Hellenic Cables의 해상 풍력 발전용 해저 케이블 모델링

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익숙한 것 같나요? 위의 메시지는 1858년에 뉴펀들랜드와 아일랜드 사이의 최초의 대서양 횡단 전신 케이블을 통해 전송되었습니다. ("Whitehouse"는 당시 Atlantic Telegraph Company의 수석 전기 기술자인 Wildman Whitehouse를 나타냅니다.) 2014년으로 빨리 감기: 바닥 of the Ocean에는 약 300개의 통신 케이블이 있어 국가를 연결하고 전 세계에 인터넷 통신을 제공합니다. 다시 빨리 감기: 2021년 현재 아일랜드와 영국 사이의 짧은 131km 케이블부터 아시아와 북미 및 남미를 연결하는 20,000km 케이블에 이르기까지 약 130만km의 해저 케이블(그림 1)이 서비스 중입니다. 미국. 우리는 오늘날 해저 케이블의 세계가 어떤 모습인지 알고 있습니다. 하지만 미래는 어떨까요?

그림 1. 해저 케이블은 전 세계를 연결합니다.

해상풍력(OFW) 산업은 전 세계적으로 가장 빠르게 발전하는 전력원 중 하나입니다. 그것은 의미가 있습니다: 육지보다 넓은 바다에서 바람이 더 강하고 일정합니다. 일부 풍력 발전소는 500,000가구 이상의 주택에 전력을 공급할 수 있습니다. 현재 유럽은 OFW 용량의 거의 80%를 차지하며 시장을 선도하고 있습니다. 그러나 전세계 에너지 수요는 10년 안에 20% 증가할 것으로 예상되며, 그 수요의 대부분은 풍력과 같은 지속 가능한 에너지원에서 공급됩니다.

해상 풍력 발전소(그림 2)는 터빈 네트워크로 구성됩니다. 이러한 네트워크에는 풍력 발전 단지를 해안에 연결하고 전력망 인프라에 전기를 공급하는 케이블이 포함됩니다(그림 3). 많은 OFW 농장은 모노파일 및 기타 유형의 바닥 고정 풍력 터빈과 같은 지상 구조물로 구성됩니다. 이러한 구조물의 기초는 건설 비용이 많이 들고 케이블을 해저에 묻어야 하기 때문에 심해 환경에 설치하기가 어렵습니다. 얕은 바다에서는 설치 및 유지 관리가 더 쉽습니다.

해상 풍력 발전 단지용 풍력 터빈이 바다 속으로 더 멀리 건설되기 시작했습니다. 이로 인해 더 먼 거리에 도달하고, 더 깊은 바다에서 생존하며, 지속 가능한 전력으로 세상을 더 잘 연결할 수 있는 잘 설계된 해저 케이블에 대한 새로운 필요성이 발생합니다.

해상 풍력의 미래는 케이블이 해저에 직접 놓여 있는 밸러스트와 계류장 위에 떠 있는 풍력 발전소에 있습니다. 부유식 풍력 발전소는 해안 바로 옆에 위치한 풍력 발전소가 혼잡할 때 훌륭한 솔루션입니다. 그들은 또한 더 먼 바다에서 발생하는 더 크고 더 강력한 바람을 이용할 수도 있습니다. 부유식 풍력 발전 단지는 향후 10년 동안 더욱 대중화될 것으로 예상됩니다. 이는 미국, 영국, 노르웨이 대서양 연안의 얕은 바다와 달리 해안이 더 깊은 미국 태평양 연안 및 지중해와 같은 지역에 특히 매력적인 옵션입니다. 해상 OFW 농장의 중요한 요구 사항 중 하나는 생성된 전기를 효과적으로 활용하고 해안으로 전달할 수 있는 동적 고용량 해저 케이블을 설치하는 것입니다.

그림 2. 해상 풍력 발전소는 지속 가능한 에너지에 대한 증가하는 수요를 충족하는 데 도움이 될 것으로 예상됩니다.

이미지 제공: Ein Dahmer — 자체 작업. Wikimedia Commons를 통해 CC BY-SA 4.0에 따라 라이센스가 부여되었습니다.

평소 인터넷보다 느린 것을 경험해 보셨나요? 해저 케이블의 고장이 원인일 수 있습니다. 이런 종류의 케이블 고장은 기반암, 트롤 어선, 앵커로 인한 기계적 응력 및 변형의 손상, 케이블 설계 자체의 문제 등으로 인해 흔히 발생하며 비용이 많이 듭니다. 해상 풍력 산업이 계속 성장함에 따라 이러한 농장을 전력망에 안전하고 효율적으로 연결할 수 있는 전력 케이블을 개발해야 할 필요성도 커지고 있습니다.

수십억 달러의 비용이 소요될 수 있는 해저 케이블을 고정하거나 설치하기 전에 케이블 설계자는 설계가 해저 조건에서 의도한 대로 작동하는지 확인해야 합니다. 오늘날 이는 일반적으로 전산 전자기학 모델링의 도움으로 수행됩니다. 케이블 시뮬레이션 결과를 검증하기 위해 국제 표준이 사용되지만 이러한 표준은 최근의 컴퓨팅 성능 향상과 시뮬레이션 소프트웨어의 성장하는 기능을 따라잡지 못했습니다. 자회사 FULGOR를 포함한 Hellenic Cables는 유한 요소법(FEM)을 사용하여 케이블 설계를 분석하고 이를 실험 측정과 비교하며 종종 국제 표준이 제공할 수 있는 것보다 더 나은 결과를 얻습니다.