지반과 말뚝의 상호작용을 고려한 고정식 해상풍력터빈의 동적 특성에 대한 확률적 평가

이진학,김선빈,한택희,윤길림,Yi, Jin-Hak,Kim, Sun-Bin,Han, Taek Hee,Yoon, Gil-Lim 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.4

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. Extensive discussion on the optimal types of offshore wind turbine(OWT) among monopile, tripod and jacket in the intermediate depth of water has been actively carried out in worldwide wind turbine industry. Selecting the optimal types of OWT among several substructural types, it is required to consider the economic and technical feasibility including dynamically stable design of a wind turbine system. In this study, the effects of loading levels and uncertainties of soil properties on the natural frequency of OWT have been quantitatively investigated. In conclusion, the natural frequency of monopile-type OWTs has a significant level of uncertainty, hence it is very important to minimize the level of uncertainties in soil properties when the monopile is selected as a foundation for an OWT.

유전자 알고리즘 및 패턴 서치 방법을 이용한 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화

이진학(Yi, Jin-Hak),대니 새일(Sale, Danny) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 A Vol.32 No.6A

이 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화를 위한 직접탐색 기반의 최적화 기법을 적용하고, 최적화 기법간의 성능을 비교하여 효과적인 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 수평축 풍력 터빈의 최적설계 코드인 HARP_Opt (Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer)을 기반으로 연간 발전량 평가 방법을 수정하고, HARP_Opt에서 적용하고 있는 기존의 유전자 알고리즘과 함께 패턴 서치 방법을 추가 적용하였다. 이를 1㎿급 풍력 발전 터빈 블레이드의 단면 형상 최적 설계 문제에 적용하였으며, 기존의 유전자 알고리즘 및 마이크로 유전자 알고리즘, 그리고 패턴 서치 방법의 성능을 비교한 결과, 연간 발전량과 해의 일관성 면에 있어서는 패턴 서치 방법이 상대적으로 우수하였으며, 계산시간 측면에서는 마이크로 유전자 알고리즘이 상대적으로 우수한 것으로 분석되었다. In this study, direct-search based optimization methods are applied for blade shape optimization of wind turbines and the optimization performances of several methods including conventional genetic algorithm, micro genetic algorithm and pattern search method are compared to propose a more efficient method. For this purpose, the currently available version of HARP_Opt (Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer) code is enhanced to rationally evaluate the annual energy production value according to control strategies and to optimize the blade shape using pattern search method as well as genetic algorithm. The enhanced HARP_Opt code is applied to obtain the optimal turbine blade shape for 1MW class wind turbines. The results from pattern search method are compared with the results from conventional genetic algorithm and also micro genetic algorithm and it is found that the pattern search method has a better performance in achieving higher annual energy production and consistent optimal shapes and the micro genetic algorithm is better for reducing the calculation time.

수직축 조류 터빈 발전효율 평가를 위한 유동-터빈 연동 CFD 해석 (II)

이진학(Jin-Hak Yi),오상호(Sang-Ho Oh),박진순(Jin-Soon Park),이광수(Kwang-Soo Lee),이상열(Sang-Yeol Lee) 한국해양공학회 2013 韓國海洋工學會誌 Vol.27 No.3

CFD (computational fluid dynamics) analyses that considered the dynamic interaction effects between the flow and a turbine were performed to evaluate the power output characteristics of two representative vertical?axis tidal?current turbines: an H?type Darrieus turbine and Gorlov helical turbine (GHT). For this purpose, a commercial CFD code, Star?CCM+, was utilized, and the power output characteristic were investigated in relation to the scale ratio using the relation between the Reynolds number and the lift?to?drag ratio. It was found that the power coefficients were significantly reduced when the scaled model turbine was used, especially when the Reynolds number was lower than 105. The power output characteristics of GHT in relation to the twisting angle were also investigated using a three?dimensional CFD analysis, and it was found that the power coefficient was maximized for the case of a Darrieus turbine, i.e., a twisting angle of 0°, and the torque pulsation ratio was minimized when the blade covered 360° for the case of a turbine with a twisting angle of 120°.

IEC TC114 기술표준화 최근 동향

이진학(Jin-Hak Yi),최종수(Jong-Su Choi),양창조,고동휘(Dong-Hui Ko),서종범(Jongbeom Seo) 한국해양환경·에너지학회 2023 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2023 No.05

재료 물성치의 불확실성을 고려한 포장구조체의 건전성 평가

이진학(Yi Jin-Hak),김재민(Kim Jae-Min),김영상(Kim Young-Sang),문성호(Mun Sung-Ho) 대한토목학회 2007 대한토목학회논문집 D Vol.27 No.4D

본 연구에서는 재료물성치의 불확실성을 고려한 아스팔트 포장구조체의 건전성 평가에 관하여 연구하였다. 시험방법으로는 포장구조체에서 가장 널리 사용되고 있는 FWD (Falling Weight Deflectometer) 시험을 대상으로 하였으며, 평가방법으로는 인공신경망기법을 사용하였다. 신경망의 훈련패턴 작성을 위하여 상대적으로 정확성이 높고, 계산량이 적은 스펙트럴 요소 기반의 다층지반해석 프로그램을 개발하였다. 개발된 다층지반해석 프로그램을 이용하여 FWD 시험을 수치적으로 시뮬레이션 하였으며, 이 때 FWD 시험에서와 같이 일정한 충격하중에 의한 최대처짐을 해석하였다. 신경망에 의한 평가결과에 영향을 줄 수 있는 각 층의 두께, 포와송비, 밀도, 감쇠비, 충격하중의 크기 등 기본 입력자료에 포함되어 있는 불확실성의 영향을 몬테카를로 시뮬레이션을 통하여 분석하였으며, 그 결과 포와송비와 층 두께의 불확실성에 의한 영향이 가장 큰 것을 확인 할 수 있었다. 또한 기본 물성치를 불확실하게 알고 있는 상황에서 포장구조체의 탄성계수를 추정하는 경우, 기존의 인공신경망에 의해서는 평가결과가 크게 왜곡될 수 있음을 보였으며, 이러한 기본 물성치에 포함되어 있는 불확실성의 영향을 완화하기 위하여 이 연구에서 제안한 신경망을 적용함으로써 역해석 결과를 크게 개선할 수 있음을 수치예제해석을 통하여 검증하였다. Structural integrity assessment technique for pavement system is studied considering the uncertainties among the material properties. The artificial neural networks technique is applied for the inverse analysis to estimate the elastic modulus based on the measured deflections from the FWD test. A computer code based on the spectral element method was developed for the accurate and fast analysis of the multi-layered soil structures, and the developed program was used for generating the training and testing patterns for the neural network. Neural networks was applied to estimate the elastic modulus of pavement system using the maximum deflections with and without the uncertainties in the material properties. It was found that the estimation results by the conventional neural networks were very poor when there exist the uncertainties and the estimation results could be significantly improved by adopting the proposed method for generating training patterns considering the uncertainties among material properties.

재킷식 해양구조물에 대한 스마트 센서 적용 및 구조 손상 모니터링

이진학(Jin Hak Yi),박현준(Hyun Jun Park),민지영(Ji Young Min),윤정방(Chung Bang Yun) 한국강구조학회 2012 韓國鋼構造學會誌 Vol.24 No.1

수직축 풍력터빈에 대한 동적모델개선 및 효과분석

이진학 ( Yi Jin-hak ),김원술 ( Kim Wonsul ),한택희 ( Han Taek Hee ),임승률 ( Yim Sungyul ) 한국구조물진단유지관리공학회 2017 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.21 No.1

In this study, dynamic characteristics were analyzed by field measurement and experiment mode analysis on a vertical axis wind turbine with resonance issue, and dynamic model modification was also carried out by concrete filling inside the steel tower. Finally, the overall power generation and economic efficiency due to the extension of the range of rotor rotational speed was also analyzed.

“에너지 자립형” 신재생 에너지 교량 모델 개발

이진학(Jin-Hak Yi),김영상(Young-Sang Kim) 대한토목학회 2011 대한토목학회지 Vol.59 No.1

IEA-OES 및 IEC TC114 최근 동향

이진학(Jin-Hak Yi),최종수(Jong-Su Choi),고동휘(Dong-Hui Ko),김경환(Kyong-Hwan Kim),서종범(Jongbeom Seo) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

해양에너지 분야는 크게 조력발전, 조류발전, 파력발전 및 온도 차 발전을 중심으로 연구개발이 활발하며, 이미 상용화 되어 있는 조력발전을 제외하면 전체적으로 실증 및 준상용화 단계에 접어들고 있는 것으로 평가되고 있다. 이러한 해양에너지 시스템의 상용화 및 관련 산업 육성을 위하여 국제전기기술위원회(IEC, International Electrotechnical Committee)에서는 지난 2007년 조류발전 및 파력발전 등에 대한 해양에너지 기술위원회(TC114 Marine energy-Wave, tidal and other water current converters)를 구성하고, 관련 표준화 작업을 수행하고 있다. 또한 국제에너지기구의 경우 해양에너지시스템 기술협력프로그램(IEA-OES)을 구성하여 국제 기술교류 및 협력을 강화하고 있다. 이 발표에서는 이들 두 기구의 최근 활동 및 미국, 영국 등 여러 회원국의 시스템 개발 및 기술표준화 동향을 소개하고자 한다. In the ocean energy research fields, major interests are focused on the development of the tidal range, tidal current, wave, and ocean thermal energies. The tidal range energy is already commercialized, and other ocean energy systems are entering the stage of pre-commercialization through open-sea tests and validations. To commercialize these ocean energy systems and promote industrialization, the International Electrotechnical Commission (IEC) has been working on the technical committee, TC114 marine energy-wave, tidal, and other water current converters, and carry out related standardization activities since 2007. There is another international cooperation organization, IEA-OES(Ocean Energy Systems), established in 2001 to promote international technology exchange and cooperation between member counties. This presentation introduces IEC TC114 and IEA-OES's recent activities and introduces the action plan related to international cooperation and standardization in the future.

확률적 접근방법에 의한 액상화 가능성 평가

이진학(Yi Jin-Hak),권오순(Kwon O-Soon),박우선(Park Woo-Sun) 대한토목학회 2006 대한토목학회논문집 C Vol.26 No.5

지반 액상화는 대표적인 지진 피해의 한 형태로 이 연구에서는 이러한 지반 액상화 가능성 평가를 위한 확률적 접근 방법을 제시하였다. 일정한 사용기간 동안의 지진에 의한 액상화 발생확률을 구하기 위하여 액상화 취약도와 지진재해도를 결합하여 액상화 위험도를 산정할 수 있도록 하였다. 현재 국내에서는 결정론적인 방법이 많이 이용되고 있으나, 이러한 방법은 지반 물성치에 포함되어 있는 많은 불확실성을 합리적으로 다루기 어려운 단점이 있다. 두 가지 형태의 확률적 접근 방법을 제시하였는데, 첫번째는 설계지진에 대한 확률적 신뢰도 해석 방법이고, 두번째는 주어진 지반조건에 대하여 일정한 사용기간 동안 액상화가 발생할 수 있는 가능성을 평가한 위험도 해석 방법이다. 기존의 결정론적 방법과 확률적 방법에 의하여 매립지반의 액상화를 평가하였으며, 위험도 해석에 의한 액상화 가능성 평가기법을 지속적으로 적용하고, 설계기준이 제시된다면 보다 합리적이고, 정량적인 지반 액상화 가능성 평가기법이 될 수 있음을 검증하였다. Liquefaction of soil foundation is one of the major seismic damage types for infrastructures. In this paper, deterministic and probabilistic approaches for the evaluation of liquefaction potential are briefly summarized and the risk assessment method is newly proposed using seismic fragility and seismic hazard analyses. Currently the deterministic approach is widely used to evaluate the liquefaction potential in Korea. However, it is very difficult to handle a certain degree of uncertainties in the soil properties such as elastic modulus and resistant capacity by deterministic approach, and the probabilistic approaches are known as more promising. Two types of probabilistic approaches are introduced including (1) the reliability analysis (to obtain probability of failure) for a given design earthquake and (2) the seismic risk analysis of liquefaction for a specific soil for a given service life. The results from different methods show a similar trend, and the liquefaction potential can be more quantitatively evaluated using the new risk analysis method.