최신 선박해양구조물 개발 사례를 통한 풍력 분야 디지털 트윈 적용 방안 연구

Abstract

최근 지구온난화에 따른 기후변화 문제로 인한 재생에너지에 대한 중요성이 대두되면서 풍력발전에 대한 필요성이 부각되고 있다. 풍력발전은 에너지 수요 충족, 경제적 효율성, 지역자원 최적화 등을 위해 대규모로 설치 및 운용되고 있으며, 이에 따른 효율적인 운영 및 유지보수 기술이 요구된다. 선박 및 해양구조물 분야에서는 구조건전성 모니터링, 구조손상감지 등의 유지보수를 위해 실제 운용되는 구조물을 디지털 공간상에 모사하여 실시간으로 관찰, 분석할 수 있는 디지털 트윈(Digital Twin) 기술을 개발 및 적용하기 위해 많은 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 선박 및 해양구조물에 대한 디지털 트윈 적용 최신 사례에 대한 조사 및 분석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 풍력 분야에서의 디지털 트윈 적용 방안성을 검토하였다. 선박 및 해양구조물의 경우, 규모가 크고 복잡한 구조물이며, 실시간으로 변동하는 파랑하중이 작용하기 때문에 시뮬레이션시 많은 계산량이 요구되기 때문에 물리 기반 디지털 트윈 구축시 이러한 문제를 해결하기 위해 기계학습을 이용한 메타모델, 시스템의 차수를 축소하여 빠르고 효율적으로 사용자가 원하는 응답을 계산할 수 있는 다양한 차수축소기법 적용에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 풍력발전의 경우, 바람에 의한 동하중이 작용하며 특히 해상풍력은 선박 및 해양구조물과 같이 파랑하중이 작용하기 때문에 실시간으로 변동하는 하중을 고려한 물리 기반의 디지털 트윈 모델이 요구된다. 따라서 선박, 해양구조물에 적용하였던 디지털 트윈 구현기법에 대한 분석을 통해 다양한 차수축소기법별 특성 분석을 수행하였으며, 이를 바탕으로 풍력 분야에서의 적용 방안을 검토하였다.