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방조제 연계 발전시설 운영 최적화를 위한 수리특성 분석
백동해 ( Donghae Baek ),이병욱 ( Byeong Wook Lee ),송현구 ( Hyun-gu Song ),박영진 ( Young Jin Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 가속화되고 있는 기후변화 위기에 대응하기 위한 국제사회의 노력으로 각 국가별 탄소중립(Carbon neutrality) 정책이 확대되고 있다. 우리 정부에서도 파리기후협약 이행의 일환으로 「지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략」을 수립하였으며, 태양광, 풍력 및 수소전지 등 청정에너지를 중심으로한 저탄소 발전 전략을 추진하고 있다. 이와 관련하여 새만금개발청에서는 새만금유역 및 조성부지에 신재생에너지 클러스터 조성사업을 추진하는 등 지속가능한 신재생에너지 기반의 발전수단을 확대하는 중이다. 특히 방조제를 활용한 조력발전사업은 다수의 유관기관에 의해 검토된 바가 있으나, 시화조력발전소를 제외하고는 구체적으로 실현이 되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 현재의 새만금호 관리수위 및 조석조건을 바탕으로 방조제를 활용한 조력발전 가능여부를 분석하였으며, 지속적인 발전운영이 가능한 적정관리수위를 검토하였다. 새만금지역의 수리특성 및 호내 수위 변화를 모의하기 위해 네덜란드 Deltares사의 준3차원 동수역학 수치모델인 Delft3D-FLOW 모델을 활용하였다. 수치모의의 공간적 범위는 새만금호를 포함한 방조제 외측 18km 구간 해역이며, 새만금 내측의 평면계획 및 지형조건은 새만금개발계획에서 제시된 토지이용계획 및 준설계획을 적용하였다. 본 연구에서 구축된 수치모의 결과를 바탕으로 새만금 내측 홍수위 변화를 예측하였으며, 현재의 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위 변경가능 유무를 검토하였다. 모의조건은 200년 빈도 홍수사상를 가정하였으며, 모의케이스는 발전수차의 규모 및 배수갑문의 증설 규모를 고려하여 총 24케이스로 구성하였다. 수치모의 결과, 기존 신시 및 가력배수갑문의 홍수배제능력만을 고려한 경우 새만금 호내 200년 빈도 홍수위는 EL.(+) 1.04 m로 계산되었으며, 배수갑문을 증설했을 시, 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위를 소폭 상향할 수 있는 것으로 추산되었다. 본 연구의 수치모의 결과는 다소 제한적인 매개변수를 활용하였으므로 정량적인 수치에 대해서는 추가적인 검토가 필요하지만 배수갑문 및 발전수차의 연계운영에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
방조제 연계 발전시설 운영 최적화를 위한 수리특성 분석
백동해 ( Donghae Baek ),이병욱 ( Byeong Wook Lee ),송현구 ( Hyun-gu Song ),박영진 ( Young Jin Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 가속화되고 있는 기후변화 위기에 대응하기 위한 국제사회의 노력으로 각 국가별 탄소중립(Carbon neutrality) 정책이 확대되고 있다. 우리 정부에서도 파리기후협약 이행의 일환으로 「지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략」을 수립하였으며, 태양광, 풍력 및 수소전지 등 청정에너지를 중심으로한 저탄소 발전 전략을 추진하고 있다. 이와 관련하여 새만금개발청에서는 새만금유역 및 조성부지에 신재생에너지 클러스터 조성사업을 추진하는 등 지속가능한 신재생에너지 기반의 발전수단을 확대하는 중이다. 특히 방조제를 활용한 조력발전사업은 다수의 유관기관에 의해 검토된 바가 있으나, 시화조력발전소를 제외하고는 구체적으로 실현이 되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 현재의 새만금호 관리수위 및 조석조건을 바탕으로 방조제를 활용한 조력발전 가능여부를 분석하였으며, 지속적인 발전운영이 가능한 적정관리수위를 검토하였다. 새만금지역의 수리특성 및 호내 수위 변화를 모의하기 위해 네덜란드 Deltares사의 준3차원 동수역학 수치모델인 Delft3D-FLOW 모델을 활용하였다. 수치모의의 공간적 범위는 새만금호를 포함한 방조제 외측 18km 구간 해역이며, 새만금 내측의 평면계획 및 지형조건은 새만금개발계획에서 제시된 토지이용계획 및 준설계획을 적용하였다. 본 연구에서 구축된 수치모의 결과를 바탕으로 새만금 내측 홍수위 변화를 예측하였으며, 현재의 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위 변경가능 유무를 검토하였다. 모의조건은 200년 빈도 홍수사상를 가정하였으며, 모의케이스는 발전수차의 규모 및 배수갑문의 증설 규모를 고려하여 총 24케이스로 구성하였다. 수치모의 결과, 기존 신시 및 가력배수갑문의 홍수배제능력만을 고려한 경우 새만금 호내 200년 빈도 홍수위는 EL.(+) 1.04 m로 계산되었으며, 배수갑문을 증설했을 시, 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위를 소폭 상향할 수 있는 것으로 추산되었다. 본 연구의 수치모의 결과는 다소 제한적인 매개변수를 활용하였으므로 정량적인 수치에 대해서는 추가적인 검토가 필요하지만 배수갑문 및 발전수차의 연계운영에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
이병욱 ( Byeong Wook Lee ),백동해 ( Donghae Baek ),윤재선 ( Jae-seon Yoon ),박영진 ( Young Jin Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
파력발전장치는 작동원리에 따라 월파형, 진동수주형, 가동물체형으로 분류된다. 월파형 파력발전장치는 안전성이 우수하지만 파고가 낮은 경우 월파되는 물의 양이 적어서 저 낙차로 발전하는 단점이 있다. 진동수주형 파력발전장치는 공기압으로 수차를 작동하여 발전효율이 떨어지며, 가동물체형 파력발전장치는 발전효율이 가장 우수한 반면 연결부가 취약하여 안전성 면에서 취약한 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 평상시 파랑뿐만 아니라 악천후 시에도 안전하며, 수력발전과 같이 장기간 고장 없이 발전할 수 있는 장치를 개발하고자 한다. 항만설계 시 항내에 공진이 발생하면 부진동에 의해 선박의 계류 및 하역 작업에 문제를 발생시키므로 공진을 발생하지 않게 설계하는 것이 바람직하다. 하지만, 본 연구에서는 방파제나 안벽의 외해측에 공진을 인위적으로 발생하는 장치를 설치하여 파력발전에 활용하고자 한다. 인위적으로 공진이 발생하게끔 만을 설치하여 월파량을 증가시키거나, 공진이 발생하는 수로를 만들어서 월파량을 증가시킬 수 있다. 또한, 두 공진시스템을 동시에 설치하여 파랑의 진폭을 증폭시켜서 월파량을 증가시킬 수도 있다. 본 파력발전장치는 공진에 의해 월파된 물이 내부의 저수지에 유입되고, 내부 저수지와 항내의 수위차를 활용하여 수력발전처럼 전기를 생산한다. 개발한 파력발전장치는 FLOW-3D로 수치해석을 수행하여 수리특성을 분석하였다.