초록이 없습니다.

AI 본문요약

엑셀 다운로드 AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 본 기사에서는 모노파일 및 중력식과 같은 기존 지지구조물이 갖는 단점을 보완하여 수심과 지반조건의 제약 없이 광범위한 적용이 가능하도록 강재 샤프트와 원추형 콘크리트로 이루어진 파일지지 콘크리트 기초구조물(Multi-Piled Concrete Foundation, MCF)에 대해 소개하고자 한다.
• MCF 지지구조는 기존의 중력식이나 강재 자켓식의 단점을 보완한 경제적인 형식으로, 서남해안과 같은 연약지반과 수심이 깊은 지역에도 폭넓게 적용할 수 있는 대안이 될 수 있다. 본 기사에서는 타당성 설계를 수행한 내용과 제작 및 시공법에 관한 내용을 중심으로 소개하였다. 향후 취약부로 판단되는 연결부에 대한 상세해석과 실험적 연구가 추가적으로 수행되어야 하며, 다양한 해상설치 방법에 대한 축소모형 실험과 시뮬레이션이 수행되어야 할 것으로 판단된다.

제안 방법

• 2)⁶⁾에서 GH Bladed로 해석된 데이터를 사용하였다. 극한한계상태(ULS)와 사용한계상태(SLS)에 대해 하중계수를 적용하였고, 하중작용각도는 0˚와 45˚를 고려하였다.
• MCF 지지구조의 콘크리트부 자중이 1천톤 이하로 계획되어 해상설치 방안으로 해상크레인과 바지선을 이용한 방법을 우선 검토할 수 있다. <그림 7>과 같이 프리 파일링(pre-piling) 시공 후 바지선에 의한 운송이 이루어지고, 기 시공된 파일 상단에 안착시키게 된다.
• 380 MPa로 원추형 상단부에서 나타났으며, 텐던을 이용한 프리스트레스(prestress) 도입이 필요한 것으로 나타났다. 강연선(15.2 mm-22)을 30개 적용시 허용응력 이내로 제어되어 해양환경 하에서 가해지는 하중에 대해 충분히 안전측으로 설계 되었다.

대상 데이터

• MCF의 기본단면을 설정하기 위해 5 MW 터빈용량을 기준으로 최근 적용된 서남해 해상풍력 기초구조물 기본설계 보고서(2013)⁴⁾에 따라 1단계 실증단지에 해당되는 전북 부안 위도 ~ 전남 영광 안마도 해상 조건(수심 15 m)을 적용하였다.
• MCF 지지구조는 해저 지반으로부터 최하단의 기초부까지 콘크리트재료를 이용하였고, 타워기초 혹은 플랫폼까지는 모노파일과 유사한 강재 샤프트(shaft)를 채용하였다.
• 해양구조물 전용해석 프로그램 XSEA⁵⁾는 범용 구조물 해석 프로그램인 XFINAS로 부터 파력, 풍력 등 해양환경하중의 적용이 가능도록 최근 건국대학교에서 개발되었다. MCF 설계단면력을 구하기 위한 해석에는 XSEA에 탑재된 뼈대요소와 3차원 솔리드 요소가 이용되었다. <그림 4>는 3차원요소를 이용한 모델링을 나타낸다.
• 터빈하중은 NRE L모델 5MW를 기준으로 UPWIND 프로젝트(Final Report WP4.2)⁶⁾에서 GH Bladed로 해석된 데이터를 사용하였다. 극한한계상태(ULS)와 사용한계상태(SLS)에 대해 하중계수를 적용하였고, 하중작용각도는 0˚와 45˚를 고려하였다.

이론/모형

• MCF와 같이 하단에 원추형의 두꺼운 콘크리트지지구조를 갖는 형태는 등가의 빔요소를 이용한 해석방법이 적절하지 않다. 본 구조물의 해석에는 파랑하중에 의한 3차원 해석이 가능한 입체요소를 정식화하여 개발된 프로그램 XSEA를 사용하였다. 해양구조물 전용해석 프로그램 XSEA⁵⁾는 범용 구조물 해석 프로그램인 XFINAS로 부터 파력, 풍력 등 해양환경하중의 적용이 가능도록 최근 건국대학교에서 개발되었다.

성능/효과

• 극한한계상태(USL) 해석결과 와 같이 콘크리트부에서의 최대 압축응력은 13.548 MPa, 인장응력은 11.380 MPa로 원추형 상단부에서 나타났으며, 텐던을 이용한 프리스트레스(prestress) 도입이 필요한 것으로 나타났다.
• 공력해석에 따른 터빈하중(타워상단)과 해양환경 하중에 대한 사용한계상태(SLS) 해석결과 타워상단의 변위는 하중조합 3번에서 최대 변위가 발생 하였으며, 0˚의 경우 0.939 m, 45˚일 경우 0.934로 DNV-J101 규정에 따른 허용 처짐 L/100 = 1.02 m 이하로 나타났다. 두 방향의 발생 변위는 비슷한 경향을 보였고, 작용각도 0˚일 때 약간 더 크게 나타났다.
• <그림 6>은 모드별 형상을 나타낸다. 1차 모드의 고유진동수는 0.970 Hz로 나타나 로터의 회전진동수(1P)와 블레이드 통과주파수(3P)영역을 충분히 벗어난 강성영역(stiff-stiff)에 위치하여 충분히 안전한 강성과 진동특성을 갖는 것으로 평가되었다. 일반적으로 강재를 이용한 자켓이나 트라이포드의 경우에는 고유진동수가 연강성(soft-stiff) 영역에 위치하도록 설계하게 된다.

후속연구

• 저감과 같은 키워드와 접목되어 전세계 신재생에너지 투자의 약 45 %를 차지하고 있으며, 연평균 20 % 이상의 고성장 산업으로 주목받고 있다. GWEC의 대륙별 시장예측¹⁾에 따르면 향후 아시아 시장의 성장이 대폭 진행될 것으로 예측되며, 국내에서도 신재생에너지 의무할당제(RPS, Renewable Portfolio Standard)가 시행되면서 2020년까지 42.5조원의 투자로 신재생에너지 11.2 GW 개발계획이 발표²⁾되었고, 그 중 58.2 %인 6.7 GW를 풍력에너지로 개발할 계획이다. 특히, 서남해 해상풍력 2.
• 본 기사에서는 타당성 설계를 수행한 내용과 제작 및 시공법에 관한 내용을 중심으로 소개하였다. 향후 취약부로 판단되는 연결부에 대한 상세해석과 실험적 연구가 추가적으로 수행되어야 하며, 다양한 해상설치 방법에 대한 축소모형 실험과 시뮬레이션이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 점차 커지고 있는 아시아 시장과 빠르게 변하는 시장의 트렌드를 볼 때 실증을 통한 Track Record를 확보한다면, 세계시장 진출과 기술 선점에 어려움이 없을 것으로 전망된다.
• 향후 취약부로 판단되는 연결부에 대한 상세해석과 실험적 연구가 추가적으로 수행되어야 하며, 다양한 해상설치 방법에 대한 축소모형 실험과 시뮬레이션이 수행되어야 할 것으로 판단된다. 점차 커지고 있는 아시아 시장과 빠르게 변하는 시장의 트렌드를 볼 때 실증을 통한 Track Record를 확보한다면, 세계시장 진출과 기술 선점에 어려움이 없을 것으로 전망된다.

본문요약 정보가 도움이 되었나요? 예 아니오 제출

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
자켓 구조	자켓 구조의 특징은?	자켓 구조는 다수의 강재가 용접으로 연결되어 피로하중에 취약하고 대수심에 적용할 모노파일의 경우 직경이 커져 시공이 쉽지 않다. 중력식의 경우에도 지반조건의 영향이 크게 작용하고 과다한 자중으로 인해 비경제적인 요소들이 발생하게 된다.
MCF 지지구조	MCF 지지구조는 어떤 재료를 이용하였는가?	MCF 지지구조는 해저 지반으로부터 최하단의 기초부까지 콘크리트재료를 이용하였고, 타워기초 혹은 플랫폼까지는 모노파일과 유사한 강재 샤프트(shaft)를 채용하였다.
강재를 이용한 지지구조물	강재를 이용한 지지구조물은 경제성을 확보하기 어려워짐에 따라 구조적 안정성을 보장하면서도 경제적인 콘크리트를 이용한 지지 구조물이 주목받고 있다고 본 이유는?	최근의 해상 풍력 발전 동향을 보면, 대용량 터빈의 개발과 함께 경제성 확보를 위한 대규모 단지조성 및 대수심 지역으로의 이동이다. 따라서, 강재를 이용한 지지구조물은 경제성을 확보하기 어려워짐에 따라 구조적 안정성을 보장하면서도 경제적인 콘크리트를 이용한 지지구조물이 주목받고 있다.

질의응답 정보가 도움이 되었나요? 예 아니오 제출

이 논문을 인용한 문헌

더보기

저자의 다른 논문 :

김현기 (1) 김기두 (11)

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

더보기

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

LOADING...