기초 모니터링 – 저항식 vs. 광섬유 스트레인 게이지 시스템

더 크고 더 무겁고 더 강력한 풍력 터빈을 연안에서 멀리 떨어진 해상과 심해에 배치하는 과정에서 풍력 기초의 역할은 주목할 만하지만 실제로는 많은 관심을 받지 못하고 있습니다. 그러나 풍력 기초는 해상 풍력 발전의 평준화 발전 단가를 절감하기 위해 매우 중요합니다.

 

기술과 비용 비교

모노 파일, 재킷 또는 중량 기반 설계에 관계 없이, 고정식 기반 작업은 중량이 1,000 톤을 훨씬 상회하며 첨단부 높이가 200 m를 초과하는 탑(타워)과 터빈을 지탱합니다. 이러한 기반은 터빈의 예상 작동 수명인 25년이 넘는 기간 동안 강풍과 거센 파도 속에서도 지지력을 견고하게 유지하면서 탑과 터빈을 지탱해야 합니다.

특히 변형률이 가장 큰 위험 구역인 해저면 바로 위와 아래에 설치된 풍력 기초의 구조적 무결성을 모니터링 하려면 고급 전문기술, 첨단 테스트와 측정 기술이 필요합니다. 이 분야에서는 산업 개발이 설계 표준을 앞지르고 있습니다. 해상 개발자들을 위한 쉬운 지침은 존재하지 않습니다. 이 보고서에서는, 기술 선두주자인 HBM의 테스트와 측정 기술을 적용한 해상 풍력 기초용 저항식 게이지 시스템과 광학 게이지 시스템을 비교합니다.

해상 풍력 터빈의 기반에 대한 측정은 원활한 설계 검증을 위해 또는 해상 풍력 터빈의 기반이 의도한 상태를 유지한다는 장기 보장을 위해 필수입니다. 풍력 기반 시설에서 휨이 가장 크게 발생하는 곳은 풍력 기초 구조물이 해저면과 접촉하는 부위입니다. 정확한 설계와 보호가 있다면, 스트레인 게이지 기술을 활용하여 해저면 바로 위아래에서 측정할 수 있습니다.

모노 파일의 경우, 보호되어 있는 스트레인 게이지를 동심원 형태로 기초 설비의 둘레와 내부에 배치하여 측정할 수 있습니다. 중력 기반 구조와 재킷에서는 ‘핫스팟’이 있습니다.  온도 보정된 측정점은 로깅을 위한 전용 DAQ 시스템으로 라우팅되며, 구조물 내에서 가속도계, 경사계, 기타 센서의 판독 값과 결합하여 완전한 측정 시스템을 제공합니다. 이러한 시스템은 운영자의 SCADA 네트워크와 연동되거나 GSM 또는 위성을 통해 원격으로 보고 합니다.

 

 

기술적인 어려움이 따르더라도, 수면 밑에서 가장 큰 힘이 구조물에 작용하는 지점에서 정확하게 측정하는 것이 중요합니다. 향후 표준에서는 측정 유형, 위치, 로깅 빈도를 명확하게 설정할 수 있지만 현재 표준의 부족함을 고려한다면 특히 해저 등 가혹한 환경에서 측정을 실행한 경험이 풍부한 전문가와 밀접한 기술적 관계를 유지하는 것이 중요할 것입니다. 지침이 되는 표준을 수립하는 속도보다 더 빠른 속도로 발전하고 있는 이러한 산업 분야에서는 스트레인 게이지 등과 같은 제품의 ‘기록 성능(historical performance)’에 크게 의존하는 경향이 있습니다.

그러나 어떠한 유형의 스트레인 게이지를 사용해야 할까요? HBM은 저항식 스트레인 게이지와 광섬유 스트레인 게이지 모두를 수년간 설계, 제조하고 공급한 경험과 해저와 해저면 아래에 성공리에 설치한 우수한 실적을 보유하고 있습니다.따라서, HBM은 일반적인 광학식, 저항식 스트레인 게이지 패키지들을 기술적 측면과 상업적 측면에서 간단하게 비교했습니다.

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스트레인 게이지를 사용한 기초 모니터링...

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