5.0MW 터빈대응 DSCT 풍력타워의 표준단면설계와 FAST를 이용한 해석

Abstract

풍력발전은 효율성 증대를 위해 터빈의 사이즈가 증가하고 있으며, 이에 따라 요구되는 블레이드의 길이가 증가하고 있다. 또한 더 높은 타워가 요구되면서 세장비가 증가하여 기존의 강재타워는 좌굴 안전성이 저하되어 타워의 좌굴파괴의 발생 가능성이 높아질 수 있다. 이에 본 연구에서는 Double Skinned Composite Tubular(DSCT) 신형식 복합구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 타워의 단면설계를 실시하여 그 성능을 검증하고자하였다. 타워의 단면설계는 한국해양과학기술원에서 개발한 AutoDSCT프로그램을 이용하여, 기존의 5.0MW 급 강재타워에 요구되는 요구 성능을 만족하고 기존 강재타워의 직경 5.5m 보다 작은 5m 직경의 DSCT타워에 대해 다양한 중공비를 적용하여 단면을 도출하였다. 그중에서 중공비가 가장 큰 디자인 케이스를 선택하여 미국의 National Renewable Energy Lab(NREL)에서 개발한 풍력발전해석 프로그램 FAST를 통해 DSCT풍력타워를 적용한 5.0MW급 풍력발전 시스템을 해석하였다. 그 결과 DSCT풍력타워는 기존의 강재타워보다 더 작은 직경으로 타워의 상부에서의 요구모멘트 31,800kN-m, 타워 하부에서의 요구모멘트 159,000kN-m를 모두 만족하였으며, 5.0MW의 발전량을 충족시키는 것으로 나타났다.아질 수 있다. 이에 본 연구에서는 Double Skinned Composite Tubular(DSCT) 신형식 복합구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 타워의 단면설계를 실시하여 그 성능을 검증하고자하였다. 타워의 단면설계는 한국해양과학기술원에서 개발한 AutoDSCT프로그램을 이용하여, 기존의 5.0MW 급 강재타워에 요구되는 요구 성능을 만족하고 기존 강재타워의 직경 5.5m 보다 작은 5m 직경의 DSCT타워에 대해 다양한 중공비를 적용하여 단면을 도출하였다. 그중에서 중공비가 가장 큰 디자인 케이스를 선택하여 미국의 National Renewable Energy Lab(NREL)에서 개발한 풍력발전해석 프로그램 FAST를 통해 DSCT풍력타워를 적용한 5.0MW급 풍력발전 시스템을 해석하였다. 그 결과 DSCT풍력타워는 기존의 강재타워보다 더 작은 직경으로 타워의 상부에서의 요구모멘트 31,800kN-m, 타워 하부에서의 요구모멘트 159,000kN-m를 모두 만족하였으며, 5.0MW의 발전량을 충족시키는 것으로 나타났다.