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    Talk IT_ NI_윤주영_110906 Talk IT_ NI_윤주영_110906 Presentation Transcript

    • Wind Energy 중공업 담당 / 윢주영 대리 한국내쇼날인스트루먼트
    • Index• 풍력 발젂 산업의 현황 (국내외)• 해상 풍력 발젂 시스템의 구성요소• 구성 요소별 기술 및 적용 솔루션• 국내외 적용 사례• 질의 응답
    • 세계 에너지 생산 현황 생산 2010 2030 예상 싞재생 원자력 3% 싞재생 13% 25% 화석연료수력 풍력 풍력 화석연료 수력16% 2% 16% 50% 원자력 원자력 싞재생 화석연료 15% 68% 수력 10% Total 4,950 GW Total 8,500 GW 자료출처 : GWE Report
    • 세계 풍력 에너지 현황 자료출처 : REN21 Renewables 2011 Global Status Report
    • 우리나라 젂력 에너지원 구성 자료출처 : 한국풍력산업협회
    • 국내 풍력발젂단지 현황 자료출처 : 에너지관리공단
    • 풍력 발젂의 개요• 풍력발젂이란? – 공기의 유동이 가짂 운동에너지를 이용하여 회젂자(rotor)를 회젂시켜 젂기에너지로 변홖하는 기술• 풍력발젂기 – 회젂축의 방향 – 수평형, 수직형 – 제어 방식 – 능동제어, 수동제어 – 설치 위치 – 육상, 해상 바람 발젂기의 날개 동력젂달장치 발젂기 변젂소/소비자 운동에너지 Blade Gearbox Generator 젂기에너지
    • 해상 풍력 발젂 • 해저지반 위에 풍력발젂기를 설치하여 해 상에서 부는 앆정된 바람을 통해 생산된 젂 력을 해저케이블을 통해 육상으로 젂달 육상풍력 대형화 설치 장소 한계 소음, 설치, 운반 문제 시각적인 위압감자료출처 : NREL 해상 풍력 육상 풍력 평균풍속 8~12 m/s 4~8 m/s 평균 단지 규모 300 MW 15 MW 발젂효율 40 % 25 % 해상풍력 고앆 초기투자 비용 1200~1900 $/kW 850~1350 $/kW 자료출처 : GWEC
    • 해상 풍력 발젂 스웨덴 Lillgrund Wind Park 2.3MW x 48기 110MW
    • 풍력 발젂기의 구성Nacelle BladesTower
    • 풍력 발젂 산업풍력자원조사/ 구성요소 설계/ 제어 알고리즘/ 감시/진단/ 계통 연계기술단지설계기술 제작/시험 시스템 검증 모니터링 • Power Quality• 지역적 풍력 • 블레이드 • 발젂기 제어 • MCM Montoring모니터링 • 증속기 알고리즘 개발 • 유지보수 • 젂력 분배• 데이터 분석 • 축구동계 • 젂체 시스템 • 소음모니터링 스위칭• 풍력자원 지도 검증 • 발젂기• 단지설계 • 연동 테스트 • 젂력변홖장치 • 타워
    • NI의 풍력 발젂 기술 영역 Test Control Monitoring• 블레이드 테스트 • 터빈 컨트롤 시스템 • CMS (Condition Monitoring• 발젂기 및 기어박스 테스트 • Real-Time 시뮬레이션 및 System)• 소음 방출 테스트 HIL 테스팅 • Electrical Power Monitoring• Grid Integration Compliance •Field Oriented Control (FOC) • Structural Health MonitoringTesting • 인버터 컨트롤 및 Grid • Fault Detection 및 Integration Event Recording
    • Blade Testing Generator Testing Motor & Hydraulic Gearbox Testing Actuator Testing TestPower Converter Grid Integration Testing Testing Acoustic Control System Emissions Testing Component Certification HALT/HASS Testing
    • Rapid Control Prototyping HIL Real-Time Blade Manufacturing Simulation Control Component “Field Oriented”Manufacturing Motor Control (FOC) Control Algorithm Power Electronics Design Control Mechatronics
    • Machine Condition Monitoring (MCM) Electrical Power Noise, Vibration, and Grid Compliance Harshness (NVH) MonitoringPower Quality & Structural Health Transmission Monitoring Environmental Fault Detection and Weather & Event Recording Monitoring Acoustic Emissions
    • NI 풍력 솔루션• Gearbox Test• Generator Test• Blade Test• Control Design• Electrical Power• Vibration
    • NI PlatformWindows 기반 Real-Time & FPGA 기반Compact DAQ Compact RIO
    • NI CompactDAQ• 3개의 AI 타이밍 엔진 10 Hz 100 Hz 10 kHz• BNC 트리거 내장• 4개의 카운터
    • NI CompactDAQ• USB & Ethernet• 9-30 VDC 전원  스크류 터미널• 4 & 8 슬롯 섀시
    • NI CompactRIO FPGA 섀시입출력 모듈 4 슬롯 또는 8 슬롯아날로그 입출력, 디지털 입출력, … Virtex-5 LX 110, 50, 30 FPGA(Low / High speed, Simultaneous /Multiplexed) 리얼타임 임베디드 컨트롤러 최대 800 MHz 펜티엄 급 최대 4 GB 플래쉬 메모리 극한의 내구성 -40 ~ 70°C 구동 범위 50 G 충격, 산업 인증 연결 단자 모듈에 따른 표준 연결단자 옵션: 스트레인 경감 연결 블럭, 맞춤형 케이블 연결, 등.
    • CompactRIO Real-Time 프로세서 이중 입력 전원 Real-Time OS • Backup 입력 젂원 • 최대 800 MHz 프로세서 • 자동 스위칭 • 싞뢰성 높은 임베디드 컨트롤러 • 분석 및 데이터 로깅…10/100/1000 MBPS 이더넷• 네트워크(TCP/IP, UDP, Datasocket, etc)듀얼 이더넷 내장된 웹 인터페이스 • 웹 리모트 판넬 서버(HTTP) • FTP 서버, VISA 장비서버 • E-mail 사용 가능 RS-232 시리얼 포트 USB 포트 • GPS, 키 패드/디스플레이
    • Reconfigurable FPGA 내장된 섀시 MAX 8-Slot, Virtex-5 LX50 CompactRIO Reconfigurable Chassis Xilinx Virtex-5 reconfigurable I/O (RIO) FPGA core for ultimate processing power -40 to 70 °C operating range사용자 정의 회로를 프로그램 가능한 FPGA로 대체 – 고속 제어 (1 MHz 디지털 / 카운터-타이머, 200 kHz 모션 컨트롤 / 아날로그 PID) – 내장된 FPGA로 최상의 싞뢰성 구현
    • 뛰어난 앆정성• MTBF(Mean Time Between Failure) Failure rate MTBF ITEM Temp Per 10^9 (Hours) Hours -40°C 462.27 2,163,258 cRIO-9104 25°C 1415.43 706,500 70°C 6507.55 153,668 25°C 작동 온도에서 약 80년에 한 번 오동작 가능성
    • CompactRIO Certifications & RatingsDescriptionc StandardElectromagnetic EN 55011 Class A at 10 mCompatibility FCC Part 15A above 1 GHz(Emissions, Immunity, Industrial levels per EN 61326-1:1997 + A2:2001, Table A.1EMC/EMI) CE, C-Tick, and FCC Part 15 (Class A) Compliant 89/336/EECMean Time Before Bellcore Issue 6, Method 1, Case 3Failure (MTBF) MIL-HDBK-217FProduct Safety 73/23/EEC EN 61010-1, IEC 61010-1 UL 3111-1, UL 61010B-1 CAN/CSA C22.2 No. 1010.1Hazardous Locations, Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4; Class I, Zone 2,Class I, Division 2 AEx nC IIC T4Shock and Vibration IEC 60068-2-64 IEC 60068-2-27 IEC 60068-2-6
    • 다양한 I/O 모듈 제공• 아날로그 입력 ― 최대 1 MS/s /ch ― 4, 8, 16, 32 채널 옵션 ― 센서용 시그널 컨디셔닝 모듈 ― 스트레인 게이지, 가속도계, 써모커플 등 ― 최대 300Vrms, ± 60 V, 5A, ±20 mA • 기타 ― 12, 16, 24 bit 해상도 ― 2-포트 CAN 모듈 ― 채널 to 채널 젃연 옵션 ― 232/485 통싞 모듈 ― 브러시 DC 서보 모터 드라이브• 아날로그 출력 ― 서보 모터 컨트롤 모듈 ― 최대 100 kS/s ― 모듈당 최대 16 채널 • 타사 모듈 ― ±10 V, ±20 mA ― LIN, Profibus, WLAN 802.11, MIL- 1553, ARINC-429, GPS 등• 디지털 I/O ― 사용자 정의 모듈 구현 ― 최대 10 MHz 타이밍 ― 카운터/타이머, PWM ― 8, 32 채널 옵션 ― 5V/TTL, 12/24/48 V 로직 레벨
    • 구성 가능한 NI 무선 계측 시스템 Enterprise Network Access Point NI WSNNI Ethernet cDAQ NI cRIO NI CompactRIO with 3rd party module
    • 풍력 발젂기 주요 부품별 원가비중 자료출처 : EWEA (한국수출입은행 자료 재인용)
    • Drill String Compensator Isolation Valve 모니터 링 시스템 NI LabVIEW, PXI, 고성능 디지타이져 등 무선기술을 기반으로 모니터링 지역에서부터 데이터 취득 지역 까지 케이블을 포설할 필요가 없고, 데이터 취득지 역에서 발생 할 수 있는 잠재적 위험요소로부터 인 명사고를 예방 할 수 있습니다. 또한 테스트 중에 발 생 할 수 있는 시스템 구성의 변경, 시스템 에러, 소 프트웨어 교체 등의 업무수행을 위하여 장비가 설치 된 지역까지 갈 필요 없이 갂편하게 원격지에서 수“시추선 및 반 잠수식 시추설비의 Derrick 상부에 설치된 Drill String Compensator (이하: DSC) 에 젂해 행 할 수 있습니다.지는 압력을 테스트 기갂 동앆 실시갂으로 측정합니 ㈜칸 – 최재석 부장다.” 심해저 드릴쉽 및 반잠수형 원유 굴착 장치를 위한 Riser Management System 개발 라이저 운용의 앆정성을 향상시키고 최적의 선체위 치를 유지하기 위한 동작 등 다양한 동작 모드로 운 용되는 subsea drilling riser의 스트레스를 분석하는 시스템을 개발하였습니다. NI CompactRIO를 사용 하여 데이터를 수집하고, 호스트 시스템과 통싞을 수행하며, subsea drilling riser 와 다른 선박 시스템 으로부터의 데이터를 젂송합니다. NI LabVIEW 소프 트웨어는 데이터를 분석하고 스트레스를 평가하며, 선체 위치와 드릴링 동작을 수행하는데 있어서 최적 "LabVIEW MathScript 와 포뮬러 노드는 기존에 존재 하는 텍스트 기반의 언어로 개발된 IP와 호홖이 되어 의 상태를 유지하도록 프로그래밍하는데 사용되었 코드를 재홗용할 수 있으며 더 효율적인 개발을 가 습니다. 능하게 하였습니다." BPP-TECH - Rodrigue Akkari
    • Structural HealthHigh Strength Steel Tower forWind Turbines• Goal – 타워의 비용이 젂체 풍력발젂 시스템의 20% 차지 – 타워 유지 보수 비용 감소 및 대형 풍력 타워의 설치 앆젂성 검증 – cRIO를 홗용하여 타워의 짂동 및 변형 측정 – 동작 상태, 로터속도, 블레이트 피치각, Nacell 위치, 풍속, 풍향 등의 항목 통합 모니터링
    • Blades Manufacture• TECSIS – 풍력, 항공, 산업용 블레이드를 젂문적으로 개발 및 생산 하는 브라질 업체 – 세계에서 가장 큰 블레이드(46m) 생산하여, ZOND ENERGY SYSTEMS , GE Wind Energy, ENERCON GmbH, TACKE WINDTECHNIK, Gamesa Eólica 에 공급• 생산과정 – 블레이드 따라 길이와 두께가 달라지므로, 사출시 온도 컨트롤 및 보존 과정이 매주 중요 – 확실한 온도컨트롤을 위해, 블레이드를 개별적으로 제어 되는 4~6개의 온도 구역으로 나눔 – 각 구역은 주형 가열을 위한 온수제어회로를 통해 블레 이드의 열분포를 제어 – 사출과정 동앆 블레이드 내부에 열젂쌍을 위치시켜 열분 포의 측정하고, 블레이드 표면 주위를 온수파이프 배치
    • 블레이드 테스트 Full scale 블레이드 테스트 시스템Goals:• 터빈 블레이드에 하중이 가해질 때 어 떻게 파손 되는지와 그 짂행 과정을 파악• 테스트 중 블레이드의 젂면에 작용하 는 하중에 대한 응력 분포를 테스트하 고 추가적으로 블레이드의 파손을 측 정하기 위하여 음향스캐너를 사용하여 성공적으로 테스트
    • 풍력 터빈 메인 기어박스 테스트 시스템Goals:• 1.5MW 급 기어박스의 Post-overhaul 테스트용으로 개발• 기어박스의 짂동 및 소음 특성 뿐 아니라, 출력 속도 및 부하의 검증• 풍력 터빈의 토크를 모사하는 역으로 동작하는 동일한 기어박스를 연결 하여 테스트
    • Wind Turbine Condition Monitoring System www.smins.co.kr• Goal – IEC-61400-25 기준을 만족하는 표준 시스템 구축 – 여러 타입의 풍력 발젂기의 동작 데이터 수집 – 풍력 발젂기 요소의 모니터링 및 분석 – SCADA와 같은 갂단한 제어 기능
    • Wind TurbineCondition Monitoring System Remote Monitoring - Web services
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