8MW 부유식 해상풍력 발전시스템 성능평가를 위한 수조모형시험 연구

Abstract

최근 지구온난화에 따른 기후 위기 대응을 위해 탄소 중립을 목표로 재생에너지를 활용한 발전기술 개발을 위한 다양한 노력들이 있다. 풍부한 바람 에너지를 효과적으로 활용하기 위해 풍력발전장치의 대형화가 지속되고 있다. 그러나 장치의 대형화에 따른 육상의 설치공간 제약 및 이송 설치의 한계점 등으로 부유식 플랫폼을 적용한 해상풍력 발전시스템 개발을 위한 다양한 연구가 수행되고 있다. 부유식 해상풍력발전 시스템의 플랫폼은 대표적으로 반잠수식(Semi-submersible), 인장각식(Tension Leg Platform), 스파식(Spar)으로 구분되며 설치해역의 환경조건 및 풍력발전기 공력하중 특성에 따라 부유식 해상풍력 플랫폼의 유체역학적 거동 특성을 고려한 시스템 구성이 필요하다. 부유식 풍력 발전시스템을 개발하기 위해 수치해석에 기반하여 부유식 플랫폼, 타워, 풍력발전기, 계류시스템, 그리고 제어시스템을 고려한 다양한 연구가 수행되고 있다. 이와 같은 수치해석 결과의 검증을 위해서는 대형의 실험시설을 활용한 모형시험 및 실해역에서의 실증시험이 필수적이다. 본 연구는 선박해양플랜트연구소의 해양공학수조에서 수행된 8MW 부유식 해상풍력 발전시스템의 모형시험 결과에 기반하여 그 플랫폼의 거동 특성에 관하여 논하고자 한다. 실험 모델의 부유식 플랫폼과 풍력터빈의 역학적 상사성을 부합시키기 위해 시뮬레이션으로부터 얻은 실제 크기의 풍력터빈 공력하중을 실험 모형과 연동하였으며, 또한 모형시험에서는 타워 상부에 설치된 덕트팬(Duct fan)을 이용하여 실제크기의 풍력터빈 공력하중을 축척비에 따라 그 하중을 구현하였다. 자유감쇠시험 및 정적계류성능시험을 통해 부유식 해상풍력 발전시스템의 고유특성을 검토하였으며, 다양한 설계하중조건(Design Load Case)에 해당하는 해양환경조건(파도, 바람 및 조류)을 재현하여 부유식 해상풍력 발전시스템의 운동 및 하중 특성을 검토하였다.