자체 거동을 가진 LCOE형태의 해상풍력발전기의 주 거동시스템인 잭킹시스템과 기어의 구조해석

1. 과제 개요

• 과제명: LCOE 저감을 위한 10MW 이상급 해상풍력용 상하부 일괄설치 지지구조시스템 개발
• 핵심 기술: 지지구조물 자가 승강 및 거동을 위한 잭킹 시스템(Jacking System) 및 대형 레그(Leg) 구조 설계
• 수행 역할: 컨소시엄 참여 대학 실무 총괄 책임자 (Acting PI)
• 핵심 목표: 초대형 해상풍력 지지구조물의 일괄 설치 시 발생하는 고하중 지지 성능 검증 및 구조 안전성 최적화

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2. 주도적 과제 관리 및 컨소시엄 행정 (Project Management)

대학 연구실의 기술력을 바탕으로 주관기관 및 타 참여기관과의 기술적 접점을 조율하고, 국책과제의 행정적 완결성을 주도했습니다.

• 과제 기획 및 사업계획서(Proposal) 수립: 10MW 이상급 초대형화 추세에 맞춘 설치 공법의 경제성(LCOE 저감) 분석 및 대학 파트의 상세 기술 로드맵(TRL) 기획.
• 연차별 보고서 및 성과 관리: 매년 연구 실적을 정량화하여 연차 보고서를 집필하고, 대학에 배정된 연구비 집행 관리 및 KPI(특허, 논문, 기술 수준) 달성도 총괄.
• 교수 대리 정부 평가 수감: 선정, 단계, 최종 평가 시 교수님을 대리하여 발표 및 평가위원 질의 대응을 수행, 대학 연구팀의 기술적 기여도를 입증하여 과제 지속성 확보.
• 컨소시엄 기술 가교 역할: 주관기관(설계/시공사)의 요구사항을 수치 해석 모델에 반영하고, 도출된 해석 결과가 실제 제작 및 설치 공정에 피드백되도록 인터페이스 관리.

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3. 핵심 기술 개발 및 구조 해석 (Advanced Engineering)

일괄설치 시스템의 핵심인 잭킹 시스템의 구동 안정성과 레그의 구조 건전성을 심도 있게 분석했습니다.

① 잭킹 시스템(Jacking System) 고정밀 구조 해석

지지구조물을 승강시키는 핵심 장치인 잭킹 시스템이 운용 중 맞이하는 극한 하중 조건을 시뮬레이션했습니다.

• 비선형 접촉 해석: 잭킹 기어(Pinion)와 레그 랙(Rack) 간의 복잡한 접촉 메커니즘을 모델링하여 치형부의 응력 집중 및 파손 가능성 분석.
• 구동 시나리오별 응답 분석: 승강(Jacking up/down) 및 고정(Locking) 상태에서 발생하는 편심 하중을 고려한 하우징 및 프레임의 구조 강도 검토.

② 초대형 레그(Leg) 구조 안전성 및 좌굴 검토

10MW급 이상의 하중을 견뎌야 하는 초장대 레그 구조물의 안정성을 다각도로 검증했습니다.

• 전역/국부 좌굴(Buckling) 해석: 레그의 세장비(Slenderness ratio)를 고려하여 하중 인가 시 발생하는 선형/비선형 좌굴 거동을 예측하고 안전율 확보.
• 환경 하중 연성 분석: 설치 해역의 파랑, 조류, 풍하중이 레그에 미치는 복합 하중 조건을 산출하여 지지구조물 전체의 동적 안정성 평가.
• 용접부 및 연결부 피로 해석: 반복적인 승강 하중과 환경 하중으로 인한 레그 연결부의 피로 수명 예측 및 보강안 제안.

③ 해석 자동화 및 설계 가이드라인 수립

• 파라메트릭 모델링 자동화: 레그의 직경, 두께, 잭킹 속도 등 설계 변수 변경에 따라 해석 모델이 자동으로 업데이트되는 루틴 구축.
• 대학 차원의 표준 매뉴얼 제작: 일괄설치 시스템의 구조 해석 방법론을 표준화하여 컨소시엄 내 공유하고 기술적 자산으로 활용.

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4. 핵심 역량 요약