• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.343-350
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• 2015

천해역에서의 해상풍력터빈의 기초 형식으로 모노파일, 트라이포드, 재킷 등의 고정식 기초 사이의 최적의 지지구조물 선별에 대한 논의가 세계적으로 활발하게 되어왔다. 다양한 기초 형식 가운데 어떤 기초를 최종 선택하기 위해서는 경제성과 함께 동적설계 측면에서의 검토도 필요하다. 이 연구에서는 고정식 기초를 해상풍력터빈의 기초로 적용하는 경우 전체 구조물의 고유주파수에 미치는 하중 및 지반 물성치의 불확실성의 영향을 정량적으로 검토하였다. 연구결과, 모노파일의 고유주파수의 변동이 가장 심한 것을 알 수 있었고, 따라서 모노파일 기초를 설계에 반영하는 경우에는 지반 물성치의 불확실성을 최소화시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권2C호
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• pp.61-68
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• 2012

일반적으로 해양 말뚝기초의 경우 해양 환경적 영향 및 시공상의 오차로 인해 수직도 오차가 필연적으로 발생한다. 해양구조물의 경우 수평하중이 아닌 수직하중에 의해 설계가 지배적이나, 해상풍력발전기 기초의 경우 수평하중이 지배적이며, 블레이드 회전에 의한 동적인 운동을 하는 구조형식으로 수직도 오차가 구조적으로 중요한 영향을 끼칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 5MW급 해상풍력발전기 모노파일 기초의 수직도 오차에 따른 기초와 지반의 구조응답 특성을 분석하였다. 해양환경하중은 ISO 기준에 의해 산정하였으며, 수직도 오차 범위는 $L/{\infty}$(=0), L/300, L/200 및 L/100로 선정하였다. 해석결과 수직도 오차가 없는 모노파일에 비해 L/100 오차를 갖는 지반의 부재력 최대 값이 약 7.2%정도 더 증가되는 것으로 분석되었다.

• 한국기계가공학회지
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• 제21권2호
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• pp.31-38
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• 2022

Recently, the development of offshore wind farms based on past technical experiences from onshore wind turbine installations has become a worldwide issue. This study investigated the technical issues related to offshore wind farms and large-diameter monopiles from an economic perspective. In particular, the monopile foundation system (MFS), which is the most important part of the proposed fast construction system, is applied for the first time in Korea, and structural verification is essential because it supports large-diameter monopiles and is in charge of excavation. Therefore, in this study, a rapid construction system for large offshore wind power generators was introduced, and stability verification was performed through the structural analysis of the MFS.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권9호
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• pp.47-58
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• 2014

본 연구에서는 해상풍력발전시스템(NREL 5 MW) 하중해석을 위해 필요한 기초구조물과 해저지반간의 상호작용 모델링 방안을 모색하고, 해상풍력시스템 해석프로그램인 GH-Bladed를 활용하여 하중해석을 수행함으로 지반모델링 방법과 설계하중조건에 따른 기초구조물 설계하중을 비교 분석하였다. 또한 상기 하중해석 결과를 기초구조물 해석프로그램 L-Pile에 적용하여 기초구조물 단면에 대한 안정성 검토를 수행하였다. 본 논문에서 정리한 기초구조물 모델링 방법인 고정단, winkler spring, coupled spring 모델과 설계하중조건 DLC 1.3, DLC 6.1a, DLC 6.2a의 해석결과를 바탕으로 모노파일의 단면변화를 관찰하였다. 그 결과 모든 설계하중조건에서 고정단, coupled spring 모델의 경우 모노파일의 단면이 직경 7 m, 두께 80 mm로 산정되었으며, winkler spring 모델을 적용하여 해석을 수행한 결과 모노파일의 단면이 직경 5 m, 두께 60 mm로 산정되었다. 본 연구를 통해 지반-기초구조물간의 상호작용 모델링 방법이 기초구조물의 설계 단면을 결정하는 하중해석 결과에 영향을 미친다는 것을 파악하였으며, 이러한 영향을 고려하여 해상풍력시스템 기초구조물을 설계한다면 기초구조물 설계 시 발생할 수 있는 과다 과소설계 가능성을 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권3호
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• pp.1346-1351
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• 2012

해상풍력발전기초의 국부세굴을 평가하기 위하여 3차원 수치해석인 FLOW-3D를 이용하여 모노파일과 자켓기초에 대해 해석을 수행하였다. 수치해석 결과에 의하면 모노파일과 자켓기초 레그 주위에서 국부적으로 유속이 증가하는 것으로 나타났으며, 그 후면에서는 후류 및 와류로 인하여 유속의 감소가 나타났다. 자켓기초의 경우에는 모노파일에 비해 단일 레그의 직경이 작고, 자켓레그 사이의 간섭효과 및 자켓구조물의 복잡한 형상으로 인하여 모노파일에 비하여 국부적인 유속 증가가 더 크게 나타났으며 세굴심이 더 깊게 형성되는 것으로 나타났다. 따라서, 해상풍력발전 기초의 세굴 평가 및 세굴방지공 설계시 하부구조물의 형상에 대한 고려가 필요한 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권4호
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• pp.222-231
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• 2016

최근 해상풍력터빈에 대한 하부구조물로 재킷 또는 트라이포드 형태의 고정식 하부구조물이 기존의 모노파일을 대체하는 좋은 대안으로 제시되고 있다. 이러한 재킷 또는 트라이포트 하부구조물은 이미 기술성숙도가 높고 25-50 m 사이의 중수심에서 경제성 확보가 가능하다. 본 논문에서는 모노파일을 포함하여 트라이포드, 재킷 하부구조물을 채택한 고정식 해상풍력터빈에 대하여 지반물성치 및 하중의 불확실성, 그리고 세굴 깊이를 고려하여 신뢰성 해석을 수행하였다. NREL 5 MW 풍력터빈 제원을 이용한 수치해석을 통하여, 지반물성치의 불확실성을 고려한 신뢰도 지수 분석 결과 모노파일 기초를 채택한 해상풍력터빈의 신뢰도 지수가 세굴깊이가 증가함에 따라 크게 감소하는 것을 알 수 있었으며, 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 경우 세굴깊이가 신뢰도 지수에 미치는 영향이 크지 않음을 알 수 있었다. 결론적으로 재킷 또는 트라이포드 기초를 채택한 해상풍력터빈의 경우 지반-말뚝 상호작용을 고려하지 않아도 구조 신뢰성 해석을 수행할 수 있으나, 모노파일을 채택한 경우, 신뢰성 해석 시 지반물성치 및 이에 포함되어 있는 불확실성의 정보가 상대적으로 중요함을 알 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.306-315
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• 2010

대규모 해상풍력 개발이 예상되고 있는 가운데, 이러한 대규모 단지개발을 위해서는 사전 환경영향평가가 매우 중요하다. 해상풍력단지 개발 후보지 중 하나인 전북 위도 부근 해역에서의 파랑 관측 자료를 토대로 파랑추산 모형을 검증하고, 해상풍력터빈을 위한 직경 5 m의 모노파일 기초 35기 설치시 파랑 거동에 미치는 영향을 검토하였다. 파랑추산 모형의 유의파고 계산 결과, 관측자료와의 RMS 오차가 0.35 m 정도로 재현성이 우수함을 확인하였으며, 터빈이 설치되는 경우 파고 감쇠율이 1% 미만으로 영향이 거의 없음을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.160-168
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• 2020

Depending on the water depth and composition of seabed, there exist different alternatives for the wind turbine supporting structures. Among several types of the structures, the monopile foundation is the dominant solution for support structure, accounting for over 80% of the offshore wind turbines in Europe. To develop the monopile foundation suitable for domestic ocean environment, a basic design of a transition piece was carried out. This paper presents the design procedure of a flange connected transition piece and results of the structural safety assessment.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.421-430
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• 2013

수평하중이 지배적인 해상 풍력발전기 설계 시에는 지반-기초구조물 거동을 정확히 모사하여야 상부구조물에 대한 정확한 거동예측이 가능하며, 합리적 설계가 이루어질 수 있다. 현재 다양한 지반 모델링 기법이 존재하나, 모노파일 기초 설계 시, 각 해석 기법에 대한 충분한 검증 절차 없이 해석 결과를 그대로 사용할 경우 구조물을 과다 및 과소하게 설계할 우려가 있다. 이에 본 연구에서는 지반 모델링 기법 차에 따른 모노파일의 부재력 및 수평변위 차를 비교 분석하였다. 검토 결과 고정단 모델은 최대 수평변위를 과소평가 하여 사용성 검토 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났으며, 고정단 모델, 지반강성행렬 모델은 모노파일의 부재력을 과소평가하는 것으로 나타났다. 반면 가상고정점 모델은 모노파일의 부재력을 과대평가하여 경제성 측면에서 적합하지 않은 것으로 나타났다. 지반반력계수 모델과 p-y곡선 모델의 경우 3D 지반 모델링 해석 결과와 비교적 유사한 수평변위 및 부재력을 나타냈으며, 지반을 2D로 모델링한 경우 타 모델링 기법에 비해 과대한 수평변위와 부재력을 산정했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.690-696
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• 2017

국내 외에서 다양한 형태의 석유 대체에너지는 온실효과 가스를 배출하지 않는 청정에너지로 개발되고 있으며, 특히 해상풍력은 풍력 자원이 풍부하고 육상보다 풍력 감소가 상대적으로 작아 다양하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 해상풍력기초의 세굴현상을 분석하기 위해서 Flow-3D 모형을 이용하여 모노 파일과 삼각대 파일 기초에 대하여 수치모의를 수행하였다. 직경이 다른(D=5.0 m, d=1.69 m) 모노 파일 형식과 직경이 동일한(D=5.0 m) 모노파일에 대하여 세굴현상을 평가하였다. 수치해석 결과, 동일한 직경을 가진 모노파일에서 하강류가 증가되었으며, 최대세굴심은 약 1.7배 이상 발생하였다. 삼각대 파일에 대하여 관측유속과 극치파랑 조건을 상류경계조건으로 각각 적용한 후 세굴현상을 평가하였다. 극치파랑조건을 적용한 경우 최대 세굴심은 약 1.3배 정도 깊게 발생하였다. LES 모형을 적용하였을 경우 세굴심은 평형상태에 도달한 반면, RNG $k-{\epsilon}$ 모형은 해석영역 내 전반적으로 세굴현상이 발생하였으며, 세굴심은 평형상태에 도달하지 않았다. 해상풍력기초에 대하여 세굴현상을 평가하기 위해서 수치모형 적용시 파랑조건 및 LES 난류모형을 적용하는 것이 타당할 것으로 판단된다.