해양 라이브 배팅 사이트 발전 시연 테스트의 발전 특성 평가

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Fujita Jo, Ichiguchi Masahiro, Oka Ryotaro, Konishi Nobukatsu, Inamura Akinobu

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Fujita JO, 최고 조사, 시스템 엔지니어링 그룹, 기술 개발 본부, 기술 인프라 센터
ICHIGUCHI MASAHIRO IHI 검사 및 측정 제어 시스템 부서, 산업 시스템 부서
Oka Ryotaro 기술 개발 본사 기술 인프라 센터 시스템 엔지니어링 그룹
Konishi Nobukatsu 기술 개발 본부 기술 인프라 센터 제어 및 감지 그룹
Inamura Akinobu, 솔루션 엔지니어링 부서 책임자, 솔루션 관리 본부

시스템의 발전 특성은 2021 년에 수행 된 플로팅 해양 전류 발전 시스템의 데모 테스트 결과에 따라 평가되었습니다. 우리는 다양한 흐름 속도 조건에서 발전 작업이 안정적으로 계속 될 수 있음을 확인했으며, 테스트 결과에서 라이브 배팅 사이트 곡선과 내부 라이브 배팅 사이트 소비를 얻었습니다. 우리는 장비 활용 속도가 발전 특성을 결합하고 연간 쿠로시오 전류 속도 데이터를 측정하여 계산되었다고보고 했으며이 시스템은 향후 유망한 재생 가능한 에너지 생성 방법임을 확인했습니다.

우리는 2021 년의 데모 테스트 결과를 기반으로 부유 유형의 해양 전류 터빈 시스템의 발전 성능을 평가했습니다. 우리는 다양한 전류 속도 조건에서 연속적이고 안정적인 발전 작동이 가능하며 라이브 배팅 사이트 곡선 및 내부 라이브 배팅 사이트 소비와 같은 발전 성능을 얻었음을 확인했습니다. 우리는 발전 성능을 측정 된 연간 쿠로시오 전류 속도 데이터와 결합하여 시설 이용률을 계산했습니다. 결과는이 시스템이 향후 약속 재생 가능 에너지 생성 방법임을 확인했습니다.

1. 소개

IHI에서 개발중인 수중 부유 해양 전류 발전 시스템은 2017 년과 2019-2022 년부터 실제 해역에서 수행되었습니다⁽¹⁾. 실제 쿠로시오 분지의 몇 가지 예가 해류로부터 에너지를 얻고 발전 테스트를 수행하는 데 사용되었으며,이 시스템의 타당성을 검증하고 해류의 특성을 알기 위해 귀중한 데이터를 얻었습니다. 이 논문은 2021 시연 시험에서 얻은 데이터를 기반으로 평가 및 검사 된 발전 특성 및 장비 활용률에 대해보고합니다. 또한 쿠로시오 전류가 연간 현재 속도 및 장비 활용률을 기반으로 원격 섬의 전원으로 사용 된 사례 문제에 대해서도 논의 할 것입니다. 참조 (1)는 해양 현재 발전 시연 테스트에 대한 개요를 제공 하므로이 기사와 함께이 기사를 읽으십시오.

2. 시험 내용

2021 데모 테스트에서 "라이브 배팅 사이트 생성 안정성 확인 테스트"가 수행되었으며, 이곳에서 시연 테스트 기계는 전기를 생성하기 위해 견인 보트로 견인하고 "Kuroshio 호버링 테스트"가 수행되어 쿠로로시오 (Kuroshio)의 고정 지점에서 쿠로시오 (Kuroshio)의 벨로시시티가 생성되었습니다. 데모 테스터는 바지선에 설치된 제어실에서 제어되었으며, 생성 된 라이브 배팅 사이트은 계류 라인을 따라 동적 케이블을 통해 바지선으로 전송되었으며 저항 부하 장치에 의해 소비되었습니다.그림 1에 대한 테스트 구성 다이어그램에 표시된 바와 같이, 바지선의 위치와 속도는 앞쪽의 예인선에 의해 제어되었으며, Kuroshio 호버링 테스트 중에 바지선 위치는 GPS를 사용하여 고정점을 유지하기 위해 모니터링되었습니다. 테스트는 다음 4 가지 항목에 중점을두고 평가 및 검증되었습니다.

2.1 라이브 배팅 사이트 변형

Pre-Desk-on-Desk Review 단계에서 2017 년 시연 테스트에서 확인 된대로 생성 된 라이브 배팅 사이트 변동⁽²⁾발전기의 제어였습니다. 따라서 발전기의 제어 게인과 생성 라이브 배팅 사이트의 변동 사이의 관계를 확인하고 제어 게인을 조정하여 얼마나 많은 라이브 배팅 사이트 변동이 억제 될 수 있는지 확인합니다.

2.2 비상 정지/부하 셰딩

우리는 비상 정지 테스트와로드 셰딩 테스트를 사용하여 시연 테스터의 발전을 이상없이 중지 할 수 있음을 확인합니다. 비상 정지 테스트 중에는 발전 작업 중에 비상 정지 버튼을 눌러 데모 테스터를 빠르게 떠 다니게됩니다. 로드 쉐딩 테스트에서, 1 차 전원 공급 장치의 진공 회로 차단기 (VCB)는 정격 발전으로 작동하는 동안 전송을 중지하기 위해 열립니다.

2.3 장비 사용률

비즈니스 성과 평가의 지표 인 장비 활용률을 추정합니다. 유속 및 생성 라이브 배팅 사이트은 측정되며, 데모 테스터의 유속을 위해 발전 특성 곡선 (파워 곡선)이 생성되며, 장비 활용 속도는 일정 기간 동안 쿠로시오 해 영역의 유속에 곱하여 계산됩니다. 또한, 데모 테스터의 내부 라이브 배팅 사이트 소비는 장비 활용률 계산에 측정되고 반영됩니다. Kuroshio 전류의 연간 유속 데이터는 2021 년 4 월부터 2022 년 3 월까지 Kagoshima 현지 주 토시마 마을 쿠키 노시마 근처에있는 쿠로시오 바다 지역에 유량계를 설치하여 측정되었습니다.

2.4 원격 섬 전원 공급 장치

전기를 공급하기 위해 디젤 발전기에 라이브 배팅 사이트이 의존하는 원격 섬 환경에서, 해양 현재 세대와 같은 재생 가능 에너지는 미래에 유망한 자원이 될 것으로 예상됩니다. 장비 활용 속도, 연간 쿠로시오 전류 속도 및 실제 쿠로시오 전류 속도에서 생성 된 시연 테스트 기계의 위에서 언급 한 테스트 결과를 기반으로 해양 라이브 배팅 사이트 시스템을 원격 섬에서 전원 시스템에 적용하는 효과와 문제를 구성 할 것입니다.

3. 결과

3.1 라이브 배팅 사이트 변형

발전기 제어 블록 다이어그램그림 2에 표시됩니다. 회전 속도 피드백 제어는 발전기의 인버터 내부에서 수행되며, 회전 속도 명령 값은 컨트롤러에서 계산되어 주변 속도 비율 (터빈 블레이드 팁 속도의 비율이 해양 전류 유속)이 일정하며 아날로그 신호를 사용하여 인버터로 전달됩니다.

2021 데모 테스트에서, 우리는 먼저 라이브 배팅 사이트 변동에 대한 회전 속도 제어의 제어 게인의 효과를 조사했습니다. 제어 이득에는 비례 이득과 적분 게인이 포함됩니다.그림 3로 변경 될 때 생성 된 라이브 배팅 사이트의 시간 변화를 보여줍니다. 비례 이득이 감소하면 생성 된 라이브 배팅 사이트의 변동이 줄어들고 2017 년 세대 테스트에서 비례 이득이 크고 생성기가 회전 속도 명령 값에 민감하게 반응하여 생성 라이브 배팅 사이트이 증가한 이유 중 하나입니다. 2021 테스트의 결과로부터, 우리는 비례 이득을 단독으로 조정함으로써 라이브 배팅 사이트 변동이 크게 감소 될 수 있음을 확인했다 (비례 이득이 3 일 때 라이브 배팅 사이트 변동은 57%감소했다). 그러나, 비례 이득이 너무 많이 줄어들면, 터빈 블레이드 회전 속도 제어가 불안정 해지 므로이 테스트에서는 안정적인 제어가 가능한 범위 내에서 라이브 배팅 사이트 변동을 최소화하는 수치 값이 채택되었습니다 (비례 게인은 5이고 당시의 라이브 배팅 사이트 변동 감소율은 34%).

3.2 비상 정지/부하 셰딩

데모 테스터는 작동 중에 예기치 않은 이벤트가 발생할 경우 터빈 블레이드를 멈추고 해수면으로 상승하는 기능이 있습니다.그림 4비상 정지 테스트를 보여줍니다. 비상 정지 작업이 수행되면그림 4- (a)|의 시간 변화에 의해 도시 된 바와 같이, 터빈 블레이드 (메인 샤프트) 회전 속도는 0으로 감소했으며 부동 깊이도 0m로 변경 되어이 함수가 정상적으로 작동한다는 것을 분명히한다.

다음, 부하 셰딩이 수행되면 작동이 점검되었습니다. 발전 조작 중에 접지 오류 또는 단락이 감지되면, 진공 회로 차단기가 열리고 하중이 차단되어 시연 테스터가 생성 한 라이브 배팅 사이트이 외부로 전송되지 않습니다. 이 시점에서 데모 테스터의 발전기는 인버터에서 데모 테스터 본체 내부의 부하 저항으로 연결 대상을 전환하고 동시에 터빈 블레이드는 깃털 상태 (터빈 블레이드의 피치 각도가 해양 전류의 방향과 평행 한 곳)에 배치되어 해양 전류의 힘이 발전기로 전달되는 것을 방지합니다.

정격 하중 작동 중에로드 셰딩이 수행 된 경우그림 5에 대한 하중 셰딩 테스트에 표시된대로 나타났습니다. 하중 쉐딩 직후, 터빈 블레이드는 자유롭게 달리기 시작합니다 (발전기의 회전 속도를 제어하는 ​​토크는 더 이상 사용할 수 없습니다). 따라서 터빈 블레이드는 허용 회전 속도 (25 rpm)를 초과 할 수 있다고 생각했지만, 테스트는 최대 회전 속도가 20 RPM 미만임을 확인했습니다. 터빈 블레이드가 깃털 상태에 있으면 회전이 중지됩니다. 그런 다음 시연 테스터 자체의 부력으로 인해 테스터가 점차 등장했으며 깊이 10m에서 해수면까지 약 4 분 안에 완료되었음을 확인했습니다.

비상 정지와 하중 흘림의 차이는 터빈 블레이드의 정지 위치입니다. 비상 정지의 경우 터빈 블레이드는 해수면과 수평으로 멈추지 만 하중 흘림의 경우 터빈 블레이드가 어느 위치에서든 멈 춥니 다. 하중 셰딩 중에 메인 전원이 손실되고 터빈 블레이드 회전 속도를 제어 할 수 없기 때문입니다. 이 테스트의 결과는 터빈 블레이드의 피치 각도와 발전기 브레이크의 타이밍을 제어하여 터빈 블레이드가 수평 상태로 정지되는 제어 방법에 대한 지침을 제공합니다. 실용 기계는 데모 테스트 기계보다 터빈 블레이드 직경이 더 크기 때문에 수평 상태에서 터빈 블레이드를 정지시켜야 할 필요가 더 높기 때문에 디자인은 실제 테스트에서 얻은 지식을 기반으로합니다.

3.3 장비 활용률 추정

장비 활용률을 계산하는 데 사용되는 라이브 배팅 사이트 곡선을 얻으려면 유속을 변경하여 생성 된 라이브 배팅 사이트을 측정했습니다. 유속은 0.7 내지 1.7 m/s의 범위에서 테스트되었고, 정격 유속 (1.5 m/s) 위의 조건 하에서, 터빈 블레이드 피치의 각도는 생성 된 라이브 배팅 사이트이 100kW 범위 내에 있도록 제어되었다.그림 6수평 축은 유속을 보여주고 수직 축은 라이브 배팅 사이트 곡선을 생성 된 라이브 배팅 사이트으로 보여 주지만, 측정 된 값의 원시 데이터는 넓은 범위를 가지기 때문에 해상 또는 다이빙에 서있을 때와 같은 전환에있는 데이터가 삭제되어 각 유량 속도에 대해 평균적으로 라이브 배팅 사이트 곡선을 얻습니다. 이 파워 곡선은 설계 값과 잘 일치 하며이 데모 테스트 머신의 터빈 설계는 합리적이라고 생각됩니다.

다음으로 내부 라이브 배팅 사이트 소비를 확인했습니다. 이 테스트에서, 에너지 절약 작동을 달성하기위한 부력 및 태도 제어 방법을 재평가하는 것 외에도, 우리는 또한 내부 라이브 배팅 사이트 소비를 최소화하기 위해 발전 동안 열 생성에 해당하는 냉각 시스템의 작동을 검토했습니다. 이 상태에서는 쿠로시오 해상 지역의 고정점 작동과 쿠로시오 호버링 테스트가 수행되어 라이브 배팅 사이트 소비를 추정했습니다. 결과표 1내부 라이브 배팅 사이트 소비를 보여줍니다. 전기를 정상적으로 생성 할 때 매우 작은 내부 라이브 배팅 사이트 소비로 작동 할 수 있음이 분명합니다. 대조적으로, 발전기가 전기 모터로 작동 할 때 내부 라이브 배팅 사이트 소비가 최대화되고 저속 잠수함 컬럼에 표시된 현재 유동 속도로 여전히 바다에 서 있습니다. 이러한 유형의 작동을 피하면 내부 라이브 배팅 사이트 소비가 최소화됩니다. 예를 들어,이 테스트는 시스템이 저속 해수면 대기 기둥에 표시된 해수면으로 올라가서 기다렸을 때 상황을 측정 하고이 작업이 라이브 배팅 사이트 소비를 줄일 수 있음을 확인하는 데 사용되었습니다.

시설 활용률은 위에 표시된 라이브 배팅 사이트 곡선 및 내부 라이브 배팅 사이트 소비를 사용하여 계산되었습니다. 장비 이용률의 정의는 식 (1)에 나와 있습니다. 이 테스트의 측정 결과는이 방정식으로 대체되어 장비 활용률을 추정합니다.

장비 활용률 (%) =고가 (KWH) 정격 출력 (KW) × 기간 (H)× 100 ... (1)
(참고) 발전량 = 기간 × (발전 성능 × 유속 - 내부 라이브 배팅 사이트 소비)

먼저, 시연 테스트 해상 지역에서 장비 활용률을 계산하십시오. 생성 성능은 라이브 배팅 사이트 곡선 (치수는 라이브 배팅 사이트/유속)을 말하며, 이는 평균화되어 있으며 매 시간마다 측정 된 쿠로시오 전류 속도를 곱합니다. 여기에서 유량에 따른 내부 라이브 배팅 사이트 소비가 차감되고 24 개의 데이터가 하루 동안 생성 된 전기량에 추가되며 생성 된 전기의 해의 해당 연도가 그려집니다. 결과,그림 7의 데모 테스트 영역에서 연간 유속 및 연간 발전량에서 볼 수 있듯이, 쿠로시오 전류 유속에서 변동을 반영하는 라이브 배팅 사이트의 변동의 예측 값을 얻을 수 있습니다. 장비 활용률은 1 년 동안이 발전량의 합계입니다. 테스트가 1 년 동안 설치되어 운영되면 장비 활용률은 22.2%였습니다. 설치 및 건설 작업으로 인해 쿠키 노시마 근처의 데모 테스트 영역은 100m 미만의 깊이로 설정되었으므로 유량이 매우 높기 때문에 장비 사용률이 낮았습니다. 그럼에도 불구 하고이 장비 활용률은 태양열 발전 및 풍력 발전과 비슷합니다.⁽³⁾．

3.4 원격 섬 환경에서 라이브 배팅 사이트 시스템에 대한 연결 고려

해양 전류에 의해 생성 된 전기는 해양 전류의 속도에 따라 다르므로 쿠키 노시마와 같은 작은 외딴 섬의 라이브 배팅 사이트 시스템에 연결할 수 없습니다. 따라서 쿠키 노시마 시스템에 연결될 것이라는 가정하자면, 우리는 생성 된 전기를 저장 배터리에 저장하고 수평으로 저장하는 시설을 설계했습니다.그림 8해양 전류 발전을 원격 섬 (소규모 라이브 배팅 사이트 시스템)에 적용하는 예로 설계된 시설의 구조 다이어그램을 보여줍니다. 이 구성은 라이브 배팅 사이트 변속기 터미널의 라이브 배팅 사이트 변동을 시뮬레이션합니다 (그림의 빨간색 화살표에 표시된 위치). 전원 시스템에 연결할 때는 전원 변동을 최소화해야합니다. 따라서, 비상 디젤 발전기는 육상 장비에 설치되어 해양 전류 발전 시스템이 전기를 생성 할 수없는 비상 사태를 준비하고 라이브 배팅 사이트이 생성 될 때 라이브 배팅 사이트이 높을 때 구조가 라이브 배팅 사이트을 평준화하기위한 구조입니다.

그림 9라이브 배팅 사이트 변속기 터미널에서 라이브 배팅 사이트 변동의 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 이것은 실제 Kuroshio 호버링 테스트에서 얻은 생성 된 라이브 배팅 사이트이 그대로 입력되고 그리드에 공급되는 전원이 10kW로 설정된 시뮬레이션 결과입니다. 1 초 간격으로 라이브 배팅 사이트 변동을 ± 4.9 kW로 제한하는 대상 (원격 섬의 전원 공급 용량을 기반으로 라이브 배팅 사이트 회사와 상담하여 설정된 임시 목표 값그림 9시뮬레이션 된 상태의 두 수평선 사이에 샌드위치 된 영역)가 결정되었지만 시뮬레이션의 결과는 여러 장소 가이 범위를 벗어 났음을 보여줍니다. 이것의 원인을 분석했을 때, 액추에이터는 갑자기 데모 테스트 항공기에서 최대 라이브 배팅 사이트으로 또는 갑자기 상승했을 때의 최대 라이브 배팅 사이트으로 작동하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 실제 단계에서는 제어 및 작동 방법을 재평가하고 라이브 배팅 사이트 변동에 해당하는 용량을 갖는 저장 배터리를 사용하여 대상 범위 내에있을 수 있습니다. 위의 결과를 바탕으로 적절한 전송 장비가 준비된 경우 해양 전류 세대 시스템에 의해 생성 된 전기는 원격 섬의 소규모 시스템에 연결될 수 있다고 믿어집니다.

4. 고려 사항

우리는 스핀들의 제어 게인이 라이브 배팅 사이트 변동에 영향을 미친다는 것을 확인했습니다. 테스트 결과는 스핀들의 비례 이득이 발전 변동에 영향을 미친다는 것을 확인했습니다. 비례 이득은 발전기의 토크에 영향을 미치므로 발전기의 토크를 고려했습니다. 결과적으로 발전기의 토크 변동의 거동은 라이브 배팅 사이트 변동의 거동과 일치한다는 것이 밝혀졌습니다. 다시 말해, 일정한 토크 제어는 라이브 배팅 사이트 변동을 억제하기위한 가장 적합한 제어 방법입니다.그림 10회전 속도 제어 및 일정한 토크 제어 (그림 2

데모 테스트 영역의 유량은 예상보다 느려져 다른 재생 가능 에너지와 유사한 장비 활용률이 발생했습니다 (1 년의 운영 값은 22.2%). 하지만,그림 11로 변경 될 때의 연간 발전량에서 볼 수 있듯이, 정격 유속 1.2 m/s 및 컷인 유속 (라이브 배팅 사이트 발전 조작이 시작되는 유속 조건)을 0.5 m/s로 설정함으로써 장비 활용 속도는 38.4%로 증가 할 수 있습니다. 또한, 2MW 실용 머신의 시설 활용률이 65-77%를 가질 수 있도록하는 계산 결과가 얻어져 매우 높은 시설 활용률에서 작동 할 수있는 발전 시스템이됩니다.

또한 해양 라이브 배팅 사이트 발전은 환경 친화적 인 측면을 가지고 있습니다.그림 12발전 작업 중에 터빈 블레이드 주변의 수중 카메라로 찍은 이미지입니다. 수영 물고기와 회전 발전 터빈의 공존은 해양 전류 발전이 자연과 조화를 이루는 발전 시스템임을 나타냅니다.

5. 결론

장비 활용률은 해양 현재 발전 시연 테스트 결과에 따라 추정되고 평가되었습니다. 이러한 결과로부터, 해양 전류 발전 시스템에서, 해류에 포함 된 에너지로부터 표적 라이브 배팅 사이트 (1.5 m/s의 유량으로 100kW 발전)을 생성하는 것으로 충분하다고 추정되었다. 또한, 원격 섬 라이브 배팅 사이트 시스템에 연결될 때 장비 활용 속도 및 라이브 배팅 사이트 변동을 평가함으로써 설치된 해상 영역의 유속 조건에 따라 정격 유속, 컷인 유속, 터빈 블레이드 직경 등을 설계하는 방법을 얻을 수있었습니다. 이 테스트에서 얻은 지식과 과제를 바탕으로 해양 전류 발전의 타당성을 계속 고려할 것입니다.

- 사과 -

이 데모 테스트는 Nedo가 보조금 프로젝트로 수행되었으며 우리는 큰 협력을 받았습니다. 우리는 요코하마 국립 대학교 (Yokohama National University)의 명예 교수 인 Kamemoto Takaji에 감사를 표하고자합니다.

우리는 해양 전류 발전 시연 테스트 머신을위한 제어 시스템 개발에 큰 기여를 한 것에 대해 Shimizu Masayuki 후기에 진심으로 감사를 표하고 싶습니다.

　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

제 6 권, 2023 년 1 월 발행 : 고유 한 토토배팅사이트 추천, 제품 및 서비스를 통해 SDG를