KR20200038503A - 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드, 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전, 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는 로터 블레이드에 관한 것이다. 효율을 높이기 위해서는, 연속적인 프로파일 섹션을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소가, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 변경을 위해, 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있으며, 로터 블레이드 뒷전을 넘어 프로파일 섹션의 확장부는, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다.

Description

풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드, 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법
본 발명은 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드 및 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 설비는 일반적으로 공개되어 있으며, 예를 들어 도 1에서와 같이 형성된다. 풍력 발전 설비 및 그 각각의 구성 요소의 설계는 풍력 발전 설비의 기술적 무결성을 보장하기 위한 필수 설계 요구 사항을 다루는 표준화된 가이드라인(예를 들어 IEC 61400)에 기초해서 이루어진다. 이러한 표준의 목적은, 풍력 발전 설비의 계획된 수명 동안 위험 요소로 인한 손상에 대해 적절한 수준의 보호를 제공하는 것이다. 이 경우 표준 파라미터는 표준화된 부하에 의존하지만 위치 특정적이지 않은, 풍력 발전 설비의 치수 설정에 도입된다. 표준 파라미터에는 특히 전단, 난류 발생, 기후 조건, 공기 밀도, 풍력 등급의 기준 속도 및 풍력대가 포함된다. 로터 블레이드는 표준화된 부하에 의존하는 치수 설정으로 인해, 예를 들어 연관된 프로파일 극선(profile polars)을 갖는 프로파일 깊이와 같이 정해진 파라미터를 갖춘 규정된 프로파일을 갖는다. 이러한 규정된 프로파일은 부하 계산 및 연간 에너지 생산(AEP)의 계산을 위한 기초를 형성한다.
로터 블레이드의 각각의 디자인은 풍력 발전 설비의 방출 및 효율을 위해 중요한 양태이다. 풍력 발전 설비의 로터 블레이드는 일반적으로 흡입측 및 압력측을 갖는다. 흡입측 및 압력측은 로터 블레이드의 로터 블레이드 뒷전(trailing edge)에서 만난다. 흡입측과 압력측 사이의 압력 차이로 인해 로터 블레이드의 뒷전에서 소음 방출과 성능 저하를 유발할 수 있는 와류가 발생할 수 있다.
풍력 발전 설비의 설계 또는 그에 따른 로터 블레이드의 형성은 주로 표준화된 위치 또는 표준화된 부하에 기초하고, 이 경우 위치 특정적인 검출/부하도 포함할 수 있다. 그 결과 로터 블레이드의 추후의 기하학적 형상이 정해진다. 특히 로터 블레이드는 고정적인 기하학적 형상을 가지며, 이러한 기하학적 형상은 제조 공정에서 비틀림 또는 프로파일 깊이와 관련하여 더 이상 후속 조정이 불가능하다.
따라서 본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이고, 특히 풍력 발전 설비의 로터 블레이드의 효율을 더욱 개선하는 해결 방법이 제안되어야 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드가 제안된다. 로터 블레이드는 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는다. 효율을 높이기 위해, 로터 블레이드는 연속적인 프로파일 섹션을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소를 갖고, 상기 프로파일 요소는 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경하기 위해 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있고, 로터 블레이드 뒷전을 넘는 상기 프로파일 섹션의 확장부는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다.
적어도 하나의 프로파일 요소를 부착함으로써 프로파일 깊이가 변경되며, 상기 프로파일 요소의 확장부는 로터 블레이드의 제조 시 로터 블레이드의 치수 설정의 기초가 된 표준화된 부하와 위치 특정적인 부하 수준, 예를 들어 측정된 및/또는 시뮬레이션된 부하 수준 사이의 차이에 따라 결정된다. 측정된 위치 부하가, 예를 들어 더 낮은 공기 밀도로 인해, 로터 블레이드의 치수 설정에 기초가 된 표준화된 부하에 미달되면, 과대 치수 설정이 제공된다. 이러한 과대 치수 설정은 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 추후 변경에 의해 적어도 부분적으로 이용 가능해지는 예비 부하를 나타낸다. 이러한 과대 치수 설정에 기초하여, 로터 블레이드의 전술한 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이가 결정될 수 있으므로, 이러한 프로파일 깊이는 추후에 조정될 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소의 부착은, 프로파일 요소의 확장부에 따라 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경시킨다. 프로파일 요소의 연속적인 프로파일 섹션은, 프로파일 깊이 방향으로 일정하거나 변하는 연장부를 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소에 의해 기존의 로터 블레이드에 더 큰 풍력 작용면이 마련될 수 있으며, 이는 주어진 예비 부하를 의도대로 사용함으로써 성능의 증가를 동반한다.
적어도 하나의 프로파일 요소에 의해 프로파일 깊이를 증가시키거나 풍력 작용면을 확장하기 위해, 상기 프로파일 요소의 다양한 형성이 고려될 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소의 각각의 확장부는, 풍력 발전 설비의 각각의 위치 의존적인 예비 부하에 따라서 결정된다.
적어도 하나의 프로파일 요소는 바람직하게는 적어도 부분적으로 로터 블레이드의 길이에 걸쳐 연장될 수 있다. 로터 블레이드의 전체 길이에 걸쳐 연속해서 연장되는 단일 프로파일 요소는, 원치 않는 난류가 발생할 수 있는 로터 블레이드와 상기 프로파일 요소 사이에 전이가 적다는 장점을 제공한다. 다른 한편으로, 2개 이상의 프로파일 요소를 제공하는 것이 바람직한데, 그 이유는, 이러한 프로파일 요소가 제조 기술적으로 더 간단하게 구현될 수 있기 때문이다. 또한, 로터 블레이드 상에서의 조립이 더 간단해질 수 있다. 바람직하게는 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 경로에 대해 수직하게 배치된다.
바람직한 일 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 테이퍼링되는 경로를 갖는다. 테이퍼링 경로는 실질적으로 로터 블레이드의 횡단면 경로를 따르고, 즉, 예를 들어 로터 블레이드 뒷전을 넘어 로터 블레이드 프로파일의 프로파일 섹션의 테이퍼링 연장부를 형성한다.
바람직한 일 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 일정한 경로를 갖는다. 이를 위해 적어도 하나의 프로파일 요소는 일정한 두께를 갖는 플레이트로서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서 테이퍼링 경로 및 일정한 경로 및/또는 확대되는 경로의 조합도 바람직하게 구현될 수 있다. 예를 들어 부분적으로, 일정한 두께에 대한 대안으로서 또는 추가로, 프로파일 요소는 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 감소하는 두께, 즉 테이퍼링되는 경로를 가질 수 있다.
로터 블레이드 뒷전은 뾰족하게 또는 뭉툭하게 형성될 수 있고, 즉, 로터 블레이드는 피아트백 프로파일(fiatback profile)을 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소는, 특히 뭉툭한 뒷전의 경우에, 뒷전에 직접, 또는 뒷전의 영역 내에, 특히 압력측 및/또는 흡입측에 배치될 수 있다.
바람직하게는 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 프로파일 요소는 로터 블레이드의 길이 방향 축에 대해 부분적으로 비틀린 경로를 가질 수 있다. 적어도 하나의 프로파일 요소는 로터 블레이드의 비틀림을 따른다. 따라서 기존의 로터 블레이드의 특정한 공기 역학적 특성은 프로파일 깊이의 변경에도 불구하고 적어도 실질적으로 유지된다.
적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이에 걸쳐 연장되는 프로파일 요소의 확장부는 바람직하게 로터 블레이드의 프로파일 깊이에 따라서 변경될 수 있다. 프로파일 요소의 폭은, 로터 블레이드의 공기 역학적 특성을 유지하기 위해, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 경로에 따라 변경될 수 있다. 로터 블레이드의 프로파일 깊이에 대한 의존성에 대한 대안으로서 또는 추가로 확장부는 로터의 반경 방향의 위치에 의존할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서 프로파일 요소는 다수의 부분으로 형성되고, 로터 블레이드 뒷전의 연장부에서 프로파일 섹션에 연결되는 섹션을 가지며, 상기 섹션은 중단된 경로를 갖는다. 프로파일 요소는 특히 바람직하게 2개의 부분으로 구현된다. 프로파일 섹션은, 이에 대해 전술한 바와 같이, 바람직하게 플레이트로 구현된다. 여기에 연결되는 섹션은 하나의 부분으로 또는 여러 부분으로 형성될 수 있다. 섹션의 중단된 경로는 바람직하게 톱니 형태로 구현된다. 톱니 형태의 디자인은 로터 블레이드 뒷전에서 유동 거동을 개선하는 데 기여한다. 섹션의 톱니 형태로 중단된 경로로 인해, 로터 블레이드 뒷전에서 발생하는 와류가 감소할 수 있다. 또한, 이러한 섹션은 소음 방출을 줄이는 데 기여할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서 적어도 하나의 프로파일 요소는 일체로 형성되고, 바람직하게는 로터 블레이드 뒷전으로부터 멀어지는 측에 톱니형 경로를 갖는다. 프로파일 깊이 증가를 달성하기 위해, 톱니의 로터 블레이드 길이 방향의 폭 및/또는 프로파일 깊이 방향의 깊이는 기존의 예비 부하에 따라 적절하게 변하므로, 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 이러한 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이에 대해 조정할 수 있다. 따라서 로터 블레이드의 풍력 작용면이 확장된다. 톱니형 경로는 적어도 하나의 프로파일 요소의 프로파일 섹션에 연결되거나 또는 프로파일 섹션의 일부를 형성하고, 즉 프로파일 요소는 프로파일 섹션에 일체로 연결되는 톱니를 갖는다.
다수의 부분으로 형성하는 경우의 톱니 형태의 중단된 경로와 일체로 형성하는 경우의 톱니형 경로도 로터 블레이드 뒷전을 넘어서 연장되고, 이 경우 바람직하게 특성, 즉 특히 톱니의 길이, 폭 및/또는 형태는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되고 최적화된다.
또한, 본 발명에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드, 바람직하게는 본 발명에 따른 3개의 로터 블레이드를 갖는 풍력 발전 설비가 제안된다.
또한, 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법이 제안된다. 로터는 로터 블레이드 루트와 로터 블레이드 사이에서 로터 블레이드의 길이에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전 및 로터 블레이드 뒷전과 로터 블레이드 앞전 사이에서 조정되는 프로파일 깊이를 갖는 적어도 하나의 로터 블레이드를 포함한다. 또한, 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 변경하기 위해, 연속적인 프로파일 섹션이 제공된 적어도 하나의 프로파일 요소가 로터 블레이드 뒷전의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착되며, 로터 블레이드 뒷전을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부는, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정된다. 풍력 발전 설비의 지속적인 작동 중에 발생하는 조건에 대한 정보가 기록되고 평가되어, 실제 부하 수준에 대해 추론될 수 있다. 부하 의존적인 표준화된 치수 설정에 기초하여, 가정된 설계 부하와 설치 장소에서 실제로 결정된 풍력 발전 설비의 부하 사이에서 조정되는 예비 부하는, 적어도 하나의 프로파일 요소를 부착함으로써 이용될 수 있다.
전술한 로터 블레이드의 적어도 하나의 실시예에 따른 상호 관련성, 설명 및 장점들이 입증된다.
특히, 조정되는 위치 특정적인 부하 수준으로 인해 부하 의존적인 표준화된 치수 설정이 점점 미달됨에 따라 적어도 하나의 프로파일 요소의 더 큰 확장부가 선택될 수 있다.
바람직하게는 적어도 하나의 프로파일 요소가 개장된다. 적어도 하나의 프로파일 요소를 로터 블레이드에 특수하게 개장함으로써 더 큰 풍력 작용면이 형성되어, 연간 에너지 생성에 더 큰 기여를 달성할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 실시예들에 의해 예를 들어 상세히 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 로터 블레이드 앞전(rotor blade leading edge) 및 로터 블레이드 뒷전(rotor blade trailing edge)을 갖는 로터 블레이드를 개략적으로 도시한 도면.
도 3a는 적어도 하나의 프로파일 요소가 배치된 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션을 개략적으로 도시한 도면.
도 3b 내지 3e는 도 3a에 도시된 프로파일 요소의 횡단면의 다양한 예들을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 변경 전에 톱니형 경로를 갖는 섹션이 배치된 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 5는 프로파일 요소가 배치된 도 4에 따른 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 6은 프로파일 요소로서 구현되며 톱니형 경로를 가진 섹션을 포함하는 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
도 7은 도 6에 따른 로터 블레이드 뒷전의 부분 섹션의 개략도를 도시한 도면.
동일한 도면 부호는, 다양한 실시예들의 유사하지만 동일하지 않은 요소들을 나타낼 수 있음에 주목해야 한다.
본 발명은 도면을 참고로 실시예에 의해 실질적으로 개략적으로 설명되며, 각각의 도면에 설명된 요소들은 더 나은 설명을 위해 과장될 수 있고, 다른 요소들은 단순화될 수 있다. 예를 들어 도 1은 풍력 발전 설비를 그와 같이 개략적으로 도시하므로, 로터 블레이드 상에 제공되는 톱니 형태의 뒷전을 명확하게 식별할 수 없다.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 갖는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 나셀(104) 상에 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하여, 나셀(104) 내의 발전기를 구동시킨다.
도 2는 로터 블레이드 앞전(2) 및 로터 블레이드 뒷전(3)을 갖춘 로터 블레이드(1)의 개략도를 도시한다. 로터 블레이드(1)는 로터 블레이드 루트(4; rotor blade root)로부터 로터 블레이드 팁(5; rotor blade tip)으로 연장된다. 로터 블레이드 팁(5)과 로터 블레이드 루트(4) 사이의 길이는 로터 블레이드 길이(L)로 지칭된다. 로터 블레이드 앞전(2)과 로터 블레이드 뒷전(3) 사이의 간격은 프로파일 깊이(T)로 지칭된다. 로터 블레이드 길이(L)와 프로파일 깊이(T)는 주로 로터 블레이드(1)의 풍력 작용면을 결정한다.
도 3a는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)가 배치된 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도를 도시한다. 프로파일 요소(6)는 플레이트형 프로파일 섹션(7)을 갖는다. 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 프로파일 섹션(7)은, 예를 들어 도 3c 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 테이퍼링되는 횡단면 경로를 갖는다. 도 3c는 압력측 및 흡입측으로부터 균일하게 테이퍼링되는 횡단면 경로를 도시하는 한편, 도 3d 및 도 3e는 프로파일 요소(6)의 측면들 중 한 측면만의, 즉 압력측 표면 또는 흡입측 표면의 테이퍼링을 나타내는 횡단면 경로를 도시한다. 프로파일 섹션(7)은 대안으로서 또는 부분적으로는 또한 추가로 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 일정한 횡단면 경로를 가질 수 있다. 이를 위해, 프로파일 섹션(7)은 도 3b에 개략적으로 도시된 바와 같이 실질적으로 직육면체 횡단면을 가질 수 있다. 다른 횡단면 경로, 예를 들어 오목한 횡단면 경로, 볼록한 횡단면 경로 그리고 유사한 횡단면 경로 및 도시된 경로들 사이의 조합도 고려될 수 있다.
프로파일 요소(6)는 로터 블레이드(1)의 길이 방향으로 로터 블레이드 뒷전(3)의 경로에 맞게 조정되어, 로터 블레이드 뒷전(3)의 만곡되고 또한 비틀린 경로를 따른다. 프로파일 요소(6)는 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분적인 연장부를 형성한다.
ΔΤ은 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘는 프로파일 섹션(7)의 확장부를 나타내며, 이러한 확장부는 로터 블레이드 뒷전(3)에 대한 프로파일 요소(6)의 추후 배치 시 프로파일 깊이(T)의 증가를 야기한다. 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 프로파일 섹션(6)의 확장부(ΔΤ)는 예를 들어 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)에 따라서 변경될 수 있다. 도시된 실시예에서 프로파일 요소(6)는 일체로 구현되고, 적어도 부분적으로 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장된다. 복수의 프로파일 요소(6)의 세그먼트화된 배치도 고려될 수 있다. 이를 위해, 복수의 프로파일 요소(6)가 로터 블레이드 뒷전(3)에 나란히 배치된다. 바람직하게는 이러한 경우에 복수의 프로파일 요소(6) 사이의 천이부는 스카핑되어(scarfed) 구현되고, 천이부의 다른 형상도 가능하다.
도 4에는, 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경 전에 톱니형 경로를 갖는 섹션(8)이 배치된 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 섹션(8)은 로터 블레이드 뒷전(3)에 대해 수직하게 배치되고, 즉 상기 섹션은 실질적으로 로터 블레이드(1)의 익현(chord)의 연장부를 형성한다. 톱니(9)를 갖는 섹션(8)은 로터 블레이드 뒷전(3)에서 유동 거동을 개선하는 데 이용된다. 톱니(9)의 극단점으로서 톱니 팁(12)과 로터 블레이드 뒷전(3)의 시작부 사이의 간격은 도면 부호 Z로 나타낸다. 인접한 2개의 톱니(9) 사이에 위치한 각각의 최저점은 톱니 베이스(11)라고 한다. 간격(Z)은 섹션(8)의, 로터 블레이드 뒷전(3)을 향하는 쪽, 즉 섹션(8)의 시작부와 톱니 베이스(11) 사이의 영역을 포함하고, 톱니 베이스(11)와 톱니 팁(12) 사이의 간격을 포함한다. 톱니(9)의 톱니 베이스(11)와 톱니 팁(12) 사이의 각각의 간격은 톱니 높이(H)라고 한다. 톱니 높이(H) 및/또는 2개의 톱니(9) 사이의 간격 및/또는 톱니(9) 자체의 형상은 로터 블레이드 뒷전(3)의 경로를 따라 변할 수 있다. 이러한 예에서, 섹션(8)은 V자 형으로 연장되는 톱니형 경로로 표시된다. V자 형으로 연장되는 도시된 형상에 대한 대안으로서 또는 추가로 정현파형 경로가 형성될 때까지 완전히 또는 부분적으로 라운딩된 경로도 고려될 수 있다.
도 5에는 톱니형 섹션(8)이 연결되는 프로파일 요소(6)가 배치된, 도 4에 따른 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 프로파일 요소(6)는 로터 블레이드 뒷전(3)과 톱니형 섹션(8) 사이에 배치된다. 프로파일 섹션(7)의 확장부(ΔΤ) 또는 폭은 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경을 결정한다. 프로파일 섹션(7)에 연결되는 톱니형 섹션(8)도 마찬가지로 추후에 프로파일 요소(6) 상에 배치될 수 있다. 섹션(8)이 프로파일 요소(6)의 구성부가 되는 구성이 바람직하다.
도 6에 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)의 변경 전에 프로파일 요소로서 구현된, 톱니형 경로를 갖는 섹션(8)을 포함하는 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다.
도 7에는 도 6에 따른 로터 블레이드 뒷전(3)의 부분 섹션의 개략도가 도시된다. 이 실시예에서, 기하학적 치수가 변경된, 톱니형 경로를 갖는 섹션(8') 자체가 프로파일 요소(6)를 형성한다. 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 확장부(ΔΤ)만큼 간격(Z)을 확장시키는 것이 제시된다. 이를 위해, 섹션(8')의 시작부와 톱니 베이스(11) 사이의 영역에 프로파일 섹션(7)으로서 작용하는 추가 간격(10)이 제공된다. 이에 대한 대안은, 톱니 높이(H) 및/또는 폭을 확장시키는 한편, 톱니 베이스(11)와 섹션(8')의 시작부 사이의 간격은 동일하게 유지하는 것이다. 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 로터 블레이드 뒷전(3)에 배치되는 섹션(8)은 섹션(8')으로 대체된다.
풍력 발전 설비(100)의 설계 또는 로터 블레이드(1)의 치수 설정 및 형성은 표준화된 위치 또는 표준화된 부하에 기초한다. 이는, 풍력 발전 설비의 작동 안전성을 보장하기 위해, 발생하는 부하 피크(load peak)를 고려한다. 그 결과, 로터 블레이드(1)의 추후의 기하학적 형상이 정해진다. 따라서 로터 블레이드(1)는 고정적인 기하학적 형상을 가지며, 상기 기하학적 형상은 제조 공정에서 비틀림 또는 프로파일 깊이(T)와 관련하여 더 이상 추후 조정이 불가능하다.
로터 블레이드의 설계를 위해, 표준 파라미터는, 풍력 발전 설비의 표준화된 부하에 의존하지만 위치 특정적이지 않은 치수 설정에 도입된다. 표준 파라미터에는 특히 전단, 난류 발생, 기후 조건, 공기 밀도, 풍력 등급의 기준 속도 및 풍력대가 포함된다. 이러한 정보에 기초하여, 로터 블레이드(1)는, 풍력 발전 설비의 계획된 수명 동안 위험 요소로 인한 손상에 대해 적절한 수준의 보호를 보장하도록, 치수 설정된다. 실제 발생하는 작동 조건은, 종종, 설계에 기반이 되는 이러한 표준 파라미터에서 벗어난다. 따라서, 예를 들어 로터 블레이드(1)의 설계 시 이용된 것보다 낮은 풍력 밀도로 인해 예비 부하가 발생할 수 있다. 과대 치수 설정으로 인한 이러한 예비 부하는, 로터 블레이드(1)의 해당 위치에 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이(T)를 결정하기 위해 파라미터로서 사용된다. 실제로 발생하는 부하에 기초하여 위치 특정적인 허용 가능한 프로파일 깊이(T)가 결정되었다면, 이것으로부터 프로파일 요소(6)의 가능한 추가 확장부(ΔΤ)가 결정될 수 있다. 따라서, 로터 블레이드 길이는 물론 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이 및 프로파일 요소의 확장부(ΔΤ)로부터 결정되는 풍력 작용면은, 풍력 발전 설비의 연간 에너지 생성을 최적화하기 위해, 위치 특정적으로 조정될 것이다.
프로파일 요소(6)는 물론 다른 바람직한 응용예를 가질 수도 있으며, 따라서 부하 최적화로 제한되지 않는다는 사실에 주목해야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 프로파일 요소(6)를 이용한 실시예가 유도 계수의 최적화에 이용될 수 있다. 이에 대해, 예를 들어 간행물 "경계층 흡입에 중점을 둔 풍력 발전 설비의 로터 블레이드에서의 유동의 영향" (B. Souza Heinzelmann, http://dx.doi.org/10.14279/ depositonce-2975)을 참조하며, 일반적으로 축방향 유도 계수는 a이고, 방사방향 방사형 유도 계수는 a'이고, 이들은 로터 평면에서 공기 유동의 축방향 감속 또는 방사방향 감속에 따라 로터의 효율을 나타낸다. 축방향 유도 계수 a는 로터 평면보다 훨씬 앞쪽의 풍속(u1)과 로터 평면에서의 풍속(u2)에 의해 다음과 같이 정의된다.
Figure pct00001
최적의 작동점은 바람직한 경우 a에 대해 1/3 값인 것을 특징으로 한다. 국부적인 팁속도비 λlokal이 국부적 반경 위치에 도입되면, 접선 방향 유도 계수 a'는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure pct00002

Claims (13)

  1. 로터 블레이드 루트(4)와 로터 블레이드 팁(5) 사이에서 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전(3), 및 로터 블레이드 앞전(2)과 로터 블레이드 뒷전(3) 사이에서 조정되는 프로파일 깊이(T)를 갖는 풍력 발전 설비의 로터의 로터 블레이드(1)에 있어서,
    상기 로터 블레이드(1)는 연속적인 프로파일 섹션(7)을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)를 가지며, 상기 프로파일 요소는, 상기 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 로터 블레이드 뒷전(3)의 영역 상에 또는 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착될 수 있고, 상기 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부(ΔΤ)는, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 프로파일 깊이(T)의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로파일 요소(6)는 적어도 부분적으로 상기 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로파일 요소(6)는 상기 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 테이퍼링되는 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로파일 요소(6)는 상기 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 일정한 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 상기 프로파일 요소(6)는 상기 로터 블레이드(1)의 길이 방향 축에 대해 부분적으로 비틀린 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 상기 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 상기 프로파일 요소(6)의 확장부(ΔΤ)는, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 프로파일 깊이(T)에 따라서 변경되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로파일 요소(6)는 다수의 부분으로 형성되고, 상기 로터 블레이드 뒷전(3)의 연장부에서 상기 프로파일 섹션(7)에 연결되며 중단된 경로를 포함하는 섹션(8)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 섹션(8)은 톱니형 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로파일 요소(6)는 일체로 형성되고, 톱니형 경로를 갖는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(1), 바람직하게는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 3개의 로터 블레이드(1)를 포함하는 풍력 발전 설비.
  11. 적어도 하나의 로터 블레이드(1), 로터 블레이드 루트(4)와 로터 블레이드 팁(5) 사이에서 로터 블레이드 길이(L)에 걸쳐 연장되는 로터 블레이드 뒷전(3), 및 로터 블레이드 앞전(2)과 로터 블레이드 뒷전(3) 사이에서 조정되는 프로파일 깊이(T)를 갖는 풍력 발전 설비의 로터의 효율을 개선하기 위한 방법에 있어서,
    상기 로터 블레이드(1)의 프로파일 깊이(T)를 변경하기 위해, 연속적인 프로파일 섹션(7)을 갖는 적어도 하나의 프로파일 요소(6)가 상기 로터 블레이드 뒷전(3)의 영역 상에 또는 상기 로터 블레이드 뒷전의 영역 내에 부착되고, 상기 로터 블레이드 뒷전(3)을 넘어 상기 프로파일 섹션의 확장부(ΔΤ)는, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 프로파일 깊이(T)의 부하 의존적인 표준화된 치수 설정 및 풍력 발전 설비의 설치 장소에서 조정되는 부하 수준에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 조정되는 부하 수준으로 인해 상기 부하 의존적인 치수 설정이 점점 미달됨에 따라, 상기 적어도 하나의 프로파일 요소(6)의 더 큰 확장부(ΔΤ)가 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로파일 요소(6)는 개장되는 것을 특징으로 하는 방법.
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