모듈러 FRP-DSCT 풍력타워의 휨 성능 평가 실험

Abstract

최근 풍력 발전 효율성 증대를 위하여 풍력터빈 대형화 및 세장비가 증가함에 따라, 기존 강재 타워의 좌굴 안정성 저하의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 해상조건에서는 강재 타워의 부식 문제가 중요하며, 강재 타워의 부식은 유지관리 비용의 상승을 초래한다. 따라서 기존의 강재 타워를 대체 할 수 있는 강도를 확보하고, 부식의 문제가 발생하지 않는 타워의 필요성이 제기됨에 따라, 신형식 복합구조 타워의 개발이 진행되고 있으며, 이에 본 연구에서는 기존의 강재 타워를 대체할 수 있는 FRP DSCT (Fiber Reinforced Polymer Double-Skinned Composite Tubular)구조를 적용한 풍력타워를 제안하고, 제작 및 해상풍력타워 적용시의 운반 문제를 고려하여 타워를 모듈화 하는 방법을 제시하였다. 타워는 축소화 및 모듈화하여 준정적 실험을 수행하였으며, 일체형 시험체와 연결부가 있는 모듈형 시험체를 비교하였다. 모듈형 시험체의 연결부는 FRP 내부관 및 외부관에 Steel plate를 덧대어 볼트와 너트를 사용하여 모듈을 접합하였다. 비선형 해석 프로그램인 CoWiTA를 통하여 설계 단면을 해석하였으며, 해석 결과를 바탕으로 시험체에 가해지는 외력조건이 산출되었고, 실험장소 여건에 맞추어 선정되었다. 실험은 변위에 따른 Drift ratio를 증가시키는 변위제어방법으로 진행되었다. 실험 결과, 모듈형 시험체는 일체형 시험체에 상응하는 하중을 지지 할 수 있는 것으로 나타났으며, 모듈화된 FRP DSCT 타워의 적용성을 확인 할 수 있었다.한다. 따라서 기존의 강재 타워를 대체 할 수 있는 강도를 확보하고, 부식의 문제가 발생하지 않는 타워의 필요성이 제기됨에 따라, 신형식 복합구조 타워의 개발이 진행되고 있으며, 이에 본 연구에서는 기존의 강재 타워를 대체할 수 있는 FRP DSCT (Fiber Reinforced Polymer Double-Skinned Composite Tubular)구조를 적용한 풍력타워를 제안하고, 제작 및 해상풍력타워 적용시의 운반 문제를 고려하여 타워를 모듈화 하는 방법을 제시하였다. 타워는 축소화 및 모듈화하여 준정적 실험을 수행하였으며, 일체형 시험체와 연결부가 있는 모듈형 시험체를 비교하였다. 모듈형 시험체의 연결부는 FRP 내부관 및 외부관에 Steel plate를 덧대어 볼트와 너트를 사용하여 모듈을 접합하였다. 비선형 해석 프로그램인 CoWiTA를 통하여 설계 단면을 해석하였으며, 해석 결과를 바탕으로 시험체에 가해지는 외력조건이 산출되었고, 실험장소 여건에 맞추어 선정되었다. 실험은 변위에 따른 Drift ratio를 증가시키는 변위제어방법으로 진행되었다. 실험 결과, 모듈형 시험체는 일체형 시험체에 상응하는 하중을 지지 할 수 있는 것으로 나타났으며, 모듈화된 FRP DSCT 타워의 적용성을 확인 할 수 있었다.