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동해안 환경조건에 따른 10MW급 부유식 해상풍력발전시스템 연성해석
안현정(Hyeonjeong Ahn),박세완(Sewan Park),노찬(Chan Roh),하윤진(Yoon-Jin Ha),김경환(Kyong-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10
본 연구에서는 동해안 환경조건을 고려한 10MW급 부유식 해상풍력발전시스템 연성해석을 수행하였다. 본 연구에 사용된 모델은 DTU 10MW 풍력발전기와 LIFES50+ 프로젝트에서 공개된 OO-Star Wind Floater Semi 10MW 플랫폼을 결합한 시스템이다. IEC61400-3-2는 부유식 해상풍력발전시스템 설계를 위한 다양한 설계 하중 조건을 제시하고 있으며, 이는 시스템이 설계 수명 내에서 경험할 수 있는 가장 중요한 조건들을 포함하고 있다. 본 연구에서 수행한 설계 상황은 가동조건 및 정지조건이며, 동해안의 환경조건을 고려하였다. 그 결과, 터빈의 출력 특성 및 플랫폼의 운동은 풍속 또는 파고의 크기뿐만 아니라 난류 강도 또는 파 스펙트럼에 따라서도 큰 차이를 나타내었고, 이를 통해 실해역 정보의 중요성을 검토하였다. In this study, a coupled analysis for 10MW floating offshore wind turbine system was performed considering the environmental conditions of the East Sea. The model used in the study is a system that combines the DTU 10MW wind turbine and the OO-Star Wind Floater Semi 10MW platform used in the LIFES50+ project. IEC61400-3-2 presents various design load conditions for the design of a floating offshore wind turbine system, which includes the most important conditions that a system can experience within its design life. The design conditions carried out in this study are power production and parked conditions, and the environmental conditions of the East Sea were considered. As a results, the power characteristics of the turbine and the platform motion showed a large difference depending on the turbulence intensity and wave spectrum as well as the magnitude of wind speed and wave height, and through this, the importance of metocean data for real sea was reviewed.
안현정(Hyeonjeong Ahn),박세완(Sewan Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),김길원(Gilwon Kim),박지용(Jiyong Park) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10
본 연구에서 진동수주형 파력발전장치 분야에서 최근에 발표된 논문을 중심으로 개발 동향 및 연구의 경향 등을 분석하였다. 진동수주형 파력발전장치는 챔버 내 자유 수면 위로 공기를 가두는 형태로 설치되며, 파도의 작용으로 챔버 내 공기의 압축/팽창을 통해 터빈을 발전하는 방식이다. 이는 1940년대에 초기 개념이 추적용 부이에 처음으로 도입되었으며, 1970년대 이후부터 진동수주(Oscillating Water Column, OWC)라는 표현을 사용하였다. 진동수주형 파력발전장치의 장점은 터빈의 회전과 수위 변동만으로 에너지를 생성할 수 있다는 단순성이고, 따라서 파력발전장치 중 가장 광범위하게 연구되고 있는 분야이다. 본 연구에 인용된 진동수주형 파력발전장치 관련 논문들은 가장 초창기 모델인 추적용 부이부터 2021년 말 준공 예정인 선박해양플랜트연구소의 방파제 연계형 파력발전장치까지 나라별, 연도별, 형태별 등으로 분류하여 연구 경향 등을 검토하였다. In this research, development trends were analyzed focusing on recently published papers in the field of Oscillating Water Column(OWC) wave energy converter. The OWC device is installed to trap air above the free surface in the chamber, and a turbine generated through compression or expansion of the air in the chamber by the wave action. The early concept was first introduced to navigation buoys in the 1940s, and the expression “Oscillating Water Column(OWC)” has been used since the 1970s. The advantage of the OWC device is the simplicity that it can generate energy only by the rotor rotation and the water level fluctuations, so it is the most extensively researched field among wave energy converter. The papers related to the OWC device cited in this study were classified by country, year, and type from the earliest model, navigation buoys, to the breakwater-integrated OWC of the Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering(KRISO) scheduled to be completed in end of 2021, and research trends were reviewed.
바람과 파도의 방향에 따른 부유식 해상풍력발전시스템 하중 특성에 관한 수치적 연구
안현정(Hyeonjeong Ahn),하윤진(Yoon-Jin Ha),박세완(Sewan Park),김경환(Kyong-Hwan Kim),홍진욱(Jinwook Hong) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
본 연구에서는 바람과 파도의 방향에 따른 부유식 해상풍력발전시스템 하중 특성에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 본 연구의 대상 모델은 DTU 10MW 풍력발전기와 반잠수식 플랫폼인 LIFES50+ OO-Star이며, aero-hydro-servo-elastic의 연성해석이 가능한 NREL FAST를 이용하여 하중해석을 수행하였다. 본 연구에서는 바람의 방향은 0°로 고정하고 파도의 방향을 15° 간격으로 변경하는 조건들에서 부유식 해상풍력발전시스템에 작용하는 하중들을 검토하였다. 그 결과, 바람과 파도의 방향에 따른 비대칭 플랫폼의 하중 특성을 확인하였으며, 바람과 파도의 적절한 오정렬 간격을 제시하였다. In this study, a numerical study was conducted on the load characteristics of a floating offshore wind turbine system according to the direction of wind and wave. The target model of this study was a DTU 10MW reference wind turbine and a LIFES50+ OO-Star Wind floater which is the semi-submersible platform, and numerical simulation was performed using FAST developed by National Renewable Energy Laboratory(NREL), which is an aero-hydro-servo-elastic fully-coupled simulation tool. We confirmed the loads acting on the floating offshore wind turbine system under conditions where the wind direction is fixed at 0° and the wave direction is changed at 15° intervals. As a result, the load characteristics of the asymmetric platform according to the direction of wind and wave were confirmed, and an appropriate misalignment interval between wind and wave was suggested.