In alignment with South Korea's “3020 Renewable Energy Expansion Plan,” this study focuses on the developing large-scale floating wind turbines. It addresses the challenges of increased size and cost in floating structures for wind turbines over 10MW. This paper details the preliminary design of a novel floating substructure utilizing composite materials(ie, EVA). Structural analysis was performed using ABAQUS, accounting for both typical and extreme wind conditions. Results from the analysis validate that the substructure design is adequately feasible for implementation.

본 연구에서는 Monopile 방식 풍력발전기 강구조물의 부식을 방지하기 위하여 S355 steel의 표면 거칠기에 따른 용사 코팅 상태에 관한 연구를 수행했다. 일차적으로는 시편별 서로 다른 표면거칠기를 부여하기 위해 밀링머신에 페이스 커터를 결합하여 시편별로 다른 조건의 Ra값 기준 표면거칠기를 부여했다. 실험 조건으로는 시편 가공 시 4가지의 회전속도(60, 400, 1200, 2000 rpm), feed rate 150(mm/min) 조건을 선정했다. 2차로는 와이어 용융 방식의 아크 용사 코팅을 실시했다. 코팅 조건으로는 분사 거리 200mm, 전압 24V, 전류 120A, 분사 압력 5bar, 와이어 삽입 속도 30g/mm, 와이어 직경 2mm이다. 용사 코팅 후 FE-SEM으로 표면을 관찰한 결과 모든 시편의 S355 면과 코팅층(아연-알루미늄) 사이에 유격이 발생하지 않고 성공적으로 안착이 되었음을 확인할 수 있었다.

국내에서 일어난 해양사고 발생 현황을 보면 평균적으로 약 8.5% 정도 사고 발생건수가 증가하는 추세를 보이고 있으며, 부선, 예인선, 유·도선 및 부유식해상구조물에서도 동일한 경향을 나타내고 있다. 본 연구에서는 국내 부유식해상구조물을 종류에 따라 분류하 고, 선박안전법, 어선법, 낚시 관리 및 육성법 등 관련 국내법을 참고하여 부유식 구조물의 종류에 따른 기준체계와 적용 범위를 검토하고 자 하였다. 아울러 해상 환경을 고려하여 국내 규정을 적용함에 있어 구조적으로 취약한 부분과 안전상의 사각지대에 놓인 위험 요소를 조기 발굴하고, 발굴된 위험 요소에 대해서 효과적인 개선 방안을 도출하고자 하였다.

기존 화석 연료의 고갈 및 환경오염의 문제와 대용량 발전을 위하여 해양환경 및 자원을 이용한 친환경에너지 발전에 대한 연구 및 개발이 증가하고 있으며, 이 중 높은 발전 효율을 가진 해상태양광 발전에 대한 연구가 크게 증가하고 있다. 환경하중이 비교적 약한 내수조건과 달리, 환경하중이 강한 해양에서의 태양광 발전을 위해서는 더 강한 강성의 구조재를 사용해야 한다. 하지만, 구조재의 생 산 가능성, 무게를 포함한 구조물 특성 및 경제적 효율성 등의 제약조건이 발생할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 부유식 방파제를 설 치함으로써 태양광구조물에 작용하는 파랑하중을 감소시켜 구조재의 강성 강화를 최소화하고자 하였다. 부유식 방파제의 크기 및 구 조물로부터의 거리를 변화하여 이에 따른 파랑하중 및 구조재 응력의 감소 정도를 확인하였다. 다수 부력체의 상호간섭을 고려한 파 랑하중의 경우, 고차경계요소법(Higher-Order Boundary Element Emthod)을 이용해 산정하였으며, 구조재에 작용하는 응력은 유한요 소법(Finite Element Method)을 통해 평가하였다. 각 조건에서의 최대응력을 분석 및 비교함으로써 해상태양광 발전 시스템에 대한 부 유식 방파제의 영향을 확인하였으며, 부유식 방파제의 크기가 파랑하중 및 구조재 응력 감소에 큰 영향을 미침을 확인하였다.

신재생에너지 신규설비 보급이 매년 꾸준히 증가하고 있으며, 그중 개발 확장성이 풍부하고 생산유발계수가 큰 해상풍력 시장이 급성장하고 있다. 특히 서남해 권역은 최고 수준의 해상풍력 잠재량을 보유하고 있으며, 관련 프로젝트들이 추진 중이다. 본 연구는 점토층 지반에 효과적인 해상풍력 하부구조물의 개발에 있어 EUROCODE에 의한 구조물의 설계 절차를 제시하고 구조 안전성을 고찰하여 관련 기술 분야에 이바지함을 목표로 한다. 선행연구에서는 풍력발전기 용량이 5MW급을 주요 대상으로 하였으나, 서남해 해상 풍력발전기 시장의 기술 추세에 부합하는 발전 용량 8MW급을 연구 모델로 선정하였다. 이에 본 연구에서는 서남해 지질 조건에 부합하는 하부구조물을 개발하고, 구조 안전성을 유한요소법을 활용하여 검증하였다. 초기 설계안에서 일부 구간을 보강하여 구조 안전성을 확보하였다. 본 연구 결과를 기반으로 하여, 향후 다양한 형태의 하부구조물에 대한 구조 안전성 평가가 가능하며, 전문화된 구조 설계 및 평가 기준을 확립하였다.

본 연구에서는 콘크리트 석션식 지지구조물을 사용한 해상풍력발전시스템의 지진응답 해석을 수행하여 그 거동 특성을 파악한다. 전체 시스템을 RNA, 타워, 지지구조물로 구성된 구조계와 이에 접하고 있는 유체 및 지반의 부분구조로 분리하여 운동방정식을 유도한다. 구조계에 작용하는 유체의 동수압과 지반의 상호작용력을 산정하고, 이를 구조계의 운동방정식과 결합하여 전체 시스템의 지배방정식을 도출한 후, 이 방정식의 해를 구하여 해상풍력발전시스템의 지진응답을 계산한다. 해 석 결과로부터 지반-구조물 상호작용은 콘크리트 석션식 지지구조물에 의해 지지된 해상풍력발전시스템의 지진응답을 크게 증가시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 특히, 지반의 유연성으로 인해 시스템의 고차 고유모드 응답이 증가할 수 있으므로, 해 상풍력발전시스템의 동적거동 산정 시에는 반드시 지반-구조물 상호작용의 효과를 고려하여야 할 것이다.

최근 신재생 에너지 중 하나인 풍력발전에 대한 관심이 증가하고 있다. 풍력발전은 토지구입비, 소음문제에 자유로운 해상풍력으로 추세가 옮겨가고 있으며 이를 위한 연구개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 그러나 해상에 위치한 풍력발전을 위한 설계기준은 국내, 국외 모두 없는 실정이다. 이 점을 고려하여 국내, 국외의 구조설계기준인 도로교 설계기준, 항만 및 어항 설계기준, DNV OS를 참고하여 다중 파일기초 콘크리트 지지구조물(MCF)의 내진해석을 수행하여 결과를 비교하였다. 또한 시간에 의한 효과를 확인하기 위하여 시간이력 해석 또한 수행되었다. 부가질량법(Added-mass method)을 사용하여 물과 구조의 상호작용을 고려하였고 물의 유무에 따라 구조물의 반응을 비교하였다.

이 논문에서는 유체-구조물-지반의 상호작용을 고려한 해상풍력발전기의 지진응답해석법을 제시하였다. 풍력발전기는 tower와 그 정점에 집중된 질량으로 모델링 되었다. 이 tower는 유연한 해저지반에 기초하고 있는 튜브형 cantilever로 이상화하였다.Tower와 해수 간의 동적 상호작용, 기초와 지반간의 동적 상호작용이 고려된 유체-구조물-지반 연성계의 지배방정식은 부분구조법과Rayleigh-Ritz방법에 의해서 유도되었다. 해수는 압축성 비점성 이상 유체로 이상화하였다. 해수로 포화된 층상지반에 놓인 footing의동적 강성은 Thin Layer법에 의해서 계산하여 상부구조물 모델과 결합시켰다. 이 해석법을 해상풍력발전기 모델의 지진응답해석에 적용하였다. 해석 결과를 준거해와 비교해서 제안한 해석법의 타당성을 검증하였다. Tower의 유연성, 지반의 강성이 해상풍력발전기 지진거동에 미치는 영향을 분석하였다. 유체-구조물 상호작용과 지반-구조물 상호작용의 지진응답에 대한 상대적인 중요도를 비교 평가하였다.

제주도 월정 앞바다에서 건설 중인 4MW 해상풍력단지의 설계자료를 준비하기 위하여 측정-상관-예측(MCP)방법을 이용하여 단기간 풍황탑 자료로부터 장기간 풍황자료를 재생산하였다. 두 참조지점으로서 제주, 구좌 기상관측소와 선형회귀 MCP, 행렬 MCP 조합에 대한 정량적 오차분석을 실시한 결과 구좌와 행렬 MCP에 의한 장기간 보정이 가장 최선의 조합임을 도출하였다. 재생산된 풍황자료를 이용하여 월정해상 풍력발전기의 형식등급을 결정하기위한 표준난류모델 및 극한풍속모델 해석을 수행하였다. 50년 회귀주기의 10분-단위 극한풍속을 예측하기 위해 재생산된 8.5년의 월정 풍황을 검벨 분포로 해석하였다. 이에 의하여 결정된 풍력발전기 형식등급은 II A인 것으로 나타났다.

본 연구에서, 서남해안지역, 해상구조물에 대한 설계풍속을 산정하였다. 장기 풍속 시계열을 이용한 극치빈도 분석법과 태풍자료를 이용한 태풍 시뮬레이션의 두 가지 방법으로 기본풍속을 산정하였으며, 두 가지 방식 모두 일관된 기본풍속을 추정하였다. 해상구조물의 경우, 해상을 풍상측으로 하는 풍속이 불어올 수 있으며, 이런 경우 해상에서의 점착 조건에 의해서 경계면에서 풍속이 0이 아닌 해수의 흐름속도가 되어 지상풍속보다 빨라지게 된다. 이와 같은 경우의 설계풍속은 지상조건의 설계풍속보다 약 20% 크게 추정된다.

해상풍력 지지구조물은 설치과정에서 수직도 오차가 발생하여 풍력발전기 전체 구조의 안전성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 콘크리트 중력식 해상풍력 연결부에서 PS 앵커와 앵커체결구 그라우트를 사용하여 수직도를 조정할 수 있는 방안에 대한 연구를 수행 하였다. 연결부는 5MW급 해상풍력 지지구조물에서 발생한 수직도 오차를 최대 0.5°까지 보정하는 것을 목표로 하였다. 우선, 수직도 조정이 가능한 해상풍력 연결부에 대해 주요 부재별 설계안과 설계절차를 제안하고, 제주도 해상지역을 대상으로 설계 제원을 산출하였다. 그 후, 설계 제원에 대해 비선형 3차원 유한요소해석을 수행하여 설계안의 적정성을 검토하였다. 검토 결과, 하중 전달 메커니즘과 연결부 발생 응력 확인을 통해 제안 설계안은 0.5°의 수직도 오차를 보정하여도 안전하다고 판단하였다.

The transition piece of the offshore wind power support structure transmits the load of the tower stably to the support structure on the lower side. The transition piece of the offshore wind power support structure should solve the stress concentration problem in design. In this paper, in order to solve the stress concentration problem occurring at the transition piece of the offshore wind power support structure, the location and the mitigation of the stress concentration have been studied.

In this study, Integrity evaluation of offshore wind turbine substructure was carried out. The strain values obtained by strain gauges circularly installed on upper part of the substructure was converted into vertical and moment load. Considering directions of the moment load through FEM, the most conservative P-M interaction diagram of the model was graphed. Obtained load values were evaluated by utilizing P-M interaction diagram.

The purpose of this study is to provide basis data that can be used to establish an efficient maintenance system for the corrosion of off-shore structures by comparatively analyzing the present offshore concrete and steel structure corrosion sensors and monitoring techniques under development.

Transition piece of offshore wind turbine tower is one of the main parts which takes the direct load and pass on to the lower support structure. In this study, a new design method for the transition piece has been developed. The trasition piece was designed based on the the load flow which was analyzed by approximation and was evaluated by FEM.