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하윤진(Y.J Ha),박지용(J.Y. Park),김경환(K.K Kim),이정희(J.H Lee),오재원(J.W. Oh),노찬(C. Roh),장강현(G.H Jang),최장영(J.Y Choi),천호정(H.J Cheon),김재환(J.H Kim) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11
본 연구에서는 파력발전장치의 연간발전량을 추정할 수 있는 파력발전장치 통합성능 해석프로그램인 WECAN 프로그램 개발하고 이를 소개하였다. WECAN 프로그램은 진동수주형과 가동물체형 파력발전장치의 통합성능 해석이 수행될 수 있으며, 본 연구에서는 가동물체형 파력발전장치 통합성능 해석에 대하여서만 내용을 소개하였다. 파력발전장치의 연간발전량 추정방법들을 소개하고, 기존의 다른 파력발전장치 통합성능 해석 프로그램과의 차이점을 설명하였다. 본 프로그램은 보다 실용적인 프로그램이 되기 위하여 지속적으로 수정될 예정이다. WECAN program for the integrated performance analysis of wave energy converter was developed, and the WECAN program was introduced in this study. The WECAN program could be performed the integrated performance analysis for both an oscillating water column type and a floating body type, and the WECAN program for the floating body type was only introduced in this study. In this paper, the method for estimation of an annual energy production was introduced, and the difference with other integrated performance analysis program was explained. The WECAN program will be constantly modified to be more practical program.
파력발전장치의 WECAN Level 1 통합성능해석 프로그램 개발
하윤진(Y.J Ha),박지용(J.Y Park),김경환(K.H Kim),박세완(S.W Park),김길원(K.W Kim),김정석(J.S Kim),이정희(J.H Lee),오재원(J.W Oh),노찬(R. Chan),최장영(J.Y Choi),장강현(G.H Jang),천호정(H.J Cheon),김재환(J.H Kim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
본 연구에서는 진동수주형과 가동물체형 파력발전장치에 대하여 통합성능해석을 위한 WECAN Level 1 프로그램 개발하였다. 본 프로그램은 파력발전장치 설계 시 그 설계된 파력발전장치의 연간발전량을 해석할 수 있는 프로그램이며, 각 에너지변환단계를 통합하여 해석할 수 있고 연간발전량을 수십초 내에 해석할 수 있는 프로그램이다. 본 프로그램과 유사한 프로그램으로는 NREL에서 개발한 WEC-Sim, DNV-GL에서 개발한 WaveDyn이라는 프로그램이 있으며, 이 중 WEC-Sim은 매트랩 코드 기반으로 공개되어 있고 범용적인 활용이 가능하도록 구성되어 있다. 다만 본 프로그램의 경우에는 2차 및 3차 에너지변환 단계에서 단순히 효율만을 고려하고 있으며 1차 에너지변환 단계의 경우 진동 수주형 파력발전장치를 제외한 가동물체형 파력발전장치만을 해석할 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 WECAN Level 1 프로그램은 이러한 한계를 극복하고자 개발되었으며, 상대적으로 다양한 파력발전장치 종류를 해석할 수 있도록 확장하고자 하였다. 본 연구에서는 기존의 파력발전장치 통합성능해석 프로그램과 비교하여 자단점을 분석하고 향후 개발방향을 소개하고자 하며, 이를 통하여 국내 파력발전장치의 성능평가 및 설계기술을 고도화하고 파력발전장치의 상용화를 선도하고자 한다.
WECAN 프로그램 개발을 위한 가동물체형 파력발전장치의 유체동역학해석 기초연구
하윤진(Y.J Ha),박지용(J.Y. Park),오재원(J.W. Oh) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5
본 연구에서는 가동물체형 파력발전장치의 연간발전량을 추정할 수 있는 통합성능 해석 프로그램인 WECAN 프로그램을 개발하고자 한다. 본 프로그램은 시간영역해석기반의 연간발전량 추정 프로그램이다. 본 연구에서는 시간영역해석으로부터 상대적으로 낮은 파고 중 Salter’s duck 형상의 로터에 대한 흡수에너지 추정하였으며, 그 결과들을 기존의 모형시험결과, 주파수 영역해석결과 그리고 CFD 해석결과와 직접 비교하였다. 본 연구를 토대로 보다 실용적인 프로그램이 되기 위하여 지속적으로 개발이 수행될 예정이다. In this study, WECAN program for the integrated performance analysis of estimation of annual energy production for a moveable WEC system will be developed. The WECAN Program is based on a time-domain analysis. In the case of this study, absorbed energies for Salter’s duck type rotor was estimated from the time-domain analysis, and the results of this study were directly compared with existing experimental results, frequency domain analysis results and CFD results. From the results, the WECAN program will be constantly developed to be more practical program.
Wavestar 형 파력발전장치의 유압시스템을 고려한 모형시험 성능평가
하윤진(Y.J Ha),노찬(C.Rho),박지용(J.Y. Park),원영욱(Y.W.Won),오영재(Y.J.Oh),이지훈(J.H. Lee) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10
본 연구에서는 Wavestar 형 파력발전장치의 유압시스템을 고려한 모형시험 성능평가가 수행되었다. 본 모형시험에서는 축척비 1/10의 파력발전장치가 이용되었으며, 규칙파, 백색잡음파 및 불규칙파 중에서 성능평가를 수행하였다. 유압 PTO 시스템을 고려하기 위하여 오리피스를 이용한 장치를 적용하였으며, 고정부하 중 파력발전장치의 1차 에너지변환 효율이 추정되었다. 모형크기의 유압 PTO 부하의 경우 실제 크기의 PTO 부하와는 축척효과가 존재할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 추가적으로 Real-Time Hybrid 기법을 적용하여 실시간 수치해역 연동모형시험을 수행하였다. 본 연구결과로부터 1차 에너지변환 효율에 대한 축척효과의 영향과 파력발전장치의 성능평가를 위한 새로운 모형시험기법이 제시하였다 In this study, model tests were performed for performance evaluation of a wave energy converter of Wavestar type with a hydraulic system. To perform the model test, the wave energy converter of 1/10 scale ratio was used, and the evaluations for the performance of the wave energy converter were carried out in regular, white noise and irregular waves. The hydraulic PTO system having orifice was applied, and 1st energy conversion efficiencies were estimated in fixed PTO loads. In this study, real-time model tests with a numerical simulation were additionally performed using Real-time hybrid method because a scale effect between hydraulic PTO loads of the model and full-scale can be. From the experimental results, the scale effect for 1st energy conversion efficiency and the new model test technique are suggested to evaluate a wave energy converter.
부유식 해상풍력발전시스템 MILS 기법 적용 축척모형시험기법 소개
하윤진(Y.J Ha ),정동우(D.W. Jung),노찬(C.Rho),박세완(S.W. Park),안현정(H.J.Ahn),김경환(K.H.Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10
모형시험에서는 부유식 해상풍력발전시스템 축척에 대하여 일반적으로 Froude 수를 기반으로 적용되지만, 모형 터빈의 유체역학적 상사가 실제 터빈과 다를 수 있다. 본 연구에서는 모형 터빈과 실제 터빈 사이의 유체역학적인 상사를 위하여 실시간 수치해석연동 모형시험 기법이 적용되었으며, 본 방법에서는 FAST v8이 사용되었다. 본 모형시험에서는 3개의 현수식 계류와 반잠수식 플랫폼을 가지는 부유식 해상풍력발전시스템이 이용되었으며, 터빈은 10MW DTU reference 터빈이 이용되었다. 모델 축척비는 1/35이며, 모형시험은 한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소 심해공학수조에서 수행되었다. 실시간 수치해석연동 모형시험 기법을 구축하기 위하여 다양한 연구들이 수행되어 졌으며, 그 결과 실시간 수치해석연동 모형시험 기법으로부터 부유식 해상풍력발전시스템의 유용한 모형시험결과들을 도출할 수 있었다. In experiment, the scaling of a floating offshore wind turbine system based on Froude number is generally applied, however, hydrodynamic similitude on a model turbine of the floating offshore wind turbine system can be different with full-scale turbine. For the hydrodynamic similitude between the model and full-scale turbines, the real-time hybrid method was used in this research, and FAST v8 program was used in the method. In this experiment, a floating offshore wind turbine system having a semi-submersible platform was used with three catenary mooring lines, and the turbine was used 10MW DTU reference wind turbine. The model scale ratio is 1/35, and the experiments were performed in Deep Ocean Engineering Basin of Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering. To prepare the real-time hybrid method, various experiments were performed, and useful global performance data of the floating offshore wind turbine could be get by the real-time hybrid method from the experimental results.
파력발전 통합성능평가를 위한 WECAN 프로그램 개발방향 고찰
박지용(J.Y. Park),김경환(K.H. Kim),하윤진(Y.J. Ha),박세완(S.W. Park),김길원(K.W. Kim),김정석(J.S. Kim),이정희(J.H. Lee),오재원(J.W. Oh),노찬(C. Roh),최장영(J.Y. Choi),장강현(G.H. Jang),천호정(H.J. Cheon),김재환(J.H. Kim) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7
본 연구에서는 대표적인 파력발전장치 형태인 진동수주형과 가동물체형 파력발전장치를 대상으로 파력발전 통합성능 평가를 위한 WECAN프로그램 개발에 관한 연구를 수행하였다. 파력발전장치 개발을 위해 각 설치환경을 고려하여 적절한 설계를 진행하고 해당 설계안에 대해 발전성능과 안전성을 평가하게 되는데, 기존 연구에서 각 에너지변환단계를 서로 구분하여 해석함으로써 해당 시뮬레이션 결과가 에너지변환단계가 종합하여 연동된 실험 및 실증시험 결과와 차이를 보여 왔다. 따라서 이러한 문제점을 극복하기 위해 파력발전장치를 시스템기술로 접근하여 각 에너지변환단계를 통합하여 해석하고, 최적설계와 최적제어방안 도출을 위해 WECAN(Wave Energy Converter ANalysis) 프로그램을 개발하려 한다. 본 연구를 통해 WECAN 프로그램 개발을 위한 각 에너지변환단계별 해석기술과 단계별 개발방향을 설명하며, 적용 범위와 구현방안에 대해 언급하였다. 해당 프로그램의 연구개발 이후 단계별로 WECAN-DO, WEC-HILS 등의 프로그램을 개발할 예정이며, 이를 통해 국내 파력발전장치 성능평가 및 설계기술을 한 단계 끌어올리고, 앞선 기술을 통해 파력발전장치의 상용화를 선도하려 한다. In this study, we conducted a study on the development of the WECAN program for the integrated performance analysis of wave energy converter for both the oscillating water column type and activated-body type. The design of wave energy converters is conducted considering each installation environment and then, the power generation performance and safety analysis for the design are evaluated. In this process, existing studies have been analyzed by classifying each energy conversion step by step, and have shown differences from experimental and open sea test results. Therefore, in order to overcome this problem, we are developing a WECAN (Wave Energy Converter ANalysis) program by conducting integrated performance analysis approaching the wave energy converter as a system technology and we will derive an optimal design and an optimal control plan for the wave energy converter. In this study, the analysis technology for each energy conversion step and the development direction for each step are described for the WECAN program, and the application scope and implementation plan are mentioned. We also plan to develop WECAN-DO, WEC-HILS and other programs step by step after the R&D of this program. As a result, the performance evaluation and design technology of the domestic wave energy converter will be taken to the next level, and the commercialization of the wave energy converter will be led by these leading technologies.
배열식 파력발전장치의 파랑 및 조류환경하에서 운동안정성 평가
박지용(J.Y. Park),하윤진(Y.J. Ha),신승호(S.H. Shin),노찬(C. Roh) 한국해양환경·에너지학회 2019 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11
배열식 파력발전장치는 폭방향으로 넓은 구조물에 다수의 로터를 일정간격으로 배치하여 발전하는 장치이다. 폭방향으로 넓은 구조물의 특성상 파랑에 의한 하중과 조류에 의한 하중의 영향을 동시에 받기에 경우에 따라 구조물이 불안정한 거동을 보이며, 이로인해 1차 에너지변환장치인 로터에 사파가 입사하여 에너지 발전효율이 줄어들고, 구조적인 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 파랑과 조류 환경하에서 파랑의 파고, 주기, 방향, 조류의 세기와 방향에 따른 상호영향을 고려하여 배열식 파력발전구조물의 정적 운동안정성을 평가하였다. 기존실험을 통해 계측한 파랑 표류력과 조류력 계수를 통해 시뮬레이션을 수행하였으며, 구조물이 안정적으로 발전할 수 있는 조건에 대해 분석하였다. The arrayed-buoy wave energy converter is a device that generates wave power by arranging a plurality of rotors at regular intervals in a wide platform in the width direction. Due to the characteristics of wide platform in the width direction, the platform becomes unstable in some cases under the influence of the load caused by the wave and the tidal current. As a result, the wave energy converter efficiency can be decreased due to oblique wave entering the rotor, the primary energy conversion device, and structural problems can be occured. In this study, static stability for the arrayed-bouy wave energy converter was evaluated in consideration of the mutual influences of height, period and direction of incident wave and velocity and direction of tidal current. The simulation was carried out using the wave drift force and the tidal force coefficient measured in the previous experiment, and the conditions for the stable generation of the wave energy converter were analyzed.