해상풍력발전기 상하부 일괄설치 하부구조용 잭킹시스템의 구조 성능 평가 = Structural Performance Evaluation of a Jacking System for the Integrated Installation of Offshore Wind Turbine Substructure

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As the importance of offshore wind power grows for carbon neutrality, the high operational cost of Wind Turbine Installation Vessels (WTIV) has become a major factor increasing the Levelized Cost of Electricity (LCOE). To address this, this study evaluates the structural safety of a jacking system for an integrated installation substructure capable of installing and maintaining 10MW fixed offshore wind turbines without WTIVs. Based on DNV regulations, ten design load cases were derived, considering operations such as raising, holding, and lowering of the pontoon substructure, as well as severe storm conditions. Finite Element Analysis (FEA) was performed to analyze the stress and deformation behavior of the jacking system under each load case. The results showed that the maximum von-Mises stress in all load cases satisfied the allowable stress criteria defined by the classification society rules. Specifically, sufficient safety margins were confirmed even under the most severe conditions: the lowering operation with full ballast (LC-9) and the storm survival condition (LC-10). Therefore, the jacking system designed in this study is verified to have structural integrity suitable for the integrated installation and operation of 10MW offshore wind turbines.

국문 초록 (Abstract)

전 세계적인 탄소중립 기조에 따라 해상풍력발전의 중요성이 증대되고 있으나, 설치 전용 선박(WTIV)의 높은 운용 비용은 균등화발전비용(LCOE) 상승의 주된 원인이 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 WTIV 없이 10MW급 고정식 해상풍력발전기의 설치 및 유지보수가 가능한 상하부 일괄설치 하부구조용 잭킹시스템(Jacking system)의 구조 안전성을 평가하였다. DNV 선급 규정을 기반으로 폰툰 하부구조의 승·하강 및 고정, 그리고 극한 폭풍 조건을 포함한 총 10가지의 설계 하중 조건을 도출하였다. 유한요소해석(FEA)을 수행하여 각 하중 조건에서의 잭킹시스템 주요 부재의 응력 및 변형 거동을 분석하였다. 해석 결과, 모든 하중 조건에서 발생한 최대 von-Mises 응력은 선급 규정의 허용응력을 만족하였다. 특히 가장 가혹한 조건인 평형수 탑재 하강 조건(LC-9)과 폭풍 생존 조건(LC-10)에서도 안전마진이 확보됨을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 설계된 잭킹시스템은 10MW급 해상풍력발전기의 일괄설치 및 운용에 적합한 구조적 건전성을 확보한 것으로 판단된다.