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문제 정의
- 본 논문은 FOWT의 전반적인 계류선 설계 프로시져를 제시하는데 목적을 두고 작성되었으며, 저자는 본 논문이 향후 FOWT 계류선 설계의 기본적인 단초를 제공하리라 예측한다. 그러나 풍하중의 정확한 고려, 즉 제어를 포함하는 공기동력학적인 하중의 고려가 반드시 포함되어야 한다.
- 본 연구를 통하여 축적된 계류선의 설계 절차 노하우를 도식적 으로 설명하였으며, 이 절차에 따른 설계 과정을 상세하게 제시하였다. 설계의 첫 번째 단계로서 참고문헌의 실험결과로부터 점성감쇠를 추정하였고, 유체동역학 해석에 적용한 결과 실험 또는 타 기관의 수치해석 결과와 비교적 유사한 결과를 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 50년 설계수명을 고려하기 위하여 340시간을 단순 외삽하여 50년으로 확장하여 장기 누적피로를 산정하였다. 또한 S-N선도를 DNV (2010)를 인용하여 결정하였으며, 식 (5)와 같다.
- 본 연구에서는 국내 환경에 적합한 FOWT의 운용 타당성을 검토하기 위하여 FOWT 계류선의 설계 절차를 제시하였다.
- 본 연구에서는 국립기상연구소 (NIMR, 2011)에서 제공하는 국내 해상풍력 자원을 우선적으로 검토하였다. Fig.
- 본 연구에서 제시한 계류체의 RAO는 Shin and Lee (2013)이 제시한 결과와 비교적 근사하는 것으로 보여지며, OC4에서 수행된 FAST결과와도 비교적 근사한 결과를 보여준다. 이를 통하여 본 연구에서 수행하는 유체동역학 해석의 신뢰성이 검증되었으며, Shin and Lee (2013)의 실험으로부터 얻은 점성 감쇠비를 향후 유체동역학 해석에 적용하고자 한다.
가설 설정
- 4m/s (NREL, 2009)이다. 보수적인 설계를 위하여 실제 풍속을 사용하지 않고, 정격출력에 상응하는 풍속을 적용하였으며 파향과 풍향이 같다고 가정하였다. 따라서 5가지 풍향과 2가지 조류로부터 총 10개의 하중 케이스가 생성되었으며, Table 3에 나타내었다.
- 본 연구에서는 NREL 표준 5 MW 풍력터빈이 OC4 DeepCWind 반잠수식 플랫폼에 장착된 FOWT를 가정하였으며, 120m의 깊은 수심 때문에 순수하게 체인으로 구성된 현수식 계류 방식을 채택하였다.
- 정수면을 기준으로 수면 아래에는 회절요소(diffraction element) 또는 세장체요소(slender element)가 배치되었고, 수면 위로는 비회절요소로 구성되었다. 부력을 생성하는 반잠수체의 수면 아래를 회절요소로, 반잠수체를 연결하는 브레이스(brace)를 단면적에 비하여 길이가 매우 길다고 가정하여 세장체요소로 모델링하였다. Fig.
- 마지막으로 장기 인장력이 MBL을 초과하지 않는다면, 단기해상상태에 대한 계류선의 인장력 이력을 레인플로우 집계법(rainflow cycle counting method)를 이용하여 인장력 이력을 도출하고, 계류선의 S-N선도 및 선형피로누적법칙(Miner rule)을 이용하여 계류선의 누적피로를 산정한다. 이때 장기 누적피로를 산정하기 위하여 설계수명을 가정하는데, 본 연구에서는 50년의 설계수명을 사용하였다. 이와 같은 계류선 설계 과정을 Fig.
- 조사 내용을 바탕으로 북풍(0°)을 40%, 북북서풍(22.5°)과 북북동풍(-22.5°)을 20%, 북서풍(45°)와 북동풍 (-45°)을 10%의 발생 확률로 가정하였다.
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