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해상풍력 지지구조물의 신뢰성 설계
Reliability Design of Offshore Wind Turbine Support Structures 원문보기

전산 구조 공학 = Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea, v.28 no.3, 2015년, pp.28 - 37  

김동현 (군산대학교 해양건설공학전공) ,  이상근 (군산대학교 해양산업공학과) ,  김영진 (군산대학교 해양산업공학과) ,  이기남 (군산대학교 해양산업공학과)

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 기사에서는 해상풍력발전기에 작용하는 하중의 종류, 지지구조물-지반의 상호작용을 위한 지반 경계조건에 대해 설명하고 동적응답으로 정의되는 한계상태식을 사용한 신뢰성 해석방법을 설명하고자 한다.
  • 신뢰성 해석 예제를 통해 앞서 설명된 설계변수들의 적용 방법을 소개하고자 한다. 대상 지지구조물의 형태는 Tripod형식이며, 신뢰성 해석은 Level II 방법인 일계신뢰도법(First Order Reliability Method, FORM)을 사용하였다.

가설 설정

  • DNV 기준에서 지반정수의 범위는 음수가 아닌 특정 범위를 갖고 있기 때문에 일반적으로 대수정규분포 및 Beta분포의 사용을 제안하고 있으므로, 내부마찰각에 대해서는 Beta분포를 적용하였으며, 단위중량 및 비배수 전단강도에 대해서는 대수정규분포로 가정하였다(DNV, 2012).
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해상풍력발전기 지지구조의 형태는 어떻게 나뉘는가? 세계적으로 풍력발전 분야에 대한 관심이 집중되고 있으며, 설치 공간에 대한 제약, 소음 그리고 풍질 등의 문제를 해결하기 위한 방안으로 풍력발전기를 해상으로 확장 하고 있다. 해상풍력발전기 지지구조의 형태는 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있으며, 주로 시공 및 경험적인 지식이 풍부한 고정식 지지구조물이 주를 이룬다. 대표적인 고정식 지지구조물에는 재킷(Jacket), 모노파일(Mono pile) 그리고 트라이포드(Tripod)가 있다.
해상풍력발전기 지지구조의 정적응답에 근거한 신뢰성 해석만이 이뤄지고 있는 이유는 무엇인가? 해상풍력발전기 지지구조의 운동은 파랑-구조물, 구조물-지반의 비선형 상호작용이동시에 존재하기 때문에 동적해석을 수행함에 있어 막대한 계산시간이 소요된다. 더불어 반복적인 구조해석을 필요로 하는 신뢰성 해석에 동적응답을 활용하기에는 어려움이 따른다. 그로 인해 결국 정적응답에 근거한 신뢰성 해석만을 수행하게 되는데, 이 경우 동적하중이 작용함에 따른 구조물의 동적거동 특성을 한계상태식에 반영할 수 없으므로 정적응답에만 의존하는 해양구조물의 신뢰성 해석은 그 정확도가 낮다고 할 수 있다.
고정식 지지구조물은 무엇이 있는가? 해상풍력발전기 지지구조의 형태는 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있으며, 주로 시공 및 경험적인 지식이 풍부한 고정식 지지구조물이 주를 이룬다. 대표적인 고정식 지지구조물에는 재킷(Jacket), 모노파일(Mono pile) 그리고 트라이포드(Tripod)가 있다.
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참고문헌 (16)

  1. 김기두, 최동호, 심종성, 김경철. (2011) 해상풍력 지지구조물의 개발 및 설계, 대한토목학회지, 제 59권, 제 5호, 28-37. 

    상세보기

  2. 윤길림, 김선빈, 권오순, 유무성. (2014) 서남해안 해상풍력 34권, 제 5호, 1489-1504. 

    원문보기 상세보기

  3. 이상근, 김동현. (2014) 극한 해양 환경하중을 고려한 해상풍력터빈 지지구조물의 신뢰성 해석, 한국해안.해양공학회논문집, 제 26권, 제 1호, 33-40. 

    원문보기 상세보기

  4. 홍정우, 함태규. (2007) 해상풍력발전 터빈의 동적 해석기술개발, 포스코엔지니어링 기술보, 제 28권, 제 1호, 136-153. 

  5. Ansys, Inc. (2009) Ansys User's Manual, Ver. 12.0, Canonsburg, PA, USA. 

  6. American Petroleum Institute (API). (2007) Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design. API Publishing Services. 

  7. American Petroleum Institute (API). (2000) Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms-Working Stress Design, 21st edition, API Publishing Services. 

  8. Det Norske Veritas (DNV). (2013) DNV-OS-J101, Design of Offshore Wind Turbine Structures. Det Norske Veritas: Hovik, Norway. 

  9. Det Norske Veritas(DNV). (2012) DNV-RP-C207: Statistical Representation of Soil Data. Det Norske Veritas: Hovik, Norway. 

  10. Garrad Hassan(GH). (2013) Bladed user manual. Garrad Hassan and Partners Limited Document. 

  11. GL2010, (2010) Guideline for the Certification of Wind Turbines, Germanischer Lloyd. 

  12. IEC(International Electro-technical Commission), (2005) IEC 61400-1 (Ed.3.0), Wind turbines - Part 1: Design requirements, IEC Central Office, Geneva. 

  13. IEC(International Electro-technical Commission), (2009) IEC 61400-3 (Ed.3.0), Wind turbines - Part 3: Design requirements for offshore wind turbines, IEC Central Office, Geneva. 

  14. Kim, D.H. and Lee, S.G., (2015) Reliability Analysis of Offshore Wind Turbine Support Structure under Extreme Ocean Environmental Loads, Renewable Energy, Vol 79, pp.161-166. 

    상세보기 crossref

  15. Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs (MLTM), Korea Institute of Marine Science & Technology Promotion (KIMST), (2001) Final report for development of reliability based design method for port & harbor structures. 

  16. Ministry of Oceans and Fisheries (MOF). (2005) Engineering Standards Commentaries Port and Harbor Facilities, Ministry of Oceans and Fisheries, Korea. 

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