풍력-조류 복합발전 하이브리드 지지구조 설계

Abstract

최근 전 세계적으로 화석 연료의 고갈 및 사용으로 인한 지구온난화, 원자력에너지에 대한 불안감 등으로 인하여 풍력, 조류, 태양광, 파력 등과 같은 신재생 해양에너지의 발전 용량이 증가하고 있다. 최근 신재생 에너지의 발전 효율성을 증가시키기 위하여 타 에너지원과 풍력발전을 결합하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서는 풍력 타워 하부에 두 개의 조류 터빈을 지지하는 지지구조를 적용하였다. 풍력타워의 경우, 터빈의 대형화에 따라 강재 구조 타워의 세장비가 증가되고, 좌굴에 대한 위험성이 증가된다. 따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 경제적이고 고강도인 신형식 지지구조의 개발이 필요하며, 풍력타워 하부에 DSCT (Double-Skinned Composite Tubular) 타워를 적용하여 풍력-조류 복합발전 하이브리드 지지구조 설계와 구조의 안전성을 검토하였다. 풍력터빈 지지구조의 경우, AutoDSCT 프로그램을 이용하여 DSCT 단면을 산출하였으며, 조류터빈 지지구조의 경우, 2차 단면 모멘트 식을 사용하여 초기 단면 직경을 계산하였다. 정적해석 수행시, 조류 터빈 지지구조의 단면 변수들을 변경해가며 형상을 변화시켜 요구성능에 만족하도록 반복해석을 진행하였으며, 구조의 안전성을 확인하였다.여 타 에너지원과 풍력발전을 결합하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서는 풍력 타워 하부에 두 개의 조류 터빈을 지지하는 지지구조를 적용하였다. 풍력타워의 경우, 터빈의 대형화에 따라 강재 구조 타워의 세장비가 증가되고, 좌굴에 대한 위험성이 증가된다. 따라서, 이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 경제적이고 고강도인 신형식 지지구조의 개발이 필요하며, 풍력타워 하부에 DSCT (Double-Skinned Composite Tubular) 타워를 적용하여 풍력-조류 복합발전 하이브리드 지지구조 설계와 구조의 안전성을 검토하였다. 풍력터빈 지지구조의 경우, AutoDSCT 프로그램을 이용하여 DSCT 단면을 산출하였으며, 조류터빈 지지구조의 경우, 2차 단면 모멘트 식을 사용하여 초기 단면 직경을 계산하였다. 정적해석 수행시, 조류 터빈 지지구조의 단면 변수들을 변경해가며 형상을 변화시켜 요구성능에 만족하도록 반복해석을 진행하였으며, 구조의 안전성을 확인하였다.