풍력-조류 복합발전 하이브리드 지지구조 설계 및 해석

Abstract

신재생 에너지 사용이 증가하고 에너지 발전 효율성을 높이기 위해서 타 에너지원과 풍력발전을 결합하는 기술에 대한 연구가 진행되어오고 있으며, 본 연구에서는 3.6MW급 풍력 타워 하부에 두 개의 500kW급 조류 터빈을 지지하는 하이브리드 지지구조물의설계를 수행하였다. 풍력타워는 터빈 크기의 대형화에 따라 타워의 세장비가 증가하게 되고, 좌굴에 대한 안전성에 문제가 발생하고 있다. 또한, 본 연구에서는 풍력 발전기와 조류터빈을 동시에 지지해야 함에 따라 TP(Transition Piece)의 경우, 큰 모멘트와축력에 저항해야 한다. 따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 경제적이고 고강도를 가진 신형식 지지구조의 개발이 필요하며, 풍력타워 하부에 성능이 우수한 DSCT (Double-Skinned Composite Tubular, 콘크리트 충진 이중강관) 구조를 적용하여 풍력-조류 복합발전 하이브리드 지지구조 설계와 구조의 안전성을 검토하였다. 풍력터빈 지지구조의 경우, 자동 단면설계 프로그램인 AutoDSCT를 이용하여 타워 하부의 단면을 산출하였으며, 조류터빈 지지구조의 경우, 2차 단면 모멘트 식을 적용하여 초기 단면직경을 산출하였다. 조류 터빈 지지구조의 형상은 여러 가지의 설계 변수를 적용하여 정해석시, 요구성능에 만족하도록 반복 설계 및 해석을 진행하였으며, 적용된 단면으로 조류-풍력 지지구조의 공진 및 내진에 대한 안전성을 확인하였다.