의 출력특성을 이용해 바람의 세기에 따라 최적의 효율을 낼 수 있는 풍력발전기 최적제어기술을 개발했다.

이 기술에는 디지털 풍속측정모듈과, 가변속 제어모듈, 풍력발전기 최적 제어형 통합관리장치 등이 사용된다. 불어오는 바람에 따라 블레이드 회전을 유도해 작은 풍속에도 효율적으로 전력을 생산하는 방식이다. 측정된 풍속을 기반으로 블레이드의 회전을 미리 가변시켜 짧은 시간 내에 동일 풍속에서 최대의 전력을 생산한다.

풍력발전단지는 일반적으로 풍력발전기와 풍속 및 풍향 등을 측정하는 별도의 기상타워로 구성된다. 하지만 풍력발전기와 기상타워의 위치가 달라 실제 발전기에 불어오는 풍속을 정확하게 알 수는 없었다. 또 발전기 부분에 풍속계를 직접 설치한다 해도 블레이드 회전에 따른 오작동이 많았고 기존 장비와 호환이 되지 않는 문제점도 있다.

군산대학교 산학협력단은 이러한 문제를 해결하기 위해 디지털 풍속측정모듈과 블레이드 속도가변모듈을 하나의 전자회로기판으로 구현했다. 자체 개발한 디지털 풍속측정계는 측정값의 확률분포를 따져 가장 높은 확률의 값을 추정 선택해 발전기 회전력 정보를 기반으로 풍속을 측정할 수 있다. 풍력발전기와 기상타워의 위치차와 블레이드 회전에 의한 풍속계 오작동 문제를 동시에 해결했다. 풍속측정으로 얻어진 데이터는 가변속 제어시스템으로 전달돼 풍력발전기가 바람의 세기에 따라 최적 운전을 할 수 있다.

풍력발전기는 블레이드의 출력특성으로 바람의 세기에 따라 최적 출력조건이 다르다. 최대 출력점을 찾기 위해서는 정확한 풍속을 알고 있어야 하며 정보에 맞게 블레이드를 제어해야 한다. 디지털 풍속계와 가변속 제어기의 통합운용이 중요한 이유다.

군산대학교 산학협력단은 최적제어기술을 풍력발전기 풍속 측정 및 유지보수 모니터링 분야에 적용시킬 계획이다.

풍력발전기 최적제어기술 개요

자료: 군산대학교 산학협력단

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조정형기자 jenie@etnews.com