이중관 충전콘크리트 구조의 해상풍력 타워 적용성 연구

Abstract

강재 관과 섬유보강폴리머 관을 적용한 이중관 충전콘크리트 구조의 해상풍력 타워를 제안하고, 이의 자동설계 프로그램을 개발하였다. 자동설계 프로그램은 Han et al.(2010, 2013)이 제안한 DSCT 기둥의 재료비선형 모델과 비선형 기둥모델을 적용하여 작성하였으며, 외경과 요구성능인 축강도, 휨강도, 재료 물성치를 입력하면 자동으로 10개의 단면 설계안을 도출하고 각 설계안에 대한 축력-모멘트 상관관계 해석을 수행한다. 개발된 프로그램을 이용하여 기존의 강재 풍력타워 대비 직경이 감소된 DSCT 해상풍력 타워의 단면 설계를 수행하였다. 내 외부관으로 강재를 사용한 경우와 FRP를 사용한 경우, 3.6 MW 터빈과 5.0 MW 터빈, 그리고 강재타워와 동일 직경부터 강재타워의 40% 직경을 갖는 경우의 3가지에 대해 단면설계를 수행하였다. 도출된 설계안은 DSCT 구조가 해상풍력 타워로서 충분히 기능할 수 있다는 것을 보여주었으며, 기존 강재 타워에 비해 외경을 감소시켜 적용할 수 있음을 보여주었다.

A double-skinned composite tubular(DSCT) offshore wind power tower was suggested and an automatic section design software was developed. The DSCT offshore wind tower has two types. One has steel tubes and the other has fiber reinforced polymer(FRP) tubes. The developed software adopted the nonlinear material model and the nonlinear column model which was proposed by Han et al.(2010, 2013). If an outer diameter, material properties and requested capacities are given for the DSCT wind power tower, the developed software performs axial force-bending moment interaction analyses for hundreds of sections of the tower and suggests ten optimized section designs. By using the developed software, example design processes were performed for a 5.0 MW turbine and a 3.6 MW turbine. The steel and FRP were considered as the material of inner and outer tubes. The designed section and analysis results showed that the developed suggested rational and satisfactory section designs. And they showed the possibility which a DSCT tower can be used as a offshore wind power tower.