An ICH RC (internally confined hollow reinforced concrete) tower for supporting 5.0MW wind turbine was developed and its standard sections were designed. It was found that ICH RC wind tower is satisfied with maximum 200% bigger moment which is required for pre-existing steel tower. Also, the results from the FAST showed that 5.0MW turbine can be normally operated with the ICH RC tower.

A standard design section of a FRP DSCT wind power tower supporting 3MW was suggested and designed through AutoDSCT and CoWiTA programs. The thicknesses of the FRP tubes were optimized and by using the parameters of designed tower, the performance of the new type wind tower was evaluated via FAST program.

In offshore, various external forces such as wind force, tidal current and impulsive breaking wave force act on offshore wind tower. Among these forces, impulsive breaking wave force is especially more powerful than other forces. Therefore, various studies on impulsive breaking wave forces have been carried out, but the soil reaction are incomplete. In this study, the p-y curve is used to calculate the soil reaction acting on the offshore wind tower when an impulsive breaking wave force occurs by typhoon. The calculation of offshore wind tower against impulsive breaking wave force is applied for the multi-layered soil. The results obtained in this study show that although the same wave height is applied, the soil reaction generated by impulsive breaking wave force is greater than the soil reaction generated by wave force.

Authors investigated the fatigue bond performance on the grouted joint connection of wind tower. High strength cementeous grout has 140MPa of a compressive strength was incerted in the gap of small scaled steel tube simulated the wind tower joint. The stress level was 65 and 74% of static strength that is 35MPa, respectevely. From the test, each specimens endured the repeated loads up to 2,000,000 cycles.

Based on the study of rapid construction method for concrete tower for offshore wind farms, it was found that the precast concrete segment was effective to achieve short term construction on bad weather condition. Also 20m length of segment was selected for tower installation to use same crane carrying nacelle.

Probabilistic risk of an offshore wind turbine tower-monopile foundation structure is investigated using in this paper. It can consider both soil-structure-fluid coupled effect in the system and a large amount of variability in both ocean environmental load and soil resistance.

대형화되고 있는 풍력발전 터빈에 대응하여 내부구속 중공 철근콘크리트(ICH RC; Internally Confined Hollow Reinforced Concrete) 구조를 적용한 풍력타워 제안되고 연구되고 있다. 이에 기존의 3.6MW 터빈과 5.0MW 터빈에 대응하는 ICH RC 풍력타워 단면이 설계된바 있다. 하지만, 풍력발전 터빈은 큰 질량을 갖는데 비해 타워는 세장비가 매우 크기 때문에, 풍하중 등의 횡하중이 작용할 때 발생하는 변위가 증가함에 따라, 터빈의 자중에 의한 대변위 효과에 따라 실제 횡력에 저항할 수 있는 모멘트 저항성능은 감소한다. 따라서 안전한 풍력발전 타워의 설계를 위해서는 대변위 효과를 고려하여 실제 횡력에 저항할 수 있는 타워의 모멘트 성능을 계산하는 것이 중요하다. 이에 본 연구에서는 기존 설계된 단면에 대해 터빈 자중에 의한 대변위 효과를 고려하여 모멘트-횡변위 해석을 수행하였다. 해석결과, 터빈 자중에 의한 대변위 효과로 인하여 풍력타워의 실 모멘트 저항 성능 감소분이 상당하며, 안전한 풍력타워의 설계를 위해서는 대변위 효과가 반드시 고려되어야 함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 모듈러 DSCT 풍력 타워의 볼트접합방법을 택하여 해석하고 성능을 검토하였다. 기존방식은 용접을 활용한 접합방법이 많이 사용되어 왔다. 하지만 현장에서 시공하기에는 용접접합방법보다 볼트접합방법이 더 간편하고 효율적이라고 판단하였다. 볼트접합방법을 사용한 모듈러는 총 2가지 방법으로 Case1은 상단부의 10mm만을 강재판으로 용접하고 하단부 125mm는 볼트접합한 상태이며, Case2는 상단부 60mm을 H의 형태의 링에 용접하고 하단부 125mm는 볼트접합을 한 형태이다. 이를 범용 유한요소해석프로그램인 ABAQUS 6.12로 재료비선형해석을 수행하였다. 수행 전에 간단한 Mesh검증과 모델검증을 통하여 모델의 타당성을 증명하였다. 재료비선형해석을 수행한 결과 연결부를 사용하여 조립한 모듈러 DSCT 풍력타워와 일체형 DSCT 풍력타워의 전체거동은 거의 차이가 없었음을 확인하였다. 또한 2가지 형식 모두 연결부에서 국부적인 응력이 발생하지만 그 응력 값이 지점부에서 발생하는 응력보다 작기 때문에 모듈러 DSCT 풍력타워의 성능을 지배하는 요인은 단면이 갖고 있는 성능에 의해 지배된다는 것을 의미한다. 그러므로 현재 사용하고자 하는 볼트접합방법이 안전함을 보여주었다.

세계적으로 기후변화 및 에너지 수요로 인하여, 신재생에너지 개발 수요가 증가하면서, 특히, 풍력에너지에 대한 세계시장이 지속적으로 성장하여왔고, 국내에서도 동일한 제주도를 시작으로 하여, 서남해 지역에도 2.5GW 해상풍력단지의 개발계획이 진행되고 있다. 풍력발전기의 제작기술이 급속히 발전하여 대형화되는 추세에 있고, 안정하면서 경제적이며 효율적인 지지구조물로 버켓기초가 제안되고 있다. 본 연구에서는 버켓기초형식의 지진하중에 대한 거동을 분석하는 실험연구를 수행하였다. 이를 위하여 동적원심모형실험을 수행하였다. 동적원심모형실험은 대전 K-water연구원에 설치되어 있는 대형 빔형 원심모형실험장비(유효반경 8 m, 용량 800 G-ton)에 탑재된 진동대를 활용하였다. 대상 구조물은 1/240 스케일로 축소모형으로 모사되었다. 상부구조물은 NREL 5MW reference turbine과 타워의 제원을 바탕으로 등가의 주파수특성을 가지는 1자유도구조물로 모사하였다. 모형지반은 SP로 분류되는 모래지반에 대해 수행되었다. 2개의 계측기록지진파와 2개의 인공파형이 통제점 기반암에 가진되었고, 거동을 분석하였다. 버켓기초의 지지를 받는 해상풍력타워구조물의 동적특성과 변형특성이 분석되었다. 향후 해상풍력구조물의 내진설계에 중요한 자료가 될 것으로 기대된다. 그러나, 점토지반을 포함하는 지반에 대한 연구가 필요하다.

고강도 그라우트재가 적용된 해상 풍력 발전 타워 자켓-파일 연결부의 설계를 위하여, 국외 해상풍력발전 타워 설계기준에서 제공하고 있는 그라우트 연결부 설계기준을 검토하였다. 해상 풍력 발전 타워 자켓-파일 기초의 연결은 sleeve의 내측과 파일의 외측에 링 모양의 전단키를 설치하고, 그 사이를 모르터로 채워 연결하는 방식으로 적용된다. 현재 DNV-OS-J101 및 NORSOK 등의 설계기준에서는 모노파일의 연결부 형식과 자켓-파일 연결을 모르터를 이용한 연결방법으로 설계기준이 정립되어 있으나, 설계기준별로 추천하고 있는 그라우트재의 강도는 상이하다. 본 연구에서는 콘크리트의 압축강도(fck), 전단키의 높이(h), 전단키의 간격(s) 및 그라우트 간격(tg)에 따른 연결부의 강도를 분석하기 위하여, 재료비선형 유한요소해석을 이용하여 구조적 거동분석을 수행하였다. 전단키의 간격에 따른 모르터와 전단키의 파괴양상을 확인하였으며, 이를 설계기준에서 제시하고 있는 강도와 비교하였다. 해석 결과를 이용하여 설계기준에서 제시하고 있는 전단키의 간격별 파괴모드와 유한요소해석결과의 파괴모드를 비교분석하여, 고강도 그라우트재의 적용성을 평가하였다.

신재생 에너지에 대한 세계적인 관심이 증대됨에 따라 풍력발전시장의 성장 및 대형화 또한 지속적으로 이루어지고 있으며 이에 대한 구조적 특성 분석 및 해석에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 풍력발전타워의 형식 가운데 가장 많이 이용되고 있는 원형 강관타워는 여타 토목구조물에 비해 상대적으로 간단한 모델로 구성되지만 구조물의 특성 상 불규칙적인 동적하중이 지속적으로 작용하며 이에 대해 적절한 동적 거동 분석이 필요하다. 구조물의 해석에 있어 정밀한 해석모델을 이용한 해석은 간단한 모델의 그것에 비해 정밀한 결과를 보일 수 있지만 상대적으로 많은 노력과 시간을 요구한다. 효율적인 구조해석을 위해 해석에 사용되는 모델은 가능한 한 간단해야 하지만 구조물의 특성을 반영하지 못 할 정도로 지나치게 간소화해서는 안 된다. 원형 강관 풍력발전타워에 대한 구조해석은 쉘 요소 및 보 요소를 통해 많은 연구가 진행되고 있으며 보 요소 모델에 대한 해석의 편의성을 이용한 해석 시 Tapered 쉘 요소를 주로 Stepped-Beam으로 묘사하여 해석에 이용한다. 본 연구에서는 원형 강관 풍력발전타워의 모델링 방법에 따른 동적 거동을 분석하고 간소화 모델에 대한 구조물의 특성 반영정도를 검토하였다.

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.

In this study, bond performance of grouted joint with high performance cement grout was verified. The grout which the compressive strength of grout was over 120MPa. was applied for wind turbine tower connections. From the results, the connection joint using high performance grout has sufficient bond strength.

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.

Finite element analysis using Tower of the beam element. Investigate the mechanisms leg buckling of tower parts. Characterization of the role and behavior of aids and aids to optimize the use of the present one square Envoy maximize workability and economy. The proposed square Envoy existing triangle to reveal that more than reasonable and the absence of nodal wind load compared to the size of history.

Wind Turbine Tower takes about 26.3% of overall wind turbine cost. So tower shell design is very important part. When designing tower eigenfrequency, strength analysis, fatigue strength analysis, buckling analysis and flange connection analysis have to considered. This paper contains procedure of tower analysis and compare ABAQUS result with design specification

For the optimized design of the wind turbine tower, demonstrate the superiority of ability to resist the lateral load on the ICH-CFT, i.e. ability to resist the moment, compared to Steel Tubular Type that is mainly used in the existing, by using P-M Diagram