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해상 풍력 타워의 모노파일 기초에 대한 다층 지반 해석
Analysis of the Multi-layered Soil on Monopile Foundation of Offshore Wind Turbine 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.37 no.6, 2013년, pp.655 - 662  

김남형 (제주대학교 토목공학과) ,  고명진 (제주대학교 대학원)

초록
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최근 화석 연료의 사용에 따른 문제들로 인해 다양한 그린 에너지들이 주목 받고 있다. 그린 에너지의 한 종류로써 풍력 발전의 원동력인 바람은 육상에서 보다 해상에서 양질의 값이 관측된다. 또한, 부지확보, 소음, 전자파와 같은 육상 풍력 발전의 문제점을 해결할 대안으로써, 또한 더 효율적인 풍력 발전을 위해 해상 풍력 발전의 개발이 주목받고 있다. 이에 따라 해상 풍력에 대한 많은 연구들이 수행되고 있다. 풍력 타워가 해상으로 진출함에 따라 해상 풍력 타워는 점차 거대해지고 있다. 따라서 풍력과 파력을 견뎌내기 위한 안정성이 요구되고 있다. 본 연구에서는 p-y 관계를 이용해 다층 지반의 기초에 작용하는 외력을 계산하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, by the problems owing to utilization of fossil fuel, various green energies receive attention. Wind, the impetus for the wind power generation as one of the green energies, is observed higher quality value in the offshore than onshore. Also, the development of offshore wind turbines is in ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Kim and Jin(2013)의 연구에서 개발된 프로그램을 발전시켜, 모노파일 식 해상 타워에 작용하는 파압과 풍압이 기초 주변 지반에 미치는 영향에 관하여 해석하였다.
  • 본 연구에서는 다층지반에 근입 된 모노파일 기초의 해상 풍력 타워가 수평하중을 받을 때, 풍속에 따라 해상 풍력 타워에 작용하는 풍력과 파력을 산출하여 기초 주변 지반의 응답을 해석하였다. 지반 응답 해석을 위해 p-y 곡선이 사용되었으며, 풍속은 태풍의 분류 기준인 10m/s, 20m/s, 30m/s가 사용되었다.

가설 설정

  • 본 연구에서는 계산을 위한 조건으로 수심은 30m로 가정하였고, 타워 높이는 수면 아래 30m, 수면 위로 80m이가. 기초의 근입 깊이는 구조물기초설계기준과 도로교설계기준에서 제시한 산정식을 기초로 30m로 산정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
바람, 조석, 파랑, 태양을 이용한 그린에너지 개발이 진행되는 이유는? 최근 화석 연료 사용에 따른 환경오염과 지구 온난화 현상, 그리고 자원의 고갈로 인해 바람, 조석, 파랑, 태양을 이용한 그린에너지 개발이 진행되고 있다.
해상 풍력발전 타워는 기초의 형식에 따라 어떻게 나뉘는가? 이러한 해상 풍력발전 타워는 기초의 형식에 따라 중력식, 모노파일식, 자켓식, 부유식이 있다. 중력식의 경우는 6m~10m, 모노파일식의 경우에는 25m~30m, 자켓식의 경우 20m~80m, 부유식의 경우에는 40m~900m의 수심에서 주로 사용된다.
모노파일 기초의 해상 풍력 타워에 대한 다층 지반 해석연구 결과는? 해석 결과 기초의 중심부에 반력의 집중이 나타며, 지표와 가까운 층에서는 하중을 거의 견뎌내지 못함을 확인할 수 있다. 따라서 기초의 직경 혹은 강성의 변화를 통한 고른 하중 분포의 유도가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 해상 풍력 타워의 안정성의 해석에 기초 해석으로써 적용될 수 있을 것으로 사료된다.
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참고문헌 (18)

  1. Andersen, L.V., Vahdatirad, M.J., Sichani, M.T., Sorensen, J.D.(2012), "Matural frequencies of wind turbines on monopile foundations in clayey soils-A probabilistic approach", Computers and Geotechnics. 43 1-11 

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  10. Kim, N.H, Park, M.S. and Yang, S.B.(2007), "Wave force analysis of the vertical circular cylinder by boundary element method", KSCE Jounal of Civil Engineering, Vol. 11, No. 1, pp. 31-35. 

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  14. Moon, S.R., Kang, T.S., Nam, S.Y. and wang, J.(2007), "A Study on Scenario to establish Coastal Inundation Prediction Map due to Storm Surge", Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, Vol. 19, No. 5, pp. 492-501.(in Korean) 

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  16. Nagai, T., Suzuki, K., Ushiyama, Y., Hosomi, M., Ogawa, R. and Noguchi, H.( 2008), Development of Medium Size Wind Power System and its Application to Coastal Areas. ISSN 1346-7540, Port and Airport Research Institute.(in Japan) 

  17. Niedzwecki, J.M. and Duggal, S.D.(1992), "Wave run-up and forces on cylinder in regular and random waves", Journal of waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, Vol. 118, No. 6, pp. 615-634. 

  18. Reese, L.C., Cox, W.R., and Koop, F.D.(1974) Analysis of laterally loaded piles in sand, Proceedings of Offshore Technology Conference, Houston, TX, Vol. 2, No. 2080, pp. 473-484. 

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