MW급 풍력발전 타워구조물의 모니터링 및 동특성 분석

Abstract

풍력발전터빈은 기존 화력발전이나 수력발전에 사용되는 터빈에 비하여 상대적으로 고장이 잦고 따라서 유지관리가 중요한 발전시설물이라 할 수 있다. 특히 해상풍력터빈의 경우 접근성이 육상풍력터빈보다 크게 떨어지기 때문에 유지관리가 더욱 중요하다. 이러한 풍력발전터빈의 유지관리와 관련하여 현재 주로 로터를 비롯하여 각종 발전설비에 대하여 SCADA(Supervisory Control and Data Aquisition)를 비롯하여 CMS(Condition Monitoring System) 자료를 활용한 연구가 이루어지고 있으나, 최근 태백에서 발생한 타워 붕괴사고에서 알 수 있듯이 타워 역시 성능 확보 및 모니터링이 중요하다. 이와 같이 타워를 포함한 풍력발전터빈에 대한 유지관리와 관련하여 기존의 고장정비에서 예방 혹은 예지정비 기술을 개발하고자 많은 연구가 이루어지고 있다. 이와 같은 최신 유지관리기술을 개발하는 데 있어 현재 운영 중인 풍력터빈에 대한 응답계측 및 분석이 무엇보다 중요하며, 외국의 경우 다양한 대형 상용풍력터빈에 대하여 장기 모니터링 및 분석 연구가 활발하게 수행되고 있다. 이 연구에서는 제주에서 운영 중인 2 MW급 상용풍력터빈 타워구조물에 대하여 변형률, 경사, 가속도 등 대표적인 구조응답을 장기 계측하고 그 결과를 분석하였다. 아래의 Fig. 1은 지난 2016년 12월 14일 오후 4시부터 3시간 동안 계측된 자료를 60분 단위로 파워스펙트럼을 제시한 것으로, 구조물의 주요 3차 모드의 고유주파수뿐만 아니라, 로터의 회전수에 비례하는 1P, 3P, 6P 성분이 파워스펙트럼 분석을 통하여 구할 수 있음을 알 수 있다. 한편 Fig. 2는 2016년 12월부터 약 두 달 동안의 풍속과 1차, 2차 모드의 고유주파수를 비교한 그림으로, 풍이러한 풍력발전터빈의 유지관리와 관련하여 현재 주로 로터를 비롯하여 각종 발전설비에 대하여 SCADA(Supervisory Control and Data Aquisition)를 비롯하여 CMS(Condition Monitoring System) 자료를 활용한 연구가 이루어지고 있으나, 최근 태백에서 발생한 타워 붕괴사고에서 알 수 있듯이 타워 역시 성능 확보 및 모니터링이 중요하다. 이와 같이 타워를 포함한 풍력발전터빈에 대한 유지관리와 관련하여 기존의 고장정비에서 예방 혹은 예지정비 기술을 개발하고자 많은 연구가 이루어지고 있다. 이와 같은 최신 유지관리기술을 개발하는 데 있어 현재 운영 중인 풍력터빈에 대한 응답계측 및 분석이 무엇보다 중요하며, 외국의 경우 다양한 대형 상용풍력터빈에 대하여 장기 모니터링 및 분석 연구가 활발하게 수행되고 있다. 이 연구에서는 제주에서 운영 중인 2 MW급 상용풍력터빈 타워구조물에 대하여 변형률, 경사, 가속도 등 대표적인 구조응답을 장기 계측하고 그 결과를 분석하였다.