해상 풍력터빈의 지지구조물에 대한 경사기반 방법을 사용한 최적화 설계

전문가 제언

○ 해상 풍력터빈 지지구조물은 제약조건이 많고, 비 볼록형이고, 선형적이 아니므로 설계를 최적화하는 것은 대단히 방대한 작업이다. 본 논문은 위 문제를 효율적이고 효과적인 방법으로 해결할 수 있는 해석적인 경사기반 방법에 대해 설명한다. 목적과 제한함수의 설계 민감도를 해석적으로 평가하여 크기, 고유진동수, 극한하중 및 피로하중 관점에서 구조물의 최적화를 수행하였다.

 

○ 해상풍력 프로젝트에서 지지구조물은 총 투자비용의 약 17%를 차지하고, 보통 단주식(monopile), 재킷(jacket), 격자형 타워 및 스파 형 부유체 등 4가지 형태의 지지구조물에 대해 서로 다른 시뮬레이션 최적화 방법을 사용하여 비용을 줄일 수 있다. 유한차분 방법은 해상풍력터빈 지지구조물, 특히 설계 변수가 많은 복잡한 구조물의 설계에 있어서 효율적이고 효과적인 최적 방법론이라 할 수 있다.

 

○ 이 평가는 OC4 자켓 하부구조에 대해 단순화 하중조건 하에서 모든 설계 제약조건을 만족시키면서 구조 중량을 52% 가량 줄일 수 있는 최적 재킷을 설계할 수 있다. 또한 해석적 민감도 분석이 유한 차분 근사법보다 더 정확하고 효율적인 것으로 나타났고, 이 방법은 극한 하중 조건 분석에서 흔히 발생하는 수치적 인공물을 피할 수 있다.

 

○ 2015년 신 기후체제 파리협정 이후, 각국이 신재생에너지 발전사업 투자를 늘리고 있고 이에 따라 대형 해상풍력 프로젝트 추진 역시 힘을 얻고 있다. 유럽은 2020년까지 온실가스 배출을 1990년 대비 20% 줄이고, 1차 에너지의 20%를 신재생 에너지에서 획득하고, 에너지 수요의 20%를 절감하는 목표를 달성하기 위해 추진하고 있다.

 

○ 국내 해상용 대형풍력터빈 제조사는 경영 악화로 잠시 중단하였지만 다시 재개할 가능성에 대비하여야 한다. 해상풍력터빈 지지구조물의 동적 제한조건 최적화문제를 해결하고, 피로 및 극한하중 제한조건의 최적화를 통한 최적 설계 해법을 결정하는 등 복합적인 거동분석에 관해 연구할 필요가 있다.

저자

Kok-Hon Chew, Kang Tai, E.Y.K. Ng, Michael Muskulus

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

일반기계

연도

2015

권(호)

80()

잡지명

Energy Procedia

과학기술
표준분류

일반기계

페이지

100~107

분석자

나*주

분석물

• 해상 풍력터빈의 지지구조물에 대한 경사기반 방법을 사용한 최적화 설계.pdf [462,309 byte]

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