Abstract
The concept design of a riser for Ocean Thermal Energy Conversion in 10 MW is proposed and its dynamic behaviour characteristics is analyzed with numerical method. A riser pipe with a hollow along its thickness in the cross-section to increase the effective modulus of its cross-section is designed considering the manufacture. The riser pipe without hollows along its thickness needs a lumped weight at the bottom end of a riser in order to keep its vertical hanging configuration from large buoyancy and the strong current. The riser is designed to control its density by inserting materials in high or low density into a hollow. The dynamic behaviour characteristics of the two designed risers is evaluated with the developed numerical analysis tool. The combined stress of the riser with a lumped weight is showed to be dominated by weight of a lumped mass. The riser with no hollow shows large combined stress near sea surface by strong current. Local structural analysis for the cross-section of a hollow riser is needed in detail.
본 연구에서는 10 MW 용 라이저의 개념설계를 수행하며, 수치해석을 통하여 개념설계안에 대한 동적거동 특성을 분석한다. 전체 시스템은 크게 두 가지 개념으로 제안하며, 라이저가 자유롭게 매달린 형상을 가지는 경우에 대하여 라이저의 단면 설계를 수행한다. 라이저의 단면계수를 증가시키고, 비중을 조절하기 위하여 라이저 두께에 따라 중공을 형성하는 설계안에서는 라이저 아래 끝단에 중량체를 설치한다. 중공 없이 균일한 FRP 재질로 이루어진 라이저는 끝단 중량체 없이 자유롭게 매달린 형상으로 설계된다. 두 가지 설계 개념에 대하여 거동 특성 분석과 안전성 평가를 위하여 동적 거동해석을 수행한다. 끝단 중량체가 설치된 중공을 가지는 라이저의 응력은 중량체의 중량에 지배되는 것을 알 수 있다. 중량체 없이 자유롭게 매달린 라이저는 강한 조류가 작용하는 환경에서 파랑 및 부유체 가진이 작용하는 경우에, 해수면 부근에 응력이 집중되는 것을 알 수 있다. 자유롭게 매달린 대구경 라이저의 설계에서 조류는 매우 중요한 설계 요소라는 것을 알 수 있으며, 라이저 하부 끝단에 중량체를 설치함으로써 응력을 일부 줄일 수 있다는 것으로 나타났다.
