Renewable energy is attractive research issue. Especially, one of the most popular resource is wind energy because wind energy is relatively sustainable and nonpolluting. Recently, wind energy power increases dramatically in Europe, Japan, China and USA. Existing bottom fixed types have many limitation and problems such as the limitation of installation site, noise and so on. However, it is possible to solve these problems by using floating type wind turbines. To design optimal offshore floating wind turbine, numerical analysis tools must be used. Also these analysis tools must predict loads and motion of wind turbines. considering complex environmental phenomenon. In this research, blade element momentum theory (BEMT) is used to calculate the aerodynamic loads and time domain potential theory is used to calculate the hydrodynamic response. Aerodynamic analysis module and hydrodynamic analysis module is developed individually at each department. Therefore, appropriate coupling method is used to calculate fully coupled aero-hydrodynamic response. In this research, partitioned coupling method is used, especially staggered solution procedure. Implementation procedure of analysis module will be explained and verification of analysis code is described.
최근 전세계적으로 친환경 기술에 대한 관심과 함께 부유식 해상 풍력발전기에 대한 관심과 규모가 유럽, 미국, 일본, 중국을 중심으로 급증하고 있는 추세이다. 기존의 육상이나 수심이 낮은 해안에 설치하는 고정식 풍력발전기의 문제점인 설치장소에 대한 제약이나 소음 등 여러 문제사항들을 수심이 깊은 해상에 설치가 가능한 부유식 풍력발전기를 통해 해결할 수 있다. 설치장소에 대한 제약사항에 대한 문제가 해결되면서 대규모 풍력발전단지가 조성되고 해상으로 설치장소가 이동함에 따라 양질의 바람자원을 지속적으로 얻을 수 있기 때문에 대체 에너지원으로 상당한 잠재력을 가지고 있다.
부유식 풍력발전시스템을 설계하기 위해서는 풍력발전기에 작용하는 하중과 동적 거동을 정확하게 예측할 수 있는 수치해석 툴이 필요하다. 부유식 풍력발전기를 해석하기 위한 수치해석 툴은 파도, 조류, 바람, 계류시스템과 같이 풍력발전기에 작용하는 여러 물리현상들을 동시에 고려해야 한다. 기존의 풍력발전기 해석 툴들의 경우 고정식 풍력발전기를 해석하기 위한 해석 툴이다. 그러나 최근 부유식 풍력발전기 해석 툴을 개발하기 위해 유럽과 미국을 중심으로 연구가 활발하게 진행 중이다.
본 연구에서는 부유식 풍력발전기의 동적 거동 및 하중을 예측할 수 있는 해석 툴을 개발하였다. 기존의 풍력발전기 해석 툴의 연동해석 방법인 Monolithic method와는 다른 Partitioned method를 사용하여, 기존의 풍력발전기 해석 툴들의 개발 및 해석 진행과정에서 겪는 어려움과 불편함을 다소 개선할 수 있는 방법을 제시하였다. 또한 개발된 코드와 기존의 잘 알려진 해석 툴과 비교를 통해 해석의 정확도를 비교하였다.
본 연구에서 제시하는 방법으로, 기존의 풍력발전기 해석 툴에서 사용하는 연동해석 방법과 다른 방법론을 통한 효율적인 해석 및 개발 방식을 제안하였다. 그러나 Partitioned method의 경우 해의 수렴성과 안정성 부분에서 상대적으로 취약한 단점을 지니고 있다. 따라서 해석과정에서 해의 수렴과 안정성을 확인하는 과정을 거쳤고 향후 연구과정에서 이 부분을 보완할 필요가 있다.
