블레이드 성능상사 기반 부유식 해상풍력발전시스템 모형시험 연구

Abstract

부유식 해상풍력발전시스템(Floating Offshore Wind Turbine; FOWT)의 통합 거동성능 및 계류안전성을 평가하기 위한 모형시험이 설계 단계에서 요구된다. 모형시험 환경에서 계류부유체 및 풍력터빈에 작용하는 바람환경을 일관되게 재현하고, 시스템 질량및 관성모멘트에 대한 상사를 통합적으로 유지하기 위해서는 FOWT의 계류부유체 모형시험 모델링에 적용하는 Froude 상사법칙을 상부 풍력터빈에도 적용해야함이 자명하다. 풍력터빈이 작동하면서 발생시키는 하중(추력, 토크)은 이를 지지하는 계류부유체로전달되어 계류부유체에 대해 외력으로 작용하는데, 기하학적으로 Froude 상사된 풍력터빈은 Froude 상사된 풍속조건에서 Froude 상사에 맞는 추력/토크 보다 현저히 낮은 하중을 발생시키게 되어 풍력터빈의 동적특성이 상사되지 않는 문제가 발생한다(Martin et al., 2013). 구체적으로는, 이는 실스케일 풍력터빈에 적용된 익형(Airfoil)들이 모형스케일의 저레이놀즈수 영역에서 동일한 공력학적 성능(양력)을 발휘하지 못하기 때문이다. 이를 보완하기 위해 FOWT 통합 모형시험 분야에서는 블레이드 성능상사 기술을 활용하고 있다. 본 연구에서는 블레이드 성능상사를 적용한 부유식 해상풍력발전시스템의 통합 모형시험 모델링 과정을 기술하고 거동성능 및 계류안전성 평가 결과를 제시한다.