수직축풍력발전(VAWT)을 위한 블레이드 디자인 제안-상어 비늘 구조를 활용한 생체모방한 블레이드 디자인 중심으로 (Blade design proposal for vertical axis wind power (VAWT) -Focused on the design of blades that biomimic the shark scale structure)

서지정보

· 발행기관 : 한국인더스트리얼디자인학회
· 수록지 정보 : 산업디자인학연구 / 14권 / 4호 / 99 ~ 108페이지
· 저자명 : 임준빈

초록

연구배경 50KW 이하의 마이크로 풍력 발전을 60~80기를 동시에 운영한다면, 현존하는 상업용 1500KW~4000KW와 같은 전력을 생산할거라는 단순한 산술적 개념에서 본연구는 시작되었다. 마이크로 풍력발전은 상업용에 비해 소음이 적고 협소한 장소에 설치와 이동이 용이하다는 장점이 있으며, 이를 위해 상업용에서 쓰이는 양력 방식의 수평축 풍력 발전이 비교적 효율이 높지만, 협소한 장소에 활용은 수직축 풍력이 적합하다고 판단하여 수직축 풍력발전을 위한 블레이드 디자인을 제안하게 되었다.
연구방법 수직축풍력발전(VAWT)에서 양력과 항력 블레이드의 장점과 단점을 통해 생체모방 블레이드 디자인의 목표를 정의하고, 이에 적합한 생체모방(Biomimicry)으로 개선 가능성 있는 자연물로부터 그 해결안을 찾고자 하였다. 이를 위해 시제품 제작한 모델을 실험 평가함으로써 생체모방을 통한 블레이드 디자인의 가치를 평가하고자 하였다.
연구결과 상어 비늘의 단면 구조로부터 받은 영감을 적용한 블레이드(SS2 : Shark Scales Blade version 2)는 양력 블레이드와 항력 블레이드의 회전 속도 그래프를 통한 비교에서 상당히 개선된 점을 확인할 수 있었다. 특히 양력 블레이드와의 비교에서는 모든 측정 시점에서 우월한 평가가 나왔다.
결론 최종 디자인의 결과값은 양력 블레이드보다 우월하게 평가되었지만, 항력 블레이드와 비교에서는 풍력이 발생하고 40초까지 항력 블레이드보다 열등하였다. 따라서 추후 연구에서는 이러한 풍력이 발생하고 40초까지의 풍속을 올릴 방안에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.

영어초록

Background This study began with a simple arithmetic concept that if 60 to 80 micro-wind generators (less than 50Kw) were operated at the same time, they would produce electricity such as 1500 to 4000Kw in existing commercial use.
Micro-wind power generation has the advantage of being quieter and easier to install and move in narrow areas than commercial ones, and for this purpose, horizontal axis wind power generation is relatively efficient, but the use in narrow areas is considered suitable for vertical axis wind power, so the blade design for vertical axis wind power generation is proposed.
Methods Through the advantages and disadvantages of solar and drag blades in vertical axial wind power (VAWT), the goal of biomimicry blade design was defined and the solution was sought from the biomimicry suitable for it. To this end, the company wanted to evaluate the value of blade design through biomimicry by experimenting with prototype models.
Results Inspired by the cross-sectional structure of shark scales (SS2: Shark Scales Blade version 2) was able to see significant improvements in comparison between the lift blade and the drag blade through a rotational speed graph. In particular, the comparison of lift blades gave a superior assessment at all measurement points.
Conclusion The resultant value of the final design was rated superior to the lift blade, but compared to the drag blade, wind generated and inferior to the drag blade by 40 seconds. Therefore, further research should be conducted on how to increase wind speed up to 40 seconds after this wind power is generated.

참고자료

· 없음