풍력-파력 복합 발전 플랫폼의 입사파 방향에 따른 거동 해석

초록

본 연구는 부유식 해상 풍력 발전 발전기(FOWT)에 다수의 파력 발전기(WEC)를 부착하였을 때, 입사파 방향이 FOWT의 거동에 미치는 영향을 파악하는 것이다. 이를 위해 포텐셜 유동 가정의 경계 요소법 기반의 유체동역학 프로그램인 ANSYS AQWA-LINE, AQWA-LIBR, AQWA-NAUT 프로그램을 활용하였다. 수치해석 조건으로 수심은 89.6 m 이고, 지름 17.92　m, 길이 61.44　m, 흘수 51.2　m 인 FOWT 하부 플랫폼 모델을 사용하였다. 풍력 터빈은 NREL의 5-MW Reference Wind Turbine 모델을 사용하였고, 계류선은 경사형 인장 계류 방식을 택하였다. 타워는 NREL의 OC4 프로젝트에서 사용한 77.6 m 타워를 적용하였다. RNA의 무게는 NREL 5-MW Reference Wind Turbine의 제원과 동일하다. WEC은 지름 10.24 m, 흘수 7.68 m, 길이 12.8 m의 실린더형 파력 발전기를 FOWT　주변에 90° 간격으로 모두 4기를 설치하였다. FOWT와 WEC은 힌지 상태로 연결되었다. 입사파 조건은 주기 8 sec ~ 16 sec 구간에서 0.5 sec 또는 1 sec 간격으로 설정하였다. 파고는 1.28 m의 규칙파이며, 입사파 각도는 15° 간격으로 총 4 조건(0°, 15°, 30°, 45°)이다. 각 조건에 대한 풍력-파력 복합 발전 플랫폼의 거동을 계산하고 분석하였다. 입사파의 각도에 따라 복합 플랫폼의 운동 경향이 달라지며, 특히 FOWT에 작용하는 WEC의 영향이 상이하다는 것을 확인하였다. 본 연구는 차후 동일한 모델에 대한 조파 수조 실험을 진행할 예정이며, 이를 통해 수치 해석과 실험 결과의 비교 분석을 수행할 예정이다.