다물체 동역학을 이용한 해상 풍력 발전 구조 해석 기법 개발

Abstract

부유식 해상풍력발전 시스템의 설계 및 제작기술에서 가장 중요하게 요구되는 조건은 극심한 해상 상태 하에서도 시스템의 안전성과 신뢰성을 보장하여야 한다는 것이다. 이를 위해서는 부유식 해상풍력발전 시스템의 동적 응답을 해석하기 위한 모델링 및 시뮬레이션 기법의 확립이 요망되었다. 이는 안전성과 신뢰성을 보장하기 위한 실험이 시공 시간과 시공 비용을 많이 차지하기 때문에 현실적으로 불가능한 수준이기 때문이다. 또한 컴퓨터의 발달과 더불어 CAE라는 해석의 질이 향상되었으며 이는 다른 사례들의 결과로도 충분히 답을 얻을 수가 있다. 본 연구를 통하여 해상 풍력 발전 시스템의 구조 해석 기법을 개발과 더불어 이를 공력-유체력-제어-구조 연성 해석을 하면 시스템의 정확한 거동 파악이 가능하여 시스템 설계 및 해석에 큰 도움을 줄 것이다. 이에 대해 개발 및 검증이 본 연구의 주제이다. | Dynamics analysis of a floating wind turbine system is coupled with aero-elastic dynamics, hydro dynamics, multi-body dynamics and control system. The aero-elastic dynamics code has been developed by NREL(National Renewable Energy Laboratory, USA). The hydro dynamics code has been developed by KIMM(Korea Institute of Machinery & Materials), SNU(Seoul National University) and me. Those codes have been merged on the commercial multi-body dynamics software of DAFUL made in VM(Virtual Motion, Inc). A wind turbine system consists of blade, hub, power train, nacelle, tower, platform, mooring. The blade and tower are modeled as multi-body system to apply an aero force and elastic force. Pitch and generator torque are controlled with PID controller. Added mass, damping, restoring, mooring and buoyancy forces are applied on the platform. This analysis method is verified by NREL OC3 model and FAST, developed in NREL. As a result, the two results agree well enough to verify the reliability.; Dynamics analysis of a floating wind turbine system is coupled with aero-elastic dynamics, hydro dynamics, multi-body dynamics and control system. The aero-elastic dynamics code has been developed by NREL(National Renewable Energy Laboratory, USA). The hydro dynamics code has been developed by KIMM(Korea Institute of Machinery & Materials), SNU(Seoul National University) and me. Those codes have been merged on the commercial multi-body dynamics software of DAFUL made in VM(Virtual Motion, Inc). A wind turbine system consists of blade, hub, power train, nacelle, tower, platform, mooring. The blade and tower are modeled as multi-body system to apply an aero force and elastic force. Pitch and generator torque are controlled with PID controller. Added mass, damping, restoring, mooring and buoyancy forces are applied on the platform. This analysis method is verified by NREL OC3 model and FAST, developed in NREL. As a result, the two results agree well enough to verify the reliability.