• 기계와재료
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• 제22권2호
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• pp.72-81
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• 2010

본고에서는 유럽, 미국, 일본에서 활발하게 수행되고 있는 해상 풍력발전시스템을 위한 부유식 플랫폼에 대한 연구활동 및 기술내용에 대해서 논하고자 한다. 아직까지 부유식 해상 풍력발전 시스템이 실증되지는 않았지만 현재 실증을 추진하고 있으며, 앞으로 늦어도 10년 내에 부유식 해상풍력 발전단지의 조성이 가시화 될 것으로 예상하고 있다. 본고를 통하여 지금까지 부유식 해상풍력 발전시스템으로 제안된 여러 가지 형태의 개념설계안을 검토하였다. 육지 면적이 좁고 인구밀도가 높은 반면에 삼면이 바다로 둘러싸여 있는 우리나라에서도 부유식 해상 풍력발전 시스템 기술개발이 필요할 것으로 판단된다. 이를 위하여 우선적으로 풍력발전 시스템 자체의 성능을 예측하고 해석할 수 있는 프로그램의 개발과 해상에서 이를 지지하는 플랫폼의 거동예측 프로그램을 결합한 시스템적인 설계해석 프로그램의 자체개발 및 보유가 필요하다. 이를 위해서는 풍력발전 분야의 전문가들뿐만 아니라 플랫폼을 설계할 수 있는 해양공학 분야의 전문가들과의 융합연구가 요망된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권3호
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• pp.223-232
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• 2015

본 연구에서는 부유식 파력-해상풍력 연계형 발전시스템의 기반구조물 개념설계에 대한 내용을 다루고 있다. 세계적으로 해양 신재생에너지에 대한 관심이 커져가고 있다. 파력과 해상풍력은 다른 해양에너지원과 더불어 주요 관심이 되는 에너지원으로서 발전적지가 대체로 일치한다는 특징이 있다. 따라서 파력과 해상풍력을 복합하여 발전하는 시스템은 경제적으로 많은 이점이 있고 이미 여러 나라에서 파력-해상풍력 복합발전 시스템을 개발하고 있다. 이에 따라 우리나라에서도 10MW급의 파력-해상풍력 복합발전 시스템을 개발하기 위한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 다수 풍력발전기와 파력발전기의 배치를 고려하여 반잠수식 구조물이 설계되었다. 또한 설치해역의 환경을 고려하여 계류시스템과 파워케이블이 설계되었다. 본 논문에서는 이러한 복합발전 플랫폼의 개념설계 결과를 제시하고 다양한 발전시스템의 배치를 고려한 설계상의 어려움을 토의하고 설계 방법을 제시한다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.455-463
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• 2012

본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권1호
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• pp.77-83
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• 2011

본 논문에서는 해상 부유식 풍력타워의 동역학 모델링이 제시되고, 다양한 해상환경하중인 풍하중, 파랑하중을 모델링하여 플랫폼의 동적 거동해석을 수행하였다. 풍하중을 모델링하기 위해 풍속은 높이에 따라 변하도록 고려하였고, 파랑하중은 상대운동 모리슨방정식을 이용하여 모델링 하였다. 동적 거동해석을 위해 동역학해석프로그램인 ADAMS 를 이용하였다. 부유식 플랫폼에 많이 쓰이는 tension leg platform 의 네 가지 타입에 대해 동적 거동특성을 비교하였다.

• 대한조선학회지
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• 제51권1호
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• pp.7-12
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• 2014

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제41권3호
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• pp.209-215
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• 2017

대형 부유식 파력-해상풍력 복합발전시스템은 정 사각형(폭 150m) 부유식 플랫폼 컬럼 상부에 4기의 3MW 풍력터빈이 설치된다. 전방 풍력터빈으로부터 발생되는 후류는 터빈배치에 따라 후방 풍력터빈의 출력성능과 하중특성에 불리한 영향을 미치므로 후류간섭에 대한 유동해석을 통해 최적배치설계가 실시되어야 한다. 본 논문에서는 플랫폼 배치조건($0^{\circ}$, $22.5^{\circ}$, $45^{\circ}$) 변화에 따른 개별 풍력터빈의 출력특성 및 연간에너지생산량을 확인하기 위해 풍속변화(8m/s, 11.7m/s, 19m/s 25m/s)에 대한 비정상상태 CFD 해석을 실시하였다. 레일리분포를 적용한 연간에너지생산량 계산결과는 각 배치조건에 따라 다르게 나타났으며, 해석결과에 근거하여 후류손실이 최소화 될 수 있는 최적 배치설계를 제안하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제14권3호
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• pp.61-68
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• 2023

This paper aims to perform optimal operation and maintenance with an integrated monitoring system for offshore wind platforms. Based on the wind direction and wind speed data of existing wind farms, a monitoring system was established along with weather and weather data to maximize the operational efficiency of wind farms. Compared to wind power on land, offshore wind power is difficult to maintain due to weather, logistics and geographical limitations. Therefore, economic analysis of actual operation and maintenance is essential for large-scale offshore wind farms. In this paper, the availability of offshore wind farms was analyzed by using personnel resources, parts inventory, Crew Transfer Vessel (CTV) and Specialized service Operation Vessel (SOV) etc. before the actual operation and maintenance of wind farms. A comparative analysis was conducted to determine the optimum operating efficiency and economical maintenance costs.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권12호
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• pp.1489-1495
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• 2012

본 논문에서는 부유식 플랫폼의 동적 거동을 고려하여 해상 풍력 발전기 타워의 구조 해석을 수행하였다. 풍력 발전기는 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브 그리고 3 개의 블레이드로 구성된다. 타워는 3 차원 빔 요소를 사용하여 탄성체로 모델링하여 탄성 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동 방정식을 구성하였다. 회전하는 블레이드에는 블레이드 요소 운동량 이론에 따라 계산된 공기역학적 힘이 적용되었고, 부유식 플랫폼에는 유체정역학적 힘, 유체동역학적 힘 그리고 계류력이 적용되었다. 타워의 구조 동역학적 거동을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 이용하여 굽힘 모멘트와 응력을 산출하고 허용치와 비교하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제14권4호
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• pp.29-42
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• 2023

In this study, research and empirical cases of floating offshore wind turbine systems with a tension-leg platform are investigated, and hydrodynamic and structural characteristics according to platform shapes and characteristics during transportation and installation are confirmed. Most platforms are composed of pontoons or corner columns, and these are mainly located below the waterline to minimize the impact of breaking waves and supplement the lack of buoyancy of the center column. These pontoons and corner columns are designed with a simple shape to reduce manufacturing and assembly costs, and some platforms additionally have reinforcements such as braces to improve structural strength. Most of the systems are assembled in the yard and then moved by tugboat and installed, and some platforms have been developed with a dedicated barge for simultaneous assembly, transportation and installation. In this study, we intend to secure the basic data necessary for the design, transportation, and installation procedures of floating offshore wind turbine systems with a tension-leg platform.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권4호
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• pp.33-44
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• 2023

풍력에너지는 저탄소 사회로 전환하는 과정에서 가장 효율적이고 신뢰할 수 있는 에너지원 중 하나이다. 특히 해상 풍력은 육상 풍력에 비해 안정적이고 고품질의 풍력 자원을 제공하며, 다른 재생에너지에 비해 설치 용량이 높다. 본 논문에서는 해상 풍력 터빈의 하부 구조물 해석에 적합한 새로운 프로그램인 X-WIND 프로그램에 대해 소개하였다. 이 프로그램은 기존 프로그램의 단점을 보완하여 해상풍력 하부구조 해석 프로그램의 활용성을 높이기 위해 개발되었다. 하나의 프로그램 내에서 하부구조물을 단독으로 해석할 수 없거나 전후처리기가 미비한 기존 프로그램과 달리, X-WIND 프로그램은 AutoCAD에 내장되어 있어 설계와 해석이 모두 단일 플랫폼에서 수행된다. 또한 해상 풍력 구조물에 필수적인 바람, 파도, 조류 하중에 대한 정적 및 동적 해석을 수행하며 설계, 요소망 생성, 그래프 생성, ULS/FLS 체크를 위한 전후처리기가 포함되어 있다. 이러한 특징을 바탕으로 해상 풍력 에너지 하부 구조물 해석 프로그램의 효율성과 사용성을 향상시켰다.