스파형 부유식 해상풍력발전시스템의 복원성 평가

스파형 부유식 해상풍력 발전시스템의 지속가능성 평가. 부유식 해상풍력 발전시스템에 적용할 수 있는 안정성 평가를 신설하였다.

연구 배경

재생 에너지 발전을 위해 설치된 부유식 해상 풍력 발전소는 설치 후 수십 년 동안 계속 운영할 수 있습니다. 따라서 부유식 해상풍력 발전시스템에 적합한 안정성 평가가 논의되었다.

Table 1.1. Korea’s Green New Deal – green energy generation capacity planning

연구 목적과 연구 범위

따라서 현재의 안정성 평가 기준을 지속적으로 활용하고 있으며, 해양구조물에 적용하더라도 그 내용을 더욱 보완할 필요가 있다는 연구들이 많다. 그러나 부유식 해상풍력 발전시스템 자체의 안정성에 대한 연구는 많지 않고 대부분 기존 규제에서 활용되고 있다.

정복원 모멘트

외력에 의한 경사 모멘트

손상 후 정적 평형상태

예제 모델 제원

적재 상태
정복원 모멘트
풍하중에 의한 경사 모멘트
복원성 평가

내구성을 평가할 때 개구부의 위치는 결과에 큰 영향을 미칩니다. 수정모멘트 결과와 풍하중에 의한 휨모멘트 결과를 이용하여 설계가 안정성 평가기준에 따른 기준에 적합한지 여부를 판단할 수 있다. 평가를 위하여 위의 복원모멘트곡선과 풍하중에 의한 휨모멘트곡선을 함께 Fig.

비손상 안정성 평가 결과는 표 4.8과 같다.

Table 4.2. Properties of floaterWind turbine

선급 별 FOWT 복원성 규정 비교

와드가 피해를 입은 후 얼마나 많은 안정성을 제공할 수 있는지, 그리고 그것을 확보해야 하는지 여부를 평가하는 척도는 없습니다. 온전한 안정성과 관련된 IMO 규정에서는 온전한 안정성 정보만 표시됩니다. 그러나 손상 시 안정성은 IMO뿐만 아니라 다른 선급 협회에서도 다른 기준을 가지고 있습니다.

손상 정도에 따른 격실 침수 후 안정성 결과는 평가 기준에 따라 검토할 수 있다.

Table 4.10. External environmental loads by CLASS

서론

적재 상태의 구분 및 정의

시스템이 작동 중이며 밸러스트 조정이 있는 최소 수선이 있습니다. 시스템은 계류 라인이 설치되기 전에 고정되어 있고 자유롭게 떠 있습니다. 시스템은 고정되어 있으며 하나의 다중 회선이 설치되어 있습니다.

이 시스템은 고정식이며 2개의 계류 라인이 설치되어 있습니다.

초기 중량 정보

시스템이 작동 중이며 밸러스트 조정이 가능한 최대 흘수선이 있습니다. 이 시스템은 고정식이며 밸러스트 조정이 가능한 최소 수선이 있습니다. 이 시스템은 고정되어 있으며 밸러스트 조정이 가능한 최대 수선이 있습니다.

Case 9의 상태로 이동하기 위해 Tug에 연결되어 있다.

비손상시 정복원 모멘트 결과

DNVGL 규정에서 플랩 형상의 안정성 평가에 관한 규정 항목 중 하나인 GoM 값이 1.0m 이상이어야 한다는 내용을 참고하여 계산하였다. 또한 안정성에 부정적인 영향을 미치는 자유 표면 효과의 출현을 피하기 위해 부분적인 밸러스팅을 수행하지 않았습니다. 최대 수선 하중 조건은 추력으로 인한 피치의 크기와 IEC에서 지정한 공극 높이를 고려합니다.

이 상태에서 부분적인 밸러스트로 인해 무게 중심의 높이가 높아졌지만 충분한 GoM이 있는 것으로 계산되었습니다.

Table 5.3. Deadweight distributions by loading conditions

손상 후 정복원 모멘트 결과

유체 정역학적 특성 및 정복원 모멘트 결과

파손된 구획의 침수로 인해 흘수와 무게중심이 증가하였기 때문에 파손 전과는 결과가 달랐다. 최대 흘수 조건에서 침수로 인한 정적 평형 시 초기 경사각 및 GoM의 변화는 흘수선과 접하는 구획을 등분할하여 손상을 최소화하기 때문에 작습니다. 이는 최대흘수에서 파손으로 인해 비대칭 격실에 침수가 발생했기 때문이다.

그러나 이것은 분할로 인한 약간의 침수로 인해 경사각에 미미한 영향을 미쳤습니다.

Fig. 5.2 Comparison of righting moment curves before/after damage

서론

외력 조건의 구분 및 정의

풍하중 계산

시스템 가동 시 상부 발전부하를 견인으로 대체하고, 수면 상부로 노출된 부분에 기존 풍하중을 가할 수 있다. 압력계수는 풍력발전기 설계사 유니슨(주)에서 얻은 정보를 사용하였으며, 사용 풍속에 적합한 압력계수를 사용하였다. 이 정보를 통해 풍속에 따른 기압은 Fig.

추력은 운전상태일 때만 적용되는 조건으로, Case 1~4에만 해당되며, Case 5~12는 풍력발전기가 정지상태이기 때문에 추력에 의한 모멘트가 적용되지 않는다.

해류하중 계산

항력계수는 해양기상부이자료로부터 얻은 평균 수온을 통해 해수 및 담수 특성의 ITTC 표로부터 동점도계수를 얻었다[21]. 이를 통해 레이놀즈 수를 구한 후 Fig.

전복 모멘트

서론

비손상 복원성 평가

비손상 복원성 평가 결과

이 중 5개는 평가기준을 충족하지 못했으며, 특히 저개념 조건이 모두 포함되었다. 조건에서는 두 모멘트곡선의 첫 번째 교점의 위치가 10도에서 발생하였고, 정지상태에서는 저당김 조건에서 모멘트 아래 면적의 비율이 1.3 미만으로 평가기준을 만족하지 못하였다. 작동 및 정지 상태에서는 기준을 만족하더라도 여유가 별로 없음을 알 수 있다.

또한 최소 수선 조건에서 안정성 기준을 충족하지 못하는 부분은 예시 모델의 작동 및 정지 조건에서 단일 최대 수선 하중 조건에서 작동할 수 있습니다.

손상 복원성 평가

이러한 정보를 바탕으로 사전 손상 안정성 평가 기준을 정리하면 다음과 같다. 또한 손상 시 안정성 평가도 부체에 대한 설계가 미흡했다고 판단할 수 있다. 본 연구에서는 5MW급 부유식 해상풍력발전 시스템을 모델로 안정성 평가를 수행하였다.

평가 기준을 충족하지 못하는 조건은 하중 조건을 변경하여 안정성을 제공함으로써 만족할 수 있습니다.