경계조건변화에 따른 대형 부유식 해상풍력발전플랜트 타워구조물의 동특성 분석

Abstract

최근 부유식 해상풍력발전에 관한 관심이 높아지고 연구가 활성화됨에 따라 국외실증 및 국내의 기반기술연구가 활발히 늘어나고 있다. 부유식 해상풍력발전의 핵심적인 기술적 경쟁력 확보를 위한 요소기술로써 블레이드 회전자의 큰 관성을 해석하고 기반구조물이 이를 충분히 견딜 수 있는 강도(Strength)를 확보하고 공진(Resonance)를 회피하여 발전기가 갖는 수명기간동안 충분히 안전하게 운전할 수 있도록 구조적 안전성(Structural safety)를 갖도록 해야한다. 부유식 풍력터빈 블레이드의 회전효과, 타워의 하부 경계조건 변화에 따른 고유진동수 및 고유모드의 변화 발생, 부유체의 거동과 회전 블레이드, Moving boundary를 통해 연성된 고유치와 고유모드를 구해야만 정확한 구조물의 동적 특성을 규명할 수 있다. 이는 공진회피 설계를 위한 풍력터빈 블레이드, 타워에 관한 보다 정확한 동특성을 평가하기 위함이며 부유식 해상풍력터빈의 타워 설계 시 부유체 운동으로 인한 경계조건변화에 따른 연성모드 고려한 동특성 결정이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 회전자와 부유체, 타워구조물간의 공진을 회피하고 안정적 운전이 가능하도록 등가빔 기법(Equivalent technique)을 이용하여 대형 부유체 타워구조물의 동특성분석을 수행하였다. 경계조건 변화에 따른 고유진동수 차이를 확인하였으며 이는 약 2배까지의 주파수이동효과를 발생시킬 수 있는 것으로 분석되었다.