컬럼 수에 따른 초대형 부유식 해상풍력발전시스템 운동특성분석에 관한 연구

Abstract

2050년까지 탄소중립을 달성하기 위해서는 현재 의존하고 있는 에너지원에 대한 신속한 전환이 필요한 상황이다. 대표적인 대체에너지인 풍력에너지는 블레이드 길이의 제곱, 풍속의 세제곱에 비례하는 재생에너지 중 하나이다. 때 문에, 경제성을 높이기 위하여 터빈의 대형화에 대한 연구개발이 세계적으로 이루어지고 있다. 초대형 풍력발전기를 설치하기에 적합한 해양에는 충분한 경제성의 확보되지만, 고정식으로는 설치하긴 어려운 영역이 존재한다. 이런 영역은 부유식으로 풍력발전기를 설치하는데 터빈의 대형화에 맞추어 시스템 을 안정적으로 유지하기 위해 플랫폼을 최적화하는 과정에서 컬럼 수는 고려 하지 않고 다른 설계변수들만을 고려하여 설계가 이루어지고 있다. 본 논문은 플랫폼을 구성하는 컬럼 수가 시스템 움직임에 미치는 영향을 분석하여 안정적인 플랫폼 설계를 할 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다. 풍력 발전장치는 풍력에너지의 크기에 따라 경제성이 크게 좌우되기 때문에 풍황자 원이 풍부한 사이트선정이 매우 중요하다. 이번 연구에서는 경제성이 확보되 는 것으로 조사된 울산 앞바다를 부유식 해상풍력발전시스템의 운동특성을 분 석하기 위한 사이트로 선정하였다. 해석에 필요한 풍속, 풍향, 파고, 파주기, 해류 등의 해양환경데이터는 사이트 인근에 설치되어있는 국가 기상관측장비 를 통해서 확보하였으며 확보된 데이터를 이용하여 플랫폼의 안정성을 분석할 수 있는 설계하중조건을 구성하였다. 그리고 해양환경특성과 풍력발전장치의 대형화를 고려해서 여러 가지 부유식 플랫폼 타입 중 반잠수식 구조물 타입의 플랫폼 형상을 선정하였는데, 초대형 터빈을 경제적으로 설치할 수 있도록 로터 너셀 어셈블리(Roter-Nacelle Assembly;RNA) 및 타워를 플랫폼의 가장자리에 위치시킨 반잠수식 구조물 형상으로 설계를 진행하였다. 설계에는 컬럼이 3 개인 15 플랫폼을 기준으로 플랫폼에 사용된 재료량을 동일하게 유지한 채 컬럼 수를 개까지 증가시켜나가는 방식 6 , 설계변수를 동일하게 유지한 채 플랫폼에 사용된 재료량은 고려하지 않고 컬럼 수를 개까지 증가시킨 방식 6 두 가지가 사용되었다. 총 개의 서로 다른 플랫폼을 설계하였으며 포텐셜 유동 7 (potential-flow) 기반 의 해석코드인 OrcaFlex를 활용하여, 작동풍속 조건에서, 설계된 플랫폼에 타 워와 RNA 파트, 그리고 계류선을 결합한 통합연동해석(fully-coupled simulatio n)을 수행하여 시스템의 운동특성을 분석하였다.