Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
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Dynamic Constrained Force of Tower Top and Rotor Shaft of Floating Wind Turbine

부유식 해상 풍력 발전기의 Tower Top 및 Rotor Shaft에 작용하는 동적 하중 계산

  • 구남국 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 노명일 (울산대학교 조선해양공학부) ;
  • 이규열 (서울대학교 조선해양공학과 및 해양시스템공학연구소)
  • Received : 2012.06.29
  • Accepted : 2012.09.19
  • Published : 2012.10.31
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Abstract

In this study, we calculate dynamic constrained force of tower top and blade root of a floating offshore wind turbine. The floating offshore wind turbine is multibody system which consists of a floating platform, a tower, a nacelle, and a hub and three blades. All of these parts are regarded as a rigid body with six degree-of-freedom(DOF). The platform and the tower are connected with fixed joint, and the tower, the nacelle, and the hub are successively connected with revolute joint. The hub and three blades are connected with fixed joint. The recursive formulation is adopted for constructing the equations of motion for the floating wind turbine. The non-linear hydrostatic force, the linear hydrodynamic force, the aerodynamic force, the mooring force, and gravitational forces are considered as external forces. The dynamic load at the tower top, rotor shaft, and blade root of the floating wind turbine are simulated in time domain by solving the equations of motion numerically. From the simulation results, the mutual effects of the dynamic response between the each part of the floating wind turbine are discussed and can be used as input data for the structural analysis of the floating offshore wind turbine.

본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

Keywords

References

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