파도소리에 의한 풍력발전기 소음 마스킹에 관한 연구

김봉영,배명진 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2019 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.9 No.1

Wind power is one of the most important renewable energy because it is a natural energy source. However, wind power plants generate wind noise, causing damage to human body and livestock, radio interference, and pressure. Especially, low-frequency noise caused by Turbulence between the blade of the wind power plant and the wind is the biggest damage. Offshore wind power plants are becoming an alternative to minimize damage from wind power plants. In this paper, we tried to find out how the wave sound reduces the wind power plant noise by predicting how offshore wind power plant noise and wave sound are transmitted to nearby people. Experiment results in chapter 3, the wind power plant noise was 12dB larger than the wave sound, but the wind power plant noise propagated inland with a lot of sound attenuation from the sea. However, the wave sound was relatively less attenuated due to the sound from the coastline and propagated with many sound components. For nearby residents, the wind power plant noise, which is relatively smaller than the wave sound, is not heard. In addition, the wave sound with various sound components is mainly heard, giving a refreshing. As a result, it was confirmed that the wave sound reduces the wind power plant noise through the masking effect. 풍력발전은 자연상태 그대로의 에너지원이라는 점에서 가장 주목받는 신재생에너지라고 할 수 있다. 그러나, 풍력발전기는 풍력소음을 발생시키고, 인체 및 가축피해, 전파방해, 위압감 등의 피해를 일으킨다. 특히 풍력발전기 블레이드와 바람 간의 Turbulence로 인해 발생하는 저주파 소음은 가장 큰 피해를 주고 있다. 풍력발전기 피해를 최소화하기 위해 해상풍력발전기가 대안이 되고 있다. 본 논문에서는 해상풍력발전기 소음과 파도소리가 인근 주민들에게 어떻게 전달되는지 예측을 통해 파도소리가 풍력발전기 소음을 어떻게 저감시키는지 확인하고자 하였다. 제3장의 실험결과 풍력발전기 소음은 파도소리에 비해 12dB 더 크지만, 해상에서부터 많은 소리감쇠가 이루어져 내륙으로 전파되었다. 그러나 파도소리는 해안선으로부터 소리가 발생하여 상대적으로 적게 감쇠되었으며, 많은 소리성분을 가지고 전파되었다. 인근주민에게는 파도소리보다 상대적으로 작아진 풍력발전기 소음은 잘 들리지 않고 여러 가지 소리성분을 가진 파도소리가 주로 들려 상쾌함을 준다. 이러한 결과로 파도소리가 마스킹 효과를 통해 풍력발전기 소음을 저감시키고 있는 것을 확인할 수 있었다.

해상 크레인을 이용한 해상 풍력 발전기의 다물체계 동역학 설치 해석

구남국,하솔,김기수,노명일,Ku, Nam-Kug,Ha, Sol,Kim, Ki-Su,Roh, Myung-Il 한국전산구조공학회 2013 한국전산구조공학회논문집 Vol.26 No.4

신재생, 친환경 에너지에 대한 관심의 증가로 최근 상당수의 풍력 발전기가 설치되고 있다. 특히, 육상과 달리 부지 확보의 어려움도 없고 고품질의 바람을 얻을 수 있다는 점에서 해상 풍력 발전기가 더욱 주목을 받고 있다. 이와 같은 장점을 가진 해상 풍력 발전기는 육상의 조선소 등에서 제작된 후, 해상 크레인을 이용하여 운용 지점까지 이송되어 설치되는데, 이때 그 크기의 거대함과 고가라는 이유로 무엇보다 안전이 보증되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치 시 안전성을 보증하기 위한 근거로서, 다물체계 동역학 기법을 활용하여 해상 크레인에 연결된 해상 풍력 발전기의 동역학 해석을 수행하였다. 그 결과, 본 기법이 해상 풍력 발전기의 이송 및 설치방법에 대한 검증용으로 충분히 활용 가능함을 확인할 수 있었다. Recently, a number of wind turbines are being installed due to the increase of interest in renewable, environment-friendly energy. Especially, an offshore wind turbine is being watched with keen interest in that it has no difficulty in securing a site and can get high quality of wind, as compared with a wind turbine on land. The offshore wind turbine is transferred to and installed on the site by an offshore floating crane after it was made in a factory on land such as shipyard. At this time, it is important to secure the safety of the turbine because of its huge size and expensive cost. Thus, a dynamic analysis of the offshore wind turbine which is connedted with the offshore floating crane was performed based on the multibody systems dynamics in this study. As a result. it is shown that the analysis can be applied to verify the safety of a method for the transportation and installation of the offshore wind turbine suspended by the crane.

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

구남국,노명일,이규열,Ku, Nam-Kug,Roh, Myung-Il,Lee, Kyu-Yeul 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.5

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.

해상풍력발전기 설치 선박 레그의 해저면 관입 깊이에 따른 고유 진동 모드와 구조 강도 평가

이명수,서광철,박주신 해양환경안전학회 2024 해양환경안전학회지 Vol.30 No.1

해상풍력발전 시장의 성장과 함께 해상풍력발전기 설치 선 시장에 대한 기대감이 커지고 있다. 해상풍력발전 시장 내 2030년까지 약 100척의 설치 선이 필요할 것으로 전망되고 있다. 척당 가격이 3,000∼4,000억 원이라서 일반 운반선보다 고부가가치 시장이다. 특히, 풍력발전기 용량이 11MW 이상의 대형 설치 선의 수요가 커지고 있다. 중국을 중심으로 아시아 해상풍력발전기 시장의 급성장으로 이 지역에서 운용 가능한 설치 선에 대한 발주에 대한 협의가 많다. 아시아권역 대부분의 해저 지질은 지지 반력이 작은 점토층으로 구성되어 있다. 이러한 특성에 의해서 설치 선이 작업을 위해 수면 밖으로 오르고 내림 시 스퍼드캔(Spudcan)과 레그(Leg)의 관입 깊이가 크게 발생한다. 연구에서는 최소 3m에서 최대 21m까지 관입 변수를 이용하여 관입 깊이에 따른 고유 진동 주기, 레그의 구조 안전성 평가 그리고 전복 안전성 지수를 평가하였다. 관입 깊이가 증가하면 고유 진동 주기가 짧아지고, 레그의 모멘트 길이가 짧아져서 구조 강도의 여유 치가 증가한다. 모든 입사각에서 전복 모멘트에 대해 안전하며, 최댓값은 270도에서 발생한다. 본 연구를 통하여 검토된 조건들은 연약 지반에서 설치 선의 운용 절차서를 작성 시 관입 깊이에 따라서 레그를 어떻게 운용해야 하는지 판단할 수 있는 중요한 자료로 활용할 수 있다. 결론적으로 관입 깊이에 따른 레그 구조 안전성을 정확히 파악하는 것은 설치 선의 안전과 직결된 문제이다. With the growth of offshore wind power generation market, the corresponding installation vessel market is also growing. It is anticipated that approximately 100 installation vessels will be required in the offshore wind power generation market by 2030. With a price range of 300 to 400 billion Korean won per vessel, this represents a high-value market compared to merchant vessels. Particularly, the demand for large installation vessels with a capacity of 11 MW or more is increasing. The rapid growth of the offshore wind power generation market in the Asia-Pacific region, centered around China, has led to several discussions on orders for operational installation vessels in this region. The seabed geology in the Asia-Pacific region is dominated by clay layers with low bearing capacity. Owing to these characteristics, during vessel operations, significant spudcan and leg penetration depths occur as the installation vessel rises and descends above the water surface. In this study, using penetration variables ranging from 3 to 21 m, the unique vibration period, structural safety of the legs, and conductivity safety index were assessed based on penetration depths. As the penetration depth increases, the natural vibration period and the moment length of the leg become shorter, increasing the margin of structural strength. It is safe against overturning moment at all angles of incidence, and the maximum value occurs at 270 degrees. The conditions reviewed through this study can be used as crucial data to determine the operation of the legs according to the penetration depth when developing operating procedures for WTIV in soft soil. In conclusion, accurately determining the safety of the leg structure according to the penetration depth is directly related to the safety of the WTIV.

풍력발전산업의 글로벌 공간전략 : 발전기 제조업체를 중심으로

배지용 서울대학교 국토문제연구소 2021 地理學論叢 Vol.67 No.-

전 세계에 이미 설치된 육상 풍력발전기의 지리적 분포를 주요 제조업체별로 비교하는 한편, 업체 홈페이 지에서 새롭게 발표하는 주요 사업들의 지리적 분포도 분석하였다. 또 해상발전기 제조업에서 경쟁력을 확보하기 위해 발전기 제조업체들이 취한 공간전략들을 비교한다. 더 나아가 대만 해상의 풍력발전소 건설사업을 통해 풍력 발전기 제조업 상류와 하류의 공급사슬을 살펴보며, 사슬에 개입하는 주체들의 지리적 특징을 밝혔다. 그 밖에도 선 도기업들을 추격하는 인도와 중국업체의 상반된 운명을 다루었고, 국내 발전기 제조업체들의 공간전략을 선도기업 들과 비교하였다. 끝으로 벨라루스와 코소보의 예시를 통해 풍력발전산업에서 국제기구의 역할을 예시하였다. This paper summarizes the global spatial strategy of major wind turbine makers in terms of the current geographical distribution of wind turbines and recently mentioned wind farm projects in the official news of company websites. Chinese company Goldwind and American Company GE Renewable Energy was compared with European leaders such as Vestas and Siemens Gamesa due to high dependency on domestic markets of the former companies according to the track records. Although more than 90% of cumulative wind power capacity is onshore, the demand for offshore wind turbines is increasing. While Siemens Gamesa being the leader of offshore wind turbine makers with a licensing agreement with a local Chinese company, Vestas collaborated with Mitsubishi Heavy Industries to make a synergy. On the other hand, GE acquired French power businesses to compete with them. To expand the discussion to upstream and downstream of wind turbine industry, a global supply chain in case of Taiwan offshore wind farms was demonstrated. It was characterized by capital-intensive Western developers and cutting-edge turbine makers from Germany, Japan, etc. with components of turbines provided by Taiwanese and South Korean companies. On the contrary, some examples of challengers in the industry was provided in terms of their spatial strategy. From the wind farm projects in Kosovo and Belarus, the role of international organizations such as European Union and United Nations in the industry was also illustrated.

풍력발전기 저주파 소음해소에 관한 연구

박상범,이원희,배명진 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2017 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.7 No.9

The modernization of the upgrading system makes use of chemical energy indiscriminately and the global warming has become acute and serious, and by developing renewable energy sources that are environmentally friendly throughout the world, In JeJu Island, development is being carried out with an interest in renewable energy. In the case of renewable energy, wind power generators complain that the residents of the nearby houses are suffering because of the low frequency noises that come out when they are operated In this study, we propose a method to solve the low-frequency noise from the wind power generator.The results of the experiment show that the wind power generation facility During construction at sea, it was possible to obtain neutralization and masking effects due to sea and wind noise from the sea, and wind power generation facilities were built on the sea, and fishing grounds were formed for the com- plex structures It is proposed that rational measurement regulations capable of measuring low-frequency noise due to the activation of the wind power generation industry and noise environment standards that reflect this will be prepared. It is necessary to investigate the noise situation of the environment inhabited by the residents near the wind power generation facility. 산업이 근대화가 됨에 따라 화학에너지를 무분별하게 사용하여 지구 온난화가 급격히 심화되고 있다. 이로인해 전세계적으로 친환경적인 신재생에너지를 개발함에 따라, 국내에서도 신재생에너지에 관심을 갖고 개발을 하고 있다. 신재생에너지 중 풍력발전기는 가동될 때 나오는 저주파 소음 때문에 인근 주거주민들이 고통을 호소하고 있다. 이에따라, 최근 제주도에서 해상에 풍력발전시설을 건설을 하고 있다. 본 연구에서는 풍력발전기에서 나오는 저주파 소음을 해소방법을 제안하였다. 실험결과, 풍력발전시설을 해상에 건설 시, 바다에서 불어오는 해풍과 파도소리로 인해 중화 및 마스킹효과를 얻을 수 있었다. 또한, 풍력발전시설이 해상위에 건설되어 콘크리트 구조물로 인해 어장이 형성되는 이점이 있다. 풍력 발전산업이 활성화 됨에 따라 저주파소음을 측정할 수 있는 합리적인 측정 규제와 이를 반영한 소음 환경 기준이 마련될 것을 제안한다. 이 제안을 기준으로 풍력발전시설 인근 주민들이 주거하는 환경의 소음실태를 조사할 필요가 있다.

부유식 파력-해상풍력 복합발전 구조물의 해상풍력발전기 하부 구조 설계 및 강도 평가

임재한(Jaehan Lim),김대현(Daehyeon Kim),오근원(Keunwon Oh),정한별(Hanbyul Jeong),유병석(Byeongseok Yu),홍기용(Keyyong Hong),이강수(Kangsu Lee) 한국해양환경·에너지학회 2016 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

최근 신재생에너지, 특히 해상풍력과 파력에 대한 수요와 관심이 급증하고 있으며 발전에 적합한 입지가 일치하는 해상풍력과 파력의 복합발전 시스템에 대한 연구 또한 진행되고 있다. 본 연구에서는 10MW급 부유식 파력-해상풍력 연계형 발전시스템의 설계기술 개발 연구 과제를 수행하며 진행된 해상 풍력 발전기의 하부 구조의 설계 방법 및 구조 강도 평가에 대한 내용을 다루고 있다. 해상풍력발전기는 복합발전 구조물의 column위에 배치되며 그 하부 구조는 다양한 하중 조건에 놓이게 된다. 따라서 선급의 rule requirement를 만족하는 구조물이라 하더라도 구조 강도 평가가 필요하며 결과에 따라 적절한 보강이 이루어 져야한다. 본 논문에서는 DNV offshore rule에 기반 한 풍력 발전기 하부 구조 설계의 과정과 유한 요소 해석을 통한 구조 강도 평가의 결과를 제시하여 향후 개발되는 부유식 복합발전 구조물의 설계 지침 마련에 기여하고자 한다. Recently, demands and interests for new renewable energy, especially offshore wind and wave energy have been increasing rapidly. As the site to generate electricity from offshore wind and wave accords well, researches on hybrid power system which utilizes both wave and offshore wind simultaneously is ongoing in many countries. In this research, design and strength assesment of substructure for offshore wind turbine is carried out as part of a R&D project for 10MW class floating wave-offshore wind hybrid power generation system. Offshore wind turbines are placed on column in hybrid power generation platform and its substructure is exposed to several loading conditions. Therefore, even if it is satisfied with a rule requirement of a classification society, structural analysis is required and substructure should be properly reinforced in accordance with the result. This study aims to contribute to set up design guidelines for floating hybrid power system by presenting design procedure of substructure for offshore wind turbine which is based on DNV offshore rules and strength assessment by finite element method.

타워와 블레이드의 탄성효과를 고려한 부유식 해상풍력발전기의 동적거동해석

정혜영(Hye Young Jung),손정현(Jeong Hyun Sohn) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.8

부유식 해상풍력발전기의 시뮬레이션을 위해서 본 연구에서는 2㎿ 육상 풍력발전기에 부유구조물인 Tension Leg Platform(TLP) 구조를 추가하였다. 기상청 관측데이터와 해수면으로부터의 높이에 대해 풍속을 정의하는 지수법칙을 이용하여 풍하중을 산출하고 블레이드와 타워에 일정한 높이간격으로 적용하였다. 상대모리슨 방정식을 이용하여 파랑하중을 모델링하였다. 블레이드의 회전속도를 정격속도인 18rpm 으로 고려하고, 풍하중과 파랑하중 작용 시 2㎿ 의 부유식 해상풍력기의 동적거동 해석을 수행하였다. 파랑하중에 대한 해상풍력기의 공진특성을 조사하기 위해 타워와 블레이드의 탄성체 모델을 구성하여 해상풍력기의 고유진동수를 계산하였다. 타워와 블레이드의 탄성효과가 해상풍력기의 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해 타워만 탄성체로 구성된 탄성타워모델과 타워와 블레이드가 탄성체로 고려된 탄성타워 블레이드모델을 각각 강체 모델과 비교하였다. To establish a floating offshore wind turbine simulation model, a tension leg platform is added to an onshore wind turbine. The wind load is calculated by using meteorological administration data and a power law that defines the wind velocity according to the height from the sea surface. The wind load is applied to the blade and wind tower at a regular distance. The relative Morison equation is employed to generate the wave load. The rated rotor speed (18 rpm) is applied to the hub as a motion. The dynamic behavior of a 2-㎿ floating offshore wind turbine subjected to the wave excitation and wind load is analyzed. The flexible effects of the wind tower and the blade are analyzed. The flexible model of the wind tower and blade is established to examine the natural frequency of the TLP-type offshore wind turbine. To study the effect of the flexible tower and blade on the floating offshore wind turbine, we modeled the flexible tower model and flexible tower-blade model and compared it with a rigid model.

사질토 지반에 위치한 해상풍력발전기 석션기초의 복합하중에 대한 안전성 평가

박정선(Jeong Seon Park) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.5

해상풍력발전기는 바람 및 파도, 구조물 자중에 의해 수직-수평-모멘트의 복합하중을 받는다. 본 연구에서는 유한요소해석으로 사질토 지반에 설치된 해상풍력발전기 석션기초의 복합하중에 대한 지지력을 산정하였다. 또한 복합하중이 작용하는 중의 석션기초 주변 지반의 응력상태를 상세하게 분석하였다. 최종적으로 유한요소해석 결과를 토대로 수평 및 모멘트 지지력 산정식과 복합하중에 대한 안전성을 평가하는 지지력 포락선 식을 제안하였다. Offshore wind turbine (OWT) receive a combined vertical-horizontal- moment load by wind, waves, and the structure’s own weight. In this study, the bearing capacity for the combined load of the suction foundation of OWT installed on the sandy soil was calculated by finite element analysis. In addition, the stress state of the soil around the suction foundation was analyzed in detail under the condition that a combined load was applied. Based on the results of the analyses, new equations are proposed to calculate the horizontal and moment bearing capacities as well as to define the capacity envelopes under general combined loads.

해상풍력발전기 설치선박의 스퍼드캔 구조강도 예측법

박주신,이동훈,서정관 해양환경안전학회 2022 해양환경안전학회지 Vol.28 No.1

As interest increases related to the development of eco-friendly energy, the offshore wind turbine market is growing at an increasing rate every year. In line with this, the demand for an installation vessel with large scaled capacity is also increasing rapidly. The wind turbine installation vessel (WTIV) is a fixed penetration of the spudcan in the sea-bed to install the wind turbine. At this time, a review of the spudcan is an important issue regarding structural safety in the entire structure system. In the study, we analyzed the current procedure suggested by classification of societies and new procedures reflect the new loading scenarios based on reasonable operating conditions; which is also verified through FE-analysis. The current procedure shows that the maximum stress is less than the allowable criteria because it does not consider the effect of the sea-bed slope, the leg bending moment, and the spudcan shape. However, results of some load conditions as defined by the new procedure confirm that it is necessary to reinforce the structure to required levels under actual pre-load conditions. Therefore, the new procedure considers additional actual operating conditions and the possible problems were verified through detailed FE-analysis. 친환경 에너지원 개발에 관한 관심이 증가하면서, 해상풍력발전기 시장은 매년 높은 증가율을 보이면서 성장하고 있다. 이와 맞물려 대용량 해상풍력발전기를 설치할 수 있는 설치선의 수요 또한 급증하고 있다. 풍력발전기 설치 선박(Wind Turbine Installation Vessel)은 설치 및 해체를 위하여 레그(Leg)와 스퍼드캔(Spudcan)을 해저면에 관입시켜서 고정하며, 이때 스퍼드캔 구조 강도 안전성에 대한 검토는 전체 시스템과 연관된 중요한 문제이다. 본 연구에서는 현재 선급에서 제시하고 있는 절차서를 분석하고, 실제 발생할 수 있는 하중 시나리오를 반영한 새로운 절차서를 제안하였으며, 유한요소해석을 통한 검증을 하였다. 기존 방식은 해저면의 기울기와 레그에 발생하는 휨모멘트 그리고 형상에 따른 영향을 검토하지 않기 때문에, 허용응력보다 작은 최대 응력 값을 보이지만, 신규 절차에 따른 결과는 대부분 구조보강이 발생하였다. 이러한 현상은 해상풍력발전기의 크기가 커지면 커질수록 차이가 크게 나타나며, 실제 관입(Pre-load) 조건을 고려하면 상당수의 부재에서 구조적 문제가 발생할 가능성이 있다. 따라서 본 연구에서는 더욱 실제적인 작업조건을 고려한 절차서를 제안하였고, 적용 시 문제점들에 대해서 구조해석을 통한 검증을 수행하였다.