R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201515TBIP-C074045-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술사업화지원 | |||||
| 연구과제명 | 해상 3MW급 이상 풍력터빈타워의 진동저감을 위한 진동제어장치 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-06-02 ~ 2016-06-01 | |||||
| 연구책임자 | 김윤석 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 420,000,000 원 기업 : 280,000,000 원 계 : 700,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 685,000,000 원 기업 : 456,700,000 원 계 : 1,141,700,000 원 |
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| 연구기관명 | 티이솔루션 | |||||
| 등록 발간번호 | 11-1613000-001383-01 | |||||
| ISBN | 없음 | |||||
| 주요 내용 |
최근 전세계적으로 풍력발전의 효율 향상을 위하여 풍력터빈의 대용량화와 해상 설치가 급증하고 있다. 해상에 설치되는 대형 풍력터빈타워는 바람과 파도 등의 외부하중에 상시 노출되어 있고, 설치 깊이가 깊어지고 타워 높이가 증가할수록 진동에 취약하게 된다. 이러한 진동은 풍력터빈의 잦은 고장과 피로에 의한 수명 단축을 유발하게 된다. 이에 따라, 해상풍력발전의 확산을 위해서는 타워의 진동을 제어할 필요가 있다. 본 연구에서는 해상에 설치되는 3MW급 이상의 풍력발전기의 타워 진동을 저감시키기 위해 질량형 제진장치를 개발하고자 한다. 질량형 제진장치는 관성력을 이용하여 본 구조물의 진동에너지를 소산시키는 장치로 풍력타워와 같은 타워형 구조물의 진동저감에 매우 효과적인 장치이다. [최종목표] - 해상(또는 육상)에 설치되는 3MW급 이상의 풍력터빈타워의 진동저감을 위한 질량형 제진장치(mass damper) 개발 - 풍력터빈타워의 진동저감을 통하여 풍력터빈의 고장을 감소시키는 한편, 피로에 의한 강도 저감문제를 해소시켜 풍력터빈타워의 장수명화 달성 - 풍력터빈타워의 작용하중 및 진동 응답 파악기술 개발 - 질량형 제진장치에 의한 진동 저감 효과를 활용한 풍력터빈타워의 최적화 설계기술 개발 - 풍력터빈용 제진장치의 시공, 유지관리 기준 개발 - 풍력터빈타워의 동특성을 모사한 시험체(축소스케일 및 실스케일)를 이용한 진동제어장치의 성능평가기술 개발 - 풍력터빈타워의 진동제어기술에 대한 국제 인증 [연구내용 및 범위] 1. 풍력터빈타워 구조해석 및 진동조사 - 3MW급 및 그 이상의 풍력터빈타워 구조 모델 조사 - 해상 대형 풍력타워 구조해석(고유치해석 포함) - 주요 진동 원인(바람, 파도, 조류 등)별로 기존 풍력터빈타워의 진동 조사 - 공탄성모형을 이용한 풍동실험을 통해 풍력터빈타워의 풍진동 응답 산정 - 구조 및 피로검토를 통한 풍력터빈타워의 허용 진동을 조사 - 풍력터빈의 작동 상태에 따른 진동 특성 분석 2. 제진장치 설계 사양 결정 - 풍력터빈타워에 질량형 제진장치를 설치할 수 있는 공간과 풍력터빈타워의 경제성을 고려한 질량형 제진장치의 허용 비용 등 질량형 제진장치 설치의 제약 조건 조사 - 풍력 터빈의 성능을 고려한 제진장치 설계 사양 결정 3. 기존 기술(state of practice) 조사 - 국내외 해상 풍력터빈 타워에 적용된 실적이 있는 제진장치의 효과 분석 - 풍력타워에 설치가 가능한 수동형, 능동형, 반능동형 유형별 장단점 분석 및 국내 풍력타워 제진에 가장 적합한 형식 선정 4. 풍력타워 축소스케일 시험체를 이용한 제진장치 성능평가기술 개발 - 3MW급 이상 풍력타워의 동특성(일반화질량, 고유진동수, 구조감쇠비 등)을 상사한 축소스케일 시험체 설계 및 제작 - 제진장치의 성능을 검증하기 위해 가진 장치 개발 - 축소스케일 시험체를 이용한 제진장치 성능평가기술 개발 5. 풍력터빈타워의 축소스케일 시험체용 제진장치 개발 (1/3？1/6 축척) - 제진성능 시뮬레이션을 통한 최적의 질량형 제진장치 동특성 파악 - 3MW급 이상 풍력타워의 축소스케일 시험체용 제진장치 설계 및 제작 (4type) - 제진장치 동특성 시험 - 가진장치를 이용한 풍력터빈타워 축소스케일 시험체용 제진장치 성능시험 (유효감쇠비, 제어율) 6. 풍력터빈타워 시험체 개발 (1:1 축척) - 3MW급 및 7MW급 해상 풍력타워에서 제진장치가 설치되는 부분을 재현하되, 풍력터빈타워 전체의 동특성(일반화질량, 고유진동수, 구조감쇠비 등)을 상사하도록 풍력터빈타워 실스케일 시험체 설계 및 제작 - 제진장치의 성능을 검증하기 위해 가진 장치 개발 - 풍력터빈타워 실스케일 시험체의 동특성 시험 7. 풍력터빈타워 실스케일용 제진장치 개발 (1:1 축척) - 제진성능 시뮬레이션을 통한 최적의 질량형 제진장치 동특성 파악 - 3MW급 및 7MW급 풍력터빈타워의 제진장치 설계 및 제작 - 제진장치 동특성 시험 - 풍력터빈타워 실스케일용 제진장치 성능시험 (유효감쇠비, 제어율) - 3MW급 및 7MW급 풍력터빈타워 진동저감기술의 국제인증 8. 제진장치의 설치를 고려한 풍력터빈타워 설계기술 개발 - 풍력타워 3차원 설계기법 개발 (설계기준 검증 및 하중 산정, 구조해석 포함) - 풍력터빈타워 진동저감에 따른 구조적, 경제적 효과 분석 - 제진장치 설치에 의한 진동하중감소를 고려한 타워 최적화 설계기술 개발 9. 기술의 표준화 및 사업화 - 풍력터빈 제진장치 시공법 개발 - 풍력터빈 제진장치 유지관리 기준 개발 - 3MW급 이상 풍력타워 진동저감기술(제진장치) 특허 - 3MW급, 7MW급 풍력타워 진동저감기술(제진장치) 국제인증 - 진동저감기술의 국내 해상 풍력 적용 및 해외 수출 추진 |
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| 색인어 | 한글 | 진동제어장치 | 풍력발전 | 풍력터빈 | 신재생에너지 | 동조질량형 제진장치 |
| 영문 | Vibration control device | Wind power generation | Wind turbine | New renewable energy | Tuned Mass Damper | |
| 최종보고서 | 해상풍력타워 최종보고서r1.pdf | |||||