부유식 해상풍력발전시스템의 차수축소를 통한 구조응답 예측기법 개발 및 디지털 트윈 구현 연구

Abstract

최근 온실가스 배출을 감소시키기 위해 재생에너지발전이 활발히 이루어지고 있으며, 다른 재생에너지발전에 비해 설치면적 대비 많은 전력을 생산할 수 있는 풍력발전이 각광받고 있다. 특히 해상풍력은 육상풍력 대비 높고 균일한 풍속, 넓은 설치공간, 운용중 소음발생으로 인한 민원 문제 감소 등의 장점이 있어 최근 많은 개발이 이루어지고 있다. 해상풍력은 많은 전력을 생산하기 위해 대규모의 해상풍력단지가 조성되며, 육상에 비해 접근성이 어려워 많은 유지보수 비용이 발생한다. 따라서 해상풍력발전시스템의 효율적인 운용 및 유지보수를 하기 위해 실시간으로 사용자가 원하는 구조물의 응답을 확인하고 구조손상감지, 잔존피로수명 등의 구조건전성 모니터링이 가능한 디지털 트윈 구현 연구가 활발히 이루어지고 있다. 다양한 구현기법 중 차수축소기법을 적용하면 해상풍력시스템의 특성, 환경조건에 대한 응답에 대한 고려가 가능한 물리 기반의 디지털 트윈을 구현하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 부유식 해양풍력발전시스템의 유한요소 기반 수치모델에 대하여 차수축소기법을 적용하고 도출된 차수축소모델(Reduced Order Model, ROM)에 대한 수치해석을 통해 전체 시스템 대비 적은 계산비용으로 구조물의 구조응답을 예측하였다. 차수축소모델의 검증을 위해 전체시스템에 대한 구조응답인 응력복원(Stress recovery)을 수행하고 전체시스템의 구조응답과 비교 및 분석을 수행하였다.