• 한국항해항만학회:학술대회논문집
• /
• 한국항해항만학회 2019년도 추계학술대회
• /
• pp.150-152
• /
• 2019

본 연구에서는 3차원 수치조파수조기법을 이용하여 연안 구조물로 인한 파동장의 변화가 진동수주 파력발전장치의 유체동역학적 성능에 미치는 영향에 대한 분석을 수행하였다. 진동수주 파력발전장치는 선형 압력강하모델을 도입을 통해 시간에 따른 터빈-진동수주실간의 연성효과를 고려하여 수치적으로 모사하였다. 방파제 모델의 고려유무에 따라 반사특성의 변화로 인해 진동수주실 주변의 유동분포는 서로 다른 것으로 나타났다. 방파제로부터 포획된 파랑에너지는 방파제 전면의 평면상에 공간적으로 분포되었는데, 진동수주실 전면에 집중된 경우에 변환된 공력발전량은 급격히 높아졌다. 정상파 분포의 변화는 입사파장과 방파제의 길이의 관계에 따라 반복적으로 나타났으며, 이로 인한 진동수주실의 에너지변환 성능의 차이를 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제17권3호
• /
• pp.174-181
• /
• 2014

선형발전기가 연결된 부이의 수직운동에 대한 시간영역 해석을 수행하여 얻은 시계열 자료를 가지고 선형발전기를 설계하고 전기에너지 출력특성 및 효율에 대해 살펴보았다. 1차 변환장치로 원통형 부이를 선택하였고, 2차 변환장치로 양측식 할박(Halbach) 배열 영구자석 가동자와 철심형 슬롯리스(Slotless) 고정자로 구성된 선형발전기를 사용하였다. 시간영역에서 부이의 수직운동 속도와 파랑하중을 입력자료로 직선형 영구자석 발전기가 설계되었고, 설계된 발전기는 규칙파 조건에서 유한요소 해석법을 적용하여 발전특성해석을 수행함으로써, 그 타당성이 입증되었다. 또한 불규칙파 조건에서 합리적이고 빠른 해석을 위해, 등가회로법을 적용하여 발전특성 해석을 수행하였는데, 그 결과 역시 매우 타당함을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제13권2호
• /
• pp.91-98
• /
• 2010

진동수주형 파력발전장치에서 공기실 내의 수면 변화와 덕트 내 유량의 왕복유동은 시스템의 작동 성능을 결정짓는 매우 중요한 요소이다. 공기실 내의 수면 변화를 고찰하기 위하여 상용 CFD 코드인 Fluent 6.2를 이용하여 구현한 수치조파수조를 사용하였다. 수치조파수조의 지배방정식은 연속방정식과 Reynolds 평균 N-S 방정식이고 자유수면은 Two-phase VOF 기법을 이용하여 추적하였다. 공기실 내의 수면 변화와 공기실 윗부분에 설치된 덕트 내의 왕복유량을 계산하여 고찰하였고, 계산의 정확도를 검증하기 위하여 실험결과와 비교 분석을 수행하였다. 또한 동일한 입사파 조건에서 공기실 - 덕트 시스템의 노즐 비율이 시스템이 미치는 영향을 고찰하여 분석을 하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제19권2호
• /
• pp.120-128
• /
• 2016

파력발전은 파도의 위치에너지와 운동에너지를 이용한 발전방식으로 본 논문에서는 선형동기발전기를 이용한 파력발전시스템에 대하여 연구를 진행하였다. 파력 발전시스템을 분석하기 위해서는 부이의 운동과 부이와 연결과 발전기의 운동을 모델링하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 발전시스템의 분석을 위하여 선형발전기와 컨버터 시스템의 모델링을 진행하였다. 선형발전기와 컨버터 시스템의 전압 방정식 및 부이의 운동방정식을 이용하여 2상 회전좌표계에서의 벡터제어기법을 적용하여 댐핑기반의 제어기 구성을 제안한다. 파도 에너지로부터 전기에너지를 추출하기 위해서 파력발전기의 전류제어를 통해 댐핑을 적절히 조절할 수 있는 벡터제어기법 구성에 대해 제안한다. 최종적으로 제안된 제어기의 검증을 위하여 MATLAB/Simulink를 이용한 2상 회전좌표계에서의 벡터제어기의 시뮬레이션을 수행하였으며 선형 발전기 축소모델와 PCS 축소모델을 통한 실험을 수행하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제29권6호
• /
• pp.305-314
• /
• 2017

단독의 파력발전변환장치를 설치하는 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 기존 혹은 신설의 방파제에 적용하여 파랑제어와 파랑에너지의 이용을 동시에 도모하는 방식이 많이 추진되어 왔다. 본 연구는 전편의 연구(Lee et al., 2014)에서와 같이 부유식방파제로 연구 개발된 공기주입식 부유식방파제에 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 경우를 대상으로 부유식방파제로의 기능과 파력발전장치로의 기능을 병행하여 검토하였다. 여기서, 전편의 연구(Lee et al., 2014)에서는 공기실내에서 공기의 동적거동에 단열변화에 따른 압축성을 고려한 반면에 본 연구에서는 비압축성의 경우에 구조물의 고정시 혹은 부유시에 각각에 대한 파랑변형율, 공기흐름속도 및 구조물의 운동을 검토하였으며, 공기의 동적거동에 대한 압축성의 고려여부에 따른 결과의 차이를 논의하였다. 수치해석법으로는 선형속도포텐셜이론에 기초한 경계요소법을 적용한다. 얻어진 모든 해석결과에 따르면 공기압축성을 고려한 전편의 연구와 거의 동일한 결과를 나타내었으며, 따라서 공기실내에서의 공기거동해석에 압축성을 고려하지 않는 본 해석이 보다 효율적이고, 유용한 것으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
• /
• 제19권6호통권67호
• /
• pp.8-15
• /
• 2005

Wave energy has been considered to be one of the most promising energy resources for the future, as it is pollution-free and an abundant natural resource. However, since it has drawbacks of non-stationary energy density, it is necessary to change the wave energy into a simple concentrated energy. Progressive waves in a coastal area can be amplified, swashed, and overtopped by a wave overtopping control structure. By conserving the quantity of overflow in a reservoir, the kinetic energy of the waves can be converted to the potential energy with a hydraulic head above the mean sea level. The potential energy in the form of a hydraulic head can be utilized to produce electric power, similar to hydro-electric power generation. This study aims to find the most optimal shape of wave overtopping structure for maximum overtopping volume of sea water; for this purpose, we carried out the wave overtopping experiment in a wave tank, under both regular and irregular wave conditions.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제47권3호
• /
• pp.388-397
• /
• 2010

A two-dimensional time-domain, potential-theory-based fully nonlinear numerical wave tank (NWT) was developed by using boundary element method and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) approach for free-surface node treatment. The NWT was applied to prediction of primary wave energy conversion efficiency of a bottom-mounted oscillating water column (OWC) wave power device. The nonlinear free-surface condition inside the chamber was specially devised to represent the pneumatic pressure due to airflow velocity and viscous energy loss at the chamber entrance due to wave column motion. The newly developed NWT technique was verified through comparison with given experimental results. The maximum energy extraction was estimated with various chamber-air duct volume ratios.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제18권4호
• /
• pp.291-297
• /
• 2015

10 MW급의 파력-해상풍력 복합발전 플랫폼 설치해역으로 고려되고 있는 차귀도 해역에서 측정된 파랑정보를 이용하여 파랑스펙트럼을 구하고, 이로부터 생성된 불규칙파에 따라 수직 운동하는 파력발전기에 Sheng et al.(2015)이 제안한 래칭 제어기법을 적용하였다. 래칭 시간을 정할 때 필요한 입사파의 주기로 불규칙파의 통계 대푯값인 피크 주기를 사용하였다. 래칭 제어기법을 불규칙파중 부이의 시간영역 해석에 적용한 결과, 약 50%의 추출파워의 증가를 가져왔다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제25권3호
• /
• pp.128-137
• /
• 2013

최근, 지구온난화와 대기오염 등에 의해 신재생에너지에 관한 관심이 증가해 왔다. 특히, 가까운 미래에 직면하게 될 화석에너지자원의 고갈문제는 이와 같은 신재생에너지 기술을 가속화 시키고 있다. 다양한 재생가능 에너지자원 중에서 지구의 3/4을 점유하고 있는 해양은 막대한 에너지를 보유하고 있다. 본 연구에서는 항내 수질개선과 파랑에너지의 이용이라는 두 목적을 달성하기 위하여 공기실 내에서 해수면의 상하운동을 공기흐름으로 변환하고, 이를 터빈의 구동력으로 이용하는 파력발전장치인 진동수주형(OWC, Oscillating Water Column) 파력발전시스템을 적용한 해수교환구조물을 제시한다. 또한, 3차원불규칙파수치파동수로에 기초한 3D-NIT(3-Dimensional Numerical Irregular wave Tank)모델을 불규칙파동장에 적용하여 산정된 공기실 내 수위변동의 시간변화로부터 공기흐름속도를 추정하고, 입사주파수스펙트럼의 변화에 따른 공기흐름 주파수스펙트럼의 변화특성, 구조물의 존재여부에 따른 공기실 위치에서 주파수스펙트럼의 변화특성, 구조물에 의한 파랑변형율의 변화특성 및 공기흐름과 유체흐름에 의한 동력 등을 검토한다. 이로부터 공기실 내에서 수위변동 및 공기흐름의 시계열 자료에서 위상차가 존재하며, 유체흐름에 의한 동력이 공기흐름에 의한 동력에 비해 미흡하다는 것을 알 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
• /
• 제30권6호
• /
• pp.242-252
• /
• 2018

진동수주형의 파력발전구조물(OWC-WEC)는 파랑에너지 흡수장치 중에 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 이 장치는 공기실 내부에서 해수면의 상 하운동을 공기흐름으로 변환하고, Wells 터빈으로 대표되는 터빈의 구동력으로부터 전기에너지가 생산된다. 따라서, 높은 전기에너지를 얻기 위해서는 공기실 내부에서의 수면변동에 피스톤모드의 공진을 유발시켜 수면진동을 증폭시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 해수소통구를 구비한 신형식의 OWC-WEC를 상정하고, 구조물에 의한 파랑변형, 공기실 내에서 수면변동과 노즐에서 공기유출속도 및 해수소통구에서 해수흐름속도를 수치해석적으로 상세히 평가한다. 수치해석모델은 Navier-Stokes solver의 혼상류해석기법에 기초한 공개 CFD code인 OLAFLOW 모델을 적용하며, 모델의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 실험결과 및 수치해석결과와를 비교 논의한다. 본 연구의 범위 내에서 Ursell수가 커질수록 노즐에서 공기흐름속도가 증가하며, 공기실 내부에서 외부로 유출되는 공기속도가 외부에서 공기실 내부로 유입되는 공기속도보다 더 크다 등의 중요한 사실을 알 수 있었다.