5MW급 터빈 대응 모듈러 ICH RC 풍력타워 표준단면 설계

Abstract

풍력발전은 그 효율성을 높이기 위해 터빈 용량이 증가하고, 그로인해 터빈과 블레이드의 사이즈 또한 증가하면서 더 높은 타워가 요구되고 있다. 기존의 강제타워는 세장비로 인해 좌굴에 의한 파괴가 일어나는 경우가 발생하였고, 타워의 높이가 높아짐에 따라 그 위험성은 더 커질 수 있기에 새로운 구조의 내부구속 중공 콘크리트 (ICH RC: Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 풍력타워를 제안하고 단면을 설계, 해석하여 그 성능을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 5.0MW급 터빈을 지지하는 모듈러 ICH RC타워의 단면을 설계하였다. 해석 시에는 터빈 중량으로 인한 대변위 효과를 고려하였으며, 비선형 해석 프로그램인 CoWiTA를 사용하여 요구하중에 만족하는지에 대하여 해석하였다. 타워의 하부직경은 5.5m를 기준으로 설계를 하였으며, 10% 작은 직경의 경우도 같이 고려하여 각각의 중공비(0.9, 0.85, 0.80, 0.75)에 따른 단면을 설계하였다. 또한 타워 제작과 설치를 고려한 모듈화에 대비하여 각 타워를 모듈화 하고 각각의 모듈에 대한 단면을 설계하였으며, 모듈 높이에 따른 요구 모멘트를 만족하는지에 대한 해석을 수행하였다. 그 결과 하부직경 5.5m의 타워는 0.9의 중공비를 가지는 경우에도 요구하중에 만족하는 것으로 나타났으며, 5.5m의 90%인 4.95m의 하부직경의 타워는 중공비 0.85이하를 적용하는 경우 요구하중을 만족하는 것으로 나타났다.따라 그 위험성은 더 커질 수 있기에 새로운 구조의 내부구속 중공 콘크리트 (ICH RC: Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 풍력타워를 제안하고 단면을 설계, 해석하여 그 성능을 평가하고자 한다. 본 연구에서는 5.0MW급 터빈을 지지하는 모듈러 ICH RC타워의 단면을 설계하였다. 해석 시에는 터빈 중량으로 인한 대변위 효과를 고려하였으며, 비선형 해석 프로그램인 CoWiTA를 사용하여 요구하중에 만족하는지에 대하여 해석하였다. 타워의 하부직경은 5.5m를 기준으로 설계를 하였으며, 10% 작은 직경의 경우도 같이 고려하여 각각의 중공비(0.9, 0.85, 0.80, 0.75)에 따른 단면을 설계하였다. 또한 타워 제작과 설치를 고려한 모듈화에 대비하여 각 타워를 모듈화 하고 각각의 모듈에 대한 단면을 설계하였으며, 모듈 높이에 따른 요구 모멘트를 만족하는지에 대한 해석을 수행하였다. 그 결과 하부직경 5.5m의 타워는 0.9의 중공비를 가지는 경우에도 요구하중에 만족하는 것으로 나타났으며, 5.5m의 90%인 4.95m의 하부직경의 타워는 중공비 0.85이하를 적용하는 경우 요구하중을 만족하는 것으로 나타났다.