부유식 해상풍력발전시스템에 작용하는 해상환경을 고려한 Krylov Subspace 기반 차수축소기법 적용 연구

Abstract

4차산업기술의 발달로 대용량의 데이터 처리 및 인공지능 기술 활용이 가능해지며 실시간 계측 데이터을 입력으로 가상의 디지털 모델 기반의 시뮬레이션을 통한 모니터링 기술에 대한 수요가 증가하고 있다. 보다 신속한 유지보수 계획을 수립하기 위해서는 기존 수치시뮬레이션 대비 적은 계산비용이 요구되며 또한 신뢰성 있는 시뮬레이션을 수행하기 위해서 대상 구조물의 특성을 반영한 물리 기반의 디지털 모델이 요구된다. 본 연구에서는 부유식 해상풍력 발전시스템의 운동 및 구조응답 특성을 반영하기 위해 Krylov Subspace 기반 차수 축소 기법을 적용하고, 실제 해상 환경에서 작용하는 다양한 하중 조건을 고려하여 해당 기법의 유효성을 분석하였다. 특히 파랑하중, 풍하중 등 복합적인 해양 환경 하에서 부유체의 운동과 구조응답을 고려하여 Krylov Subspace 기저벡터 및 공간을 생성하였으며, 다양한 해상 환경 조건에서 시뮬레이션을 수행하고, 전체 시스템(Full Order Model, FOM) 수치해석 결과와 비교하였다. 그 결과, 제안된 차수 축소 모델(Reduced Order Model, ROM)이 FOM과 유사한 정확도를 가지면서도 훨씬 적은 계산 시간으로 해석이 가능함을 확인하였다. 본 연구를 통해 부유식 해상풍력 발전 시스템의 실시간 구조건전성 확보를 위한 모니터에 필요한 디지털 모델의 시뮬레이션 시간을 단축하고, 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 향후 연구에서는 빔 요소 기반의 수치모델 확장 및 다양한 부유체 형태와 계류 시스템에 대한 적용성을 검토하고, 실제 해상 환경 데이터를 기반으로 한 검증 연구를 수행할 계획이다.