CFD를 이용한 등가풍속 산정과 대기안정도에 따른 연안풍력단지 발전량 변화 연구

류건화 ( Geon Hwa Ryu ),김동혁 ( Dong Hyeok Kim ),이화운 ( Hwa Woon Lee ),박순영 ( Soon Young Park ),김현구 ( Hyun Goo Kim ) 한국환경과학회 2016 한국환경과학회지 Vol.25 No.2

To predict annual energy production (AEP) accurately in the wind farm where located in Seongsan, Jeju Island, Equivalent wind speed (EQ) which can consider vertical wind shear well than Hub height wind speed (HB) is calculated. AEP is produced by CFD model WindSim from National wind resource map. EQ shows a tendency to be underestimated about 2.7% (0.21 m/s) than HB. The difference becomes to be large at nighttime when wind shear is large. EQ can be also affected by atmospheric stability so that is classified by wind shear exponent (α). AEP is increased by 11% when atmosphere becomes to be stabilized (α > 0.2) than it is convective (α < 0.1). However, it is found that extreme wind shear (α > 0.3) is hazardous for power generation. This results represent that AEP calculated by EQ can provide improved accuracy to short-term wind power forecast and wind resource assessment.

Analysis of Safe Site for Offshore Wind Farms in the Southwestern Area of South Korea Considering the Spatial Distribution of the Effects of Coastal Disasters

Geon Hwa Ryu(류건화),Jungho Kim(김중호),Hyunsu Kim(김현수),Young-Gon Kim(김영곤),Chae-Joo Moon(문채주) 한국태양에너지학회 2021 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.11

해수면 온도에 따른 연안지역 연직풍속전단 변화 연구

류건화(Ryu Geon Hwa),고주석(Ko Joo Suk),백명기(Baek Meung Gi),장종경(Jang Jong Kyung) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.2

본 연구는 해수면 온도가 연안지역의 대기경계층 내 연직풍속의 분포에 주는 영향을 분석하기 위한 연구이다. 일반적으로 내륙지역에 비해 연안지역은 해수면 온도의 경년 변동에 의해 다양한 기상요소가 민감한 반응을 보인다고 알려져 있다. 이에 덴마크 연안지역의 풍력발전 테스트베드 지역인 Hovsore의 기상관측탑 자료와 Era-interim 재분석자료를 기반으로 해수면 온도와 풍속 분포의 관계를 분석하고자 하였다. 이와 관련하여 해수면 온도변화에 의한 연직풍속전단이 가져다 줄 수 있는 재해 발생의 가능성을 논의하고자 하였다. 기상관측탑의 풍향 및 풍속자료와 재분석자료의 해수면 온도를 분석한 결과 내륙보다 해상에서 불어오는 바람의 풍속 및 연직풍속전단의 크기가 강했고 이는 계절에 따른 해수면 온도의 변화에 민감하게 반응함을 확인할 수 있었다. This study is to analyze the effect of the sea surface temperature (SST) on the distribution of vertical wind speed in the atmospheric boundary layer of coastal area. It is generally known that coastal areas are more susceptible to various weather factors due to interannual variation of sea surface temperature than inland areas. Therefore, the goal of this study is to analyze the relationship between sea surface temperature using the Era-interim reanalysis data and wind speed data based on the meteorological tower data of Hovsore, wind power test bed area in the Danish coastal area. Furthermore, the possibility of disaster caused by vertical wind shear due to sea surface temperature change is discussed. As a result of correlation analysis between the wind data of the meteorological tower and the sea surface temperature of the reanalysis data, the wind speed and the vertical wind shear from the sea are stronger than those from the inland and they are sensitive to the seasonal sea surface temperature changes.

풍력발전고도 풍속 산출 방법에 따른 풍력발전량 분석

류건화(Geon-Hwa Ryu),이화운(Hwa-Woon Lee),김연희(Yeon-Hee Kim),김백조(Baek-Jo Kim) 한국신재생에너지학회 2016 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.11

동심원 등가풍속을 이용한 대기안정도에 따른 풍력자원 변화에 관한 연구

류건화(Geon-Hwa Ryu),김동혁(Dong-Hyeok Kim),이화운(Hwa-Woon Lee),박순영(Soon-Young Park),유정우(Jung-Woo Yoo),김현구(Hyun-Goo Kim) 한국태양에너지학회 2016 한국태양에너지학회 논문집 Vol.36 No.1

The power production using hub height wind speed tends to be overestimated than actual power production. It is because the hub height wind speed cannot represent vertical wind shear and blade tip loss that aerodynamics characteristic on the wind turbine. The commercial CFD model WindSim is used to compare and analyze each power production. A classification of atmospheric stability is accomplished by Monin-Obukhov length. The concentric wind speed constantly represents low value than horizontal equivalent wind speed or hub height wind speed, and also relevant to power production. The difference between hub height wind speed and concentric equivalent wind speed is higher in nighttime than daytime. Under the strongly convective state, power production is lower than under the stable state, especially using the concentric equivalent wind speed. Using the concentric equivalent wind speed considering vertical wind shear and blade tip loss is well estimated to decide suitable area for constructing wind farm.

국내 서남해권 연안재해 리스크 저감을 위한 지리적 해상풍력단지 최적 입지 안전구역 선정 연구

김중호(Jun-Gho Kim),류건화(Geon-Hwa Ryu),김영곤(Young-Gon Kim),김상만(Sang-Man Kim),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.5

풍력발전시스템의 터빈과 하부구조에 전달되는 수평방향의 에너지 전달은 시스템의 안전성 유지 측면에서 매우 중요한 요소이지만 지진, 태풍과 같은 대규모 연안재해에 취약할 수 밖에 없다. 연안 또는 먼 해상에 구축되는 풍력발전시스템은 연안재해에 취약한 지역에 설치 시 보다 견고한 설계가 요구되기 때문에 초기 투자비용의 증가로 사업의 경제성 측면에서 매우 불리하다. 본 연구에서는 연안재해의 리스크를 저감한다는 관점에서 풍력발전단지의 최적 부지를 선정하기 위해 GIS 기법을 사용하였다. 우리나라 서해와 남해의 지진 현황, 서해와 남해에 영향을 미치거나 통과하는 태풍의 이동경로와 강도도 복합적으로 분석하였다. 이에 연안재해위험이 가장 낮은 최적의 해상풍력단지 부지를 선정했고, 향후 해당지역 해상풍력 프로젝트의 기초연구자료로 활용하고자 한다. The horizontal force transfer to the turbine and substructure of a wind power generation system is a very important factor in maintaining the safety of the system, but it is inevitably vulnerable to large-scale coastal disasters such as earthquakes and typhoons. Wind power generation systems built on the coast or far offshore are very disadvantageous in terms of economic feasibility due to an increase in initial investment cost because a more robust design is required when installed in areas vulnerable to coastal disasters. In this study, the GIS method was used to select the optimal site for a wind farm from the viewpoint of reducing the risk of coastal disasters. The current status of earthquakes in the West and South Seas of Korea, and the path and intensity of typhoons affecting or passing through the West and South Seas were also analyzed. Accordingly, the optimal offshore wind farm site with the lowest risk of coastal disasters has been selected and will be used as basic research data for offshore wind power projects in the region in the future.

서남해 연안 해상풍력 발전단지 지리적 적합지 선정 및 최적배치에 관한 연구

김중호(Jung-Ho Kim),류건화(Geon-Hwa Ryu),손홍철(Hong-Chul Son),김영곤(Young-Gon Kim),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.6

대규모 해상풍력단지 개발을 위한 입지 적합성을 효과적으로 확보하기 위해서는 개발로 인한 환경영향을 최소화하고 사회적·생태적·경제적 핵심가치에 대한 편익 상충에 대한 분석이 필수적이다. 또한 해양공간계획상타 용도구역과 충돌하지 않도록 입지 적정성에 대한 사전검토가 반드시 선행되어야 하며, 추가로 전남 해역 인근의 풍력자원을 포함한 국지적인 기상 특성 분석도 사업타당성 조사 이전에 수행되어야 할 필요가 있다. 이에 영광군 안마도 인근 왕등여에 설치된 기상탑의 관측자료를 활용하여 풍력자원분석을 수행하였고, 해상풍력단지 입지 관련 지리적 제약조건을 배제한 후 최적 입지구역을 선정하였다. 또한, 국지적 풍력자원 특성에 적합한 풍력단지 최적배치 결과를 WindSim 기반으로 도출하여 연간발전량을 산출하였으며, 향후 해상풍력 프로젝트의 입지발굴 및 적합지 선정에 기초연구자료로 활용하고자 한다. In order to effectively secure site suitability for the development of large-scale offshore wind farms, it is essential to minimize the environmental impact of development and analyze the conflicts of benefit between social, ecological, and economic core values. In addition, a preliminary review of site adequacy must be preceded in order not to collide with other used areas in the marine spatial plan. In addition, it is necessary to conduct local meteorological characteristics analysis including wind resources near Jeollanam-do area before project feasibility study. Therefore, wind resource analysis was performed using the observation data of the meteorological mast installed in Wangdeungnyeo near Anmado, Yeonggwang, and the optimal site was selected after excluding geographical constraints related to the location of the offshore wind farm. In addition, the annual energy production was calculated by deriving the optimal wind farm arrangement results suitable for the local wind resources characteristics based on WindSim SW, and it is intended to be used as basic research data for site discovery and selection of suitable sites for future offshore wind farm projects.

전산유체역학 후류모델 특성에 따른 산악지형 풍력발전단지 후류확산 형태 민감도 분석

김성균(Seong-Gyun Kim),류건화(Geon Hwa Ryu),김영곤(Young-Gon Kim),문채주(Chae-Joo Moon) 한국전자통신학회 2022 한국전자통신학회 논문지 Vol.17 No.2

육·해상 풍력 프로젝트 성공여부는 사업의 경제성 확보에 중점을 두고 있으며, 이는 양질의 풍력자원 확보와 풍력단지 최적배치에 의해 좌우된다. 풍력단지를 배치하는 과정에서 주풍향을 고려한 풍력터빈들의 최적배치 방법이 중요하며, 이는 풍상측에 위치한 구조물을 통과하는 유체가 발생시키는 후류영향을 최소화시키는 것과 연관이 있다. 후류효과 예측성의 정확도는 이를 적절히 모의할 수 있는 후류모델과 모델링 기법에 의해 결정되어지며, 특히 산악 및 다도해지역과 같은 복잡지형에서는 고해상도 기반의 정확한 후류예측이 필수적으로 요구된다. 이에 본 논문에서는 상용 CFD 모델인 WindSim을 활용하여 국내 산악 복잡지형에 위치한 육상풍력단지 예정지의 후류모델별 민감도 분석을 통해 후류확산 형태를 분석하고 향후 복잡지형 풍력발전 프로젝트의 기초연구 자료로 활용하고자 한다. The global energy paradigm is rapidly changing by centering on carbon neutrality, and wind energy is positioning itself as a leader in renewable energy-based power sources. The success of onshore and offshore wind energy projects focuses on securing the economic feasibility of the project, which depends on securing high-quality wind resources and optimal arrangement of wind turbines. In the process of constructing the wind farm, the optimal arrangement method of wind turbines considering the main wind direction is important, and this is related to minimizing the wake effect caused by the fluid passing through the structure located on the windward side. The accuracy of the predictability of the wake effect is determined by the wake model and modeling technique that can properly simulate it. Therefore, in this paper, using WindSim, a commercial CFD model, the wake diffusion pattern is analyzed through the sensitivity study of each wake model of the proposed onshore wind farm located in the mountainous complex terrain in South Korea, and it is intended to be used as basic research data for wind energy projects in complex terrain in the future.

제주도 방재성능목표 설정 기준 개선에 관한 연구

고주석(Ko Joo Suk),류건화(Ryu Geon Hwa),장종경(Jang Jong Kyung) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.3

정부에서는 자연재난에 대비할 수 있는 치수 정책으로 지자체별 방재성능목표 강우량을 설정(소방방재청, 2012)하여 적용하고 있다. 하지만 지자체별 방재성능목표 강우량을 설정하는 방법에서 산악지역 및 섬에 의한 강우 특성은 반영하지 못하고 있는 한계점 있다. 본 연구에서는 제주도를 대상으로 기상청 산하 종관 및 방재 기상관측시스템의 강우 자료를 이용하여 고도와 지역적 특성을 반영한 강우 분석을 수행하였다. 산정된 결과 고도에 따라서 강우량이 저지대 지점보다 고지대로 갈수록 약 1~4배가량 증가하는 것으로 나타났으며, 제주도 지점의 기존 방재성능목표 기준이 고도 특성을 반영하지 못하는 것으로 판단되었다. 또한, 기존에는 2개 지점인 제주시와 서귀포시로 나누어진 지자체 구분을 제주 동부, 서부, 남부, 북부로 권역을 세분화하여 방재성능목표 강우량을 제시하였으며, 추후 방재성능목표 강우량 산정기준의 적합성 검토 단계에서 여러 요소를 반영할 수 있을 것으로 판단된다. The government has set the disaster prevention performance target rainfall by the local government (National Emergency Management Agency, 2012) as a flood control policy that can prepare against natural disaster. However, the method of setting the disaster prevention performance target rainfall by municipalities does not reflect the rainfall characteristics of mountainous regions and islands. In this study, rainfall data reflecting the altitude and regional characteristics were analyzed using the meteorological observation system (ASOS, AWS) for Jeju Island. As a result, it was found that the rainfall increases about 1 ~ 4 times as the altitude increases from the lowland to the highland, and the existing disaster prevention performance target standard of Jeju Island does not reflect altitude characteristics. In addition, The target rainfall for disaster prevention performance is presented as dividing the two localities of Jeju city and Seogwipo city into Jeju East, West South and North areas. It is considered that various factors can be reflected in the compatibility assessment stage of rainfall estimation standard.