인장각형 부유식 해상풍력 발전시스템의 운동 특성에 관한 모형시험 연구

Abstract

기후위기 대응을 위한 탄소중립을 목표로 재생에너지를 활용하기위한 다양한 노력이 지속되고 있다. 바람에너지를 효과적으로 활용하기 위해 대형 풍력터빈이 개발되는 추세이지만, 육상의 설치공간 및 이송설치 등의 어려움에 직면하고 있다. 최근 육상에서의 어려움과 해상의 풍부한 바람에너지 활용 측면에서, 부유식 플랫폼을 적용한 해상풍력 발전시스템의 개발이 각광받고 있다. 부유식 해상풍력 시스템에 적용가능한 대표적인 부유체 형식은 반잠수식(Semi-submersible), 인장각식(Tension Leg Platform), 스파식(Spar)으로 구분되며, 각 형상에 따른 유체동역학적 특성의 차이는 내항성능에 직접적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 선박해양플랜트연구소의 해양공학수조에서 수행된 인장각형 부유식 해상풍력 발전시스템의 모형시험 결과에 기반하여 내항성능에 관해 논하고자 한다. 부유식 플랫폼과 풍력터빈 간의 역학적 상사성을 부합시키기 위해 실제 규모의 풍력터빈 공력하중을 시뮬레이션에 기반해 산출하고 이를 실험 모형과 연동하였다. 시뮬레이션으로부터 산출된 풍력터빈의 공력하중은 타워 상부에 설치된 덕트팬(Duct fan) 시스템을 이용하여 실시간 구현하였고, 이에 따른 부유식 플랫폼의 거동은 시뮬레이션에 반영되었다. 다양한 설계하중조건(Design Load Case)에 해당하는 해양환경조건(파도, 바람 및 조류)을 재현하여 부유식 해상풍력 발전시스템의 운동 및 하중 특성을 분석하였고, 이를 통해 부유식 해상풍력 발전시스템으로의 인장각식 플랫폼의 적용성을 검토하였다.