As an offshore wind power turbine is bigger, a new-type supporting structure is required reduce any probability of risk such as its buckling failure. In this study, we analyzed free oscillation of ICH RC wind power tower based on the design sections in the previous study. Also, we checked the safety by resonance between designed ICH RC wind power towers and various commercial wind power turbines. The eigenvalue analysis results showed that the designed ICH RC wind power towers were free from the resonance by turbines.

In the case of the current ICH RC wind power tower, the design method is getting quite complicated especially if it gets higher. So we, based on the previous basic cross section designs of ICH RC wind power tower, have mapped out the tower structures considering the correlation between their heights and diameters in this research. The cross section dimensions along the tower height were designed according to recommendations of ‘Design Criteria for Concrete design (2012).’ The cross sectional diameter of the wind tower decreases as its location is higher, and this decreasing diameter accorded with the decreasing bending moment. All designed cross sections and tower modules were evaluated of their bending moment capacities and compared with the design moment. The analysis results and comparisons showed that all designed modules satisfied their required capacities.

Internally confined hollow reinforced concrete (ICH RC) wind power towers were designed for various turbines sizes. Their cross sections were designed to have equal diameters to those of general steel wind power towers corresponding 3.6MW and 5.0MW turbines. And also, the sections with the average diameter of 3.6MW and 5.0MW turbines were designed. For the determined diameters, several cross sections were designed for various hollow ratios. The designed sections were set to have almost equal longitudinal reinforcement ratios. The performance analyses for the designed cross sections were carried out and the analysis results showed that the ICH RC wind power tower had enough strength for the required design loads.

대형 해상풍력 터빈을 지지하기 위해 이중관 콘크리트 충전(Double-Skinned Concrete Filled; DSCT) 풍력 타워가 개발되고 연구되고 있다. DSCT 풍력타워는 내·외부 튜브가 존재하고 그 사이가 콘크리트로 채워진 구조로 되어 있기 때문에 대형화하여 시공하기 위해서는 풍력타워의 모듈화가 필수적이며, 연결부는 본체의 성능 이상의 강도를 확보하여야 한다. 본 연구에서는 DSCT 풍력타워의 모듈화를 위하여 소켓형식과 H형 커넥터, 그리고 용접 몰탈 주입형과 같이 3종의 연결부를 개발하고 일체형 DSCT 풍력타워와 비교하여 성능 해석을 수행하였다. 각 개발 연결부에 대하여 정적해석과 동적해석을 수행하였다. 하중 변화에 따른 타워 상단의 변위를 비교하고 횡방향 변위에 따른 최대응력과 각 연결부에 작용하는 응력을 분석하였다. 기존의 실험 결과와 해석 결과를 비교하였으며, 해석에 의해 산출된 접합형식에 따른 탄성 구간 내 하중-변위 선도가 실험 결과와 유사하게 나타났으며, 상세검토를 위해 추가적인 재료비선형 해석이 필요한 것으로 나타났다.

화석에너지의 고갈에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 증대하고 있으며, 풍력발전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 점차 대형화되고 있는 풍력발전 터빈에 대응하여 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC; Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 구조를 적용한 풍력타워를 제안하고 설계하였다. 기존의 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈에 대응하는 강재타워와 동일한 외경을 갖는 두 단면과, 두 단면 외경의 평균값을 갖는 외경에 대해 단면설계를 수행하였다. 각각의 단면에 대해 중공비를 50%~90%까지 변화시켜 단면을 설계하였다. 설계된 단면에 대해 재료비선형과 콘크리트의 구속효과를 고려하여 축력-모멘트 상관해석을 수행하고 모멘트-횡변위 해석을 수행하였다. 해석 결과, ICH RC 풍력타워는 강재타워보다 작은 외경으로 요구되는 축강도와 모멘트 강도를 발휘함을 보여주었다.

최근 풍력에너지에 대한 관심과 요구가 증가함에 따라, 강재타워 이외에 콘크리트 풍력 타워 및 합성형 풍력타워에 대한 연구가 진행되고 있다. 해상풍력발전에서는 터빈의 대형화 추세에 맞춰 지지구조인 타워 또한 대형화되고 있으며, 강재 타워의 경우 세장비 증가로 인하여 좌굴 문제가 대두되고 있다. 따라서 대형 터빈에 대응하는 합성형 풍력 타워가 개발되고 있으나, 단일 타워 구조의 경우, 모멘트에 지배되는 풍력타워의 특성상, 모멘트에 대해 안전한 설계를 하게 되면 축하중에 대해서는 과다설계가 이루어지며, 풍하중 및 해양 하중 또한 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다수의 소구경 합성기둥을 적용한 복합형 풍력타워를 제안하였으며, 각 소구경 합성기둥의 배열에 따라 동일 모멘트 성능을 발휘할 때 기둥 단면적의 변화를 살펴보고, 그 관계를 도시하였다.