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문제 정의
- 본 논문에서는 다수의 풍력발전기와 파력발전장치(WEC)가 탑재된 부유식 플랫폼의 운동을 해석하였다. 이 때 WEC와 플랫폼 간의 연성효과를 알아보기 위하여 WEC가 플랫폼에 단단히 고정되어 있는 단일체로 가정한 경우와 플랫폼이 WEC와는 독립적인 운동을 하는 다물체로 가정한 두 가지 경우에 대하여 운동 해석을 진행하여 차이점을 알아보았다.
- 본 논문에서는 선박해양플랜트연구소(KRISO)에서 제안한 부유식 해상 풍력-파력 복합발전 플랫폼의 운동을 해석하고, 특히 다수의 WEC와 플랫폼 간의 연성 효과로 인한 플랫폼 운동의 변화에 대해 알아보았다. 부유식 복합발전 플랫폼은 다수의 풍력발전기가 설치된 하부 구조물에 에너지 발생 효율을 높이기 위하여 다수의 WEC를 탑재시킨 플랫폼으로써 정확한 운동 해석을 위해서는 풍력발전기, 파력발전기, 하부구조물, 계류시스템 등 플랫폼을 구성하고 있는 모든 시스템 간의 연성 효과를 고려하여야 한다.
- (2016)은 초기 연구로써 본 플랫폼에서 풍력발전기의 운동은 고려하지 않고, 단순히 등가의 풍하중만을 작용시켜 다수의 WEC에 의한 플랫폼 운동 변화에 대해 연구하였다. 본 논문에서는 초기 연구를 바탕으로 플랫폼에 설치된 다수 풍력발전기의 동역학까지 함께 포함하여 다수 WEC와 플랫폼 간 연성 효과가 플랫폼의 운동에 미치는 영향을 알아보았다. 이 때, 플랫폼-계류 시스템의 연성도 함께 고려하여 해석하였다.
- 다수의 WEC를 부착한 플랫폼에 대한 연구 역시 진행되었는데, Taghipour and Moan(2008)은 반잠수식 플랫폼에 21개의 WEC를 부착하여 주파수 영역에서 다물체 동역학 및 동수력학 상호작용에 대해 연구를 하였다. 특히 이 연구에서는 WEC에 의한 PTO(Power take-off) 메커니즘에 의한 효과가 WEC의 운동뿐만 아니라 플랫폼의 운동에도 큰 영향을 미침을 보였다.
가설 설정
- 본 연구에서는 다수의 WEC가 플랫폼의 운동에 미치는 영향을 보고자 크게 두 가지의 경우에 대한 해석을 진행하였다. 극한 환경 조건에서는 WEC가 플랫폼에 완전히 고정되어 작동을 멈추게 되는데, 이 경우에 대해 다수의 WEC와 플랫폼을 단일체(Single body)로 가정하여 해석을 진행하였다(Fig. 3(a)).
- 이 때 WEC와 플랫폼 간의 연성효과를 알아보기 위하여 WEC가 플랫폼에 단단히 고정되어 있는 단일체로 가정한 경우와 플랫폼이 WEC와는 독립적인 운동을 하는 다물체로 가정한 두 가지 경우에 대하여 운동 해석을 진행하여 차이점을 알아보았다. 단방향 연성 효과, 즉 다수의 WEC가 플랫폼의 운동에 미치는 영향만을 보고자 WEC는 플랫폼의 운동과는 독립적으로 항상 수면에 위치한 것으로 가정하였다. 이로인해 플랫폼과 다수의 WEC 간의 상대운동이 발생하면서 전기 에너지가 추출된다.
- 일반 환경 조건 하에서는 다수의 WEC가 플랫폼에 부착되어 있는 축을 따라 플랫폼의 운동과는 독립적인 상하 운동을 하게 된다. 이 경우에 대해서 WEC와 플랫폼을 다물체(Multi-body)로 가정하여 해석을 진행하였다(Fig. 3(b)).
- (2013)은 부유식 해상 풍력 발전 플랫폼의 두 기둥에 각각 WEC를 설치하여 에너지를 추출함과 동시에 플랫폼 운동을 저감시키는 장치로 사용하는 연구를 하였다. 이 연구에서는 2차원으로 모델을 단순화 시키고 선형 시스템으로 가정하여 시스템의 연성에 대한 수학적 모델을 정립하였다. 다수의 WEC를 부착한 플랫폼에 대한 연구 역시 진행되었는데, Taghipour and Moan(2008)은 반잠수식 플랫폼에 21개의 WEC를 부착하여 주파수 영역에서 다물체 동역학 및 동수력학 상호작용에 대해 연구를 하였다.
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