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- 저자 : 정석용 (검색결과 25 건)
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국내 태풍 환경에서 대형 해상풍력발전기 해상 시공 및 운전 특성 연구
정석용 호서대학교 일반대학원 2014 국내박사
지구온난화에 대응하기 위한 대안으로 신재생에너지는 기존의 화석연료를 대체하게 될 친환경적이면서 지속가능한 에너지원으로서 이용할 수 있는 잠재 가능성이 큰 에너지원으로 평가 받고 있다. 따라서 전 세계적으로 신재생에너지의 개발 및 보급 사업이 활성화 되고 있으며, 이러한 신재생 에너지원 중 경쟁력을 가지면서 시장이 가장 활성화된 사업이 풍력발전이다. 본 연구에서는 향후 지속성장 가능성이 높은 국내 해상풍력단지 활성화에 대비하여, 극한조건인 국내 태풍환경에서 대형해상풍력발전기 해상 시공 시 고려되어야 하는 주요설계인자를 검토 하였다. 3MW 해상풍력발전기 시공 후 한반도에 영향을 준 4개 태풍환경에서 관측된 해상풍력발전기 시공설계에서 가장 중요한 파고 및 풍속을 분석하여, 향후 국내 해상에 설치되어야 할 대형해상풍력발전기 규격을 제안하고자 한다. 본 연구 대상인 3MW 해상풍력발전기는 2011년 해상에 시공하였으며, 2012년 06월 시운전을 완료한 후, 2013년 12월 현재까지 정상운전 중이다. 해상에서 운전되는 3MW 해상풍력발전기의 실시간 운전 데이터는 광케이블을 통하여 해상풍력발전기 원격제어 장치인 SCADA에 저장된다. 본 연구에 활용된 데이터는 3MW 해상풍력발전기용 SCADA 및 3MW 해상풍력발전기 인근에 설치된 해상 기상탑으로 측정된 자료를 분석하였다. 유럽과 다르게 국내에서 대용량 해상풍력발전기를 시공하기 위해서는 태풍조건을 고려하여야 한다. 매년 한반도에는 연 평균 3개정도 태풍이 영향을 미치고 있으며, 최근 10년간 태풍분석에서 점차 강도가 강해지는 경향을 볼 수 있다. 본 실험 대상인 3MW 해상풍력발전기 시공 이후 2012년 8월 태풍 ‘볼라벤’은 전남 완도에서 최대순간풍속 51.8m/s를 기록하며, 역대 영향력 5위의 태풍에 기록되었다. 대형 해상풍력발전기 시공을 위한 해상환경 주요설계인자는 풍속과 파고이다. IEC 61400-01 규격에서 제안하는 Class IA의 50년 주기 극한풍하중의 10분 평균 최대풍속의 설계값은 50m/s이다. 또한 50년 주기 3초 최대풍속의 설계값은 70.0m/s이다. 역대 태풍분석 결과 태풍 매미는 최대풍속 설계값에 약간 못 미치는 60m/s를 기록하였으며, 역대 5위를 기록한 태풍 볼라벤의 10분 평균 최대풍속은 48.59m/s를 기록하여 설계값인 50m/s에 근사한 풍속이 관측되었다. 본 해상풍력실증단지에서 관측된 난류강도는 풍속 28m/s에서 IEC Category A의 0.16을 상회하고 있으며, 30m/s에서 난류강도 Class IA의 난류강도 0.16에 근접하고 있음이 분석되었다. 태풍 볼라벤 통과시 풍속 30m/s 이상에서는 파고가 7m~10m까지 강한 파도가 관측되었으며, 10분 평균 최대풍속이 39m/s을 기록한 태풍 산바는 태풍 볼라벤에 비해 상대적으로 풍속은 약하였으나, 해면기압이 급격히 감소하여 최고 파고가 11.01m을 기록하였다. 이는 IEC 61400-03에 규정 따른 설계값인 1년 주기 최대 파고인 13.80m을 근접한 결과가 관측하였다. 본 연구 대상인 3MW 해상풍력발전기는 시공 후 4개의 태풍통과시 인위적인 정지조치 없이 정상운전모드로서 운전하였으며, 태풍 통과시 고풍속 영역인 10분 평균 25m/s 이상에서 정상적으로 정지 후, 풍속이 낮아져 운전영역 풍속인 10분 평균 25m/s 이하에서 정상적으로 재 운전되는 상태를 관측하였다. 특히 2012년 8월 태풍 볼라벤 통과시 운전정지(Cut-out) 모드상태에서 순간 최대풍속 50.82m/s이 관측 되었다. 또한 해상풍력실증단지 조성 이후 4개의 태풍통과 후 해저구조물의 환경을 조사한 결과 자켓 기초구조물, 기상탑 기초구조물, 해저전력선 사석되메우기등에는 영향이 없음을 확인하였다. 반면 해저구조물이 인공어초 역할을 수행하여 다양한 어종이 군락을 이루어 서식하는 등 해상풍력실증단지 해저면에는 새로운 어장이 형성되어 있음을 확인하였다. 이상의 본 연구를 통한 해상풍력실증단지에서 관측된 측정자료 분석 결과 국내 해상에 시공되어야 할 대용량 해상풍력발전기는 IEC 규정의 Class I 급이 시공되어야 하며, 특히 최근에는 태풍이 서해안으로 북상하는 경향이 높아 정부에서 추진하는 서남해안 2.5GW 해상풍력단지에도 Class I 급 해상풍력발전기 시공이 추천된다.
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BC1_(3)/H_(2)/Ar 유도결합플라즈마(ICP)를 이용한 GaN 식각시 측벽도 향상에 관한 연구
BCl₃/H₂/Ar ICP를 이용한 GaN의 건식식각에 있어서 공정변수들이 식각특성에 미치는 영향을 분석하고 적정조건을 도출하였다. 식각속도와 측벽수직도는 ICP 전력, bias 전압, BCl₃ 조성이 증가함에 따라, 그리고 공정압력이 감소함에 따라 현저히 증가하였다. 표면미려도는 bias 전압 증가와 BCl₃ 조성 감소에 따라 크게 향상되었으며, 다른 변수들에는 큰 영향을 받지 않았다. 결과적으로, ICP 전력 900W, bias 전압 400V, BCl₃조성 60%, 공정압력 4mTorr의 조건에서 175nm/min 정도의 Cl₂ 사용의 경우에 상응하는 높은 식각속도와 미려한 표면을 얻을 수 있었다. 한편, bias 전압이 낮은 경우 식각 후 시료 표면에 GaCl_x로 추정되는 식각부산물이 관찰되었다. GaN 건식식각에서 측벽수직도 개선을 위해 BCl₃/CH₄/H₂/Ar 혼합가스를 이용하였다. 식각속도는 CH₄ 조성이 증가함에 따라 감소하고, 측벽수직도는 CH₄ 조성이 10%에서 최대치를 나타내었다. BCl₃/CH₄/H₂/Ar 혼합가스를 이용한 결과 BCl₃ 계열의 혼합가스를 이용하는 경우에 비해 표면미려도는 증가하고, 식각속도는 감소하며, 측벽수직도는 증가하였다. ICP 전력 900W, Bias 전압 300V, 공정압력 4mTorr, 10%CH₄, 상온에서 식각한 결과 86˚ 정도의 우수한 측벽수직도를 보였다. BCl₃/H₂/Ar ICP를 이용한 GaN의 건식식각에 있어서 공정변수들이 식각특성에 미치는 영향을 분석하고 적정조건을 도출하였다. 식각속도와 측벽수직도는 ICP 전력, bias 전압, BCl₃ 조성이 증가함에 따라, 그리고 공정압력이 감소함에 따라 현저히 증가하였다. 표면미려도는 bias 전압 증가와 BCl₃ 조성 감소에 따라 크게 향상되었으며, 다른 변수들에는 큰 영향을 받지 않았다. 결과적으로, ICP 전력 900W, bias 전압 400V, BCl₃조성 60%, 공정압력 4mTorr의 조건에서 175nm/min 정도의 Cl₂ 사용의 경우에 상응하는 높은 식각속도와 미려한 표면을 얻을 수 있었다. 한편, bias 전압이 낮은 경우 식각 후 시료 표면에 GaCl_x로 추정되는 식각부산물이 관찰되었다. GaN 건식식각에서 측벽수직도 개선을 위해 BCl₃/CH₄/H₂/Ar 혼합가스를 이용하였다. 식각속도는 CH₄ 조성이 증가함에 따라 감소하고, 측벽수직도는 CH₄ 조성이 10%에서 최대치를 나타내었다. BCl₃/CH₄/H₂/Ar 혼합가스를 이용한 결과 BCl₃ 계열의 혼합가스를 이용하는 경우에 비해 표면미려도는 증가하고, 식각속도는 감소하며, 측벽수직도는 증가하였다. ICP 전력 900W, Bias 전압 300V, 공정압력 4mTorr, 10%CH₄, 상온에서 식각한 결과 86˚ 정도의 우수한 측벽수직도를 보였다.
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메모리 상에서 데이터와 메타데이터를 관리할 시 오브젝트를 효율적으로 재활용하기 위해 참조 카운팅을 광범위하게 사용한다. 최근 참조 카운팅은 멀티코어 환경에서 논리적인 경합이 거의 없더라도 성능을 저하시키는 주요인으로 부상하고 있다. 불행히도 참조 카운팅은 까다로운 속성을 모두 충족시키기 어려운 딜레마로 인해 다른 확장성 병목 현상보다 개선하는데 어려움을 겪고 있다. 멀티코어를 위한 참조 카운팅은 카운터 관리를 위한 지연이 거의 없고 공간을 적게 차지해야 하며 동시에 동시다발적인 카운팅 작업의 확장성을 만족하여 모든 환경에서 유용해야 한다. 멀티코어 확장성을 고려한 기존 참조 카운팅 기법은 이러한 특성 중 일부만을 달성한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 논문에서는 페이고(PayGo)를 제안한다. PayGo는 코어별 로컬 카운터로 구성된 참조 카운터를 사용한다. PayGo에서 참조 작업 시 프로세스는 오브젝트의 포인터와 결합된 로컬 카운터를 증가시키고 오브젝트를 참조한 코어를 기록한다. 참조 해제 시 프로세스는 기록된 참조 정보와 대응되는 로컬 카운터를 감소시킨다. 결과적으로 로컬 카운터의 정확성이 보장되므로 영 값을 갖는(zero-valued) 로컬 카운터는 즉시 반환(reclaim)될 수 있다. 또한 PayGo는 보다 나은 확장성을 위해 원자 조작(atomic operation)의 사용을 크게 줄이면서 로컬 카운터를 변경할 수 있는 장치를 마련한다. PayGo는 리눅스 파일시스템의 상위 계층인 가상 파일 시스템(VFS)과 하위 계층인 페이지 캐시가 수정되어 파일시스템에 대해 투명하게 구현된다. 그리고 기존에 사용되고 있는 참조 카운터를 PayGo를 포함한 다른 참조 카운팅 기법을 사용하여 대체한 후 평가한다. 실험한 결과 모든 파일 시스템 벤치마크에서 PayGo가 다른 참조 카운팅 기법에 비해 더 나은 확장성을 보여주었다. Managing data and metadata in memory widely use reference counting to efficiently recycle objects. Reference counting nowadays has been identified as the main culprit behind performance degradation on multicores, under load with little or no logical contention. Unfortunately, reference counting rather than other scalability bottleneck is hard to improve due to dilemma of satisfying its all demanding properties. Reference counting for multicores should be practically useful by making its concurrent counting scalable as well as being space-efficient without having any other delay for managing counters. Existing scalable reference counters achieve part of the properties. To address this, PayGo, a reference counting technique, proposed in this paper. PayGo uses a reference counter that consists of a per-core local counter. Upon referencing, the process increments a local counter associated with the object pointer and records the core that referenced the object. Upon dereferencing, the process decrements the local counter corresponding to the recorded reference information. Consequently, the correctness of the local counter is guaranteed so that reclaiming zero-valued local counters can be done immediately. Plus, PayGo also provides a mechanism to change local counters while significantly reducing the use of atomic operations for better scalability. PayGo is implemented in Linux transparently to filesystem in that modifications are made to its above layer (i.e., virtual file system) and its below layer (i.e., page cache in memory). PayGo replaces legacy reference counters and experimental results demonstrated that PayGo shows better scalability with all filesystem benchmarks compared to other state-of-the-art reference counting techniques.
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