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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.
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.
천호정(H.J.Cheon),손정민(J.M.Sohn),남보우(B.W.Nam),신승호(S.H.Shin),홍기용(K.Y.Hong) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11
최근 화석연료의 고갈과 환경오염 등의 문제로 친환경 대체에너지에 대한 수요가 급증하고 있다. 다양한 친환경 에너지 중 파랑에너지는 넓은 지역에 분포하여 가용 에너지원이 풍부하고 3면이 바다인 우리나라에서 대규모로 활용가능한 장점이 있다. 본 논문의 목적은 가동 물체형 파력발전장치 중 하나인 부유식 진자형 파력발전장치의 파랑 중 구조 응답을 살펴보는 것이다. 이를 위해 상용포텐셜 유동해석 소프트웨어인 AQWA를 이용해 다양한 파주기, 파고, 파향에 의하여 구조물에 부과될 파랑하중을 계산하고, AQWA-WAVE를 이용해 유동해석에서 계산된 하중을 구조해석용 모델에 맵핑하였다. 유동해석을 통해 계산된 파랑하중을 경계조건으로 하는 구조물을 상용 유한요소해석 소프트웨어인 ANSYS를 이용해 구조해석을 수행하여 파랑의 주기, 파고, 방향에 따른 구조물의 응력분포를 살펴보았다. 다양한 파랑조건에서의 유체-구조 연성해석결과 취약부의 위치와 응력의 분포를 확인하였다. 본 연구로 얻은 결과는 연이어 진행될 극한조건에 대한 구조물 안정성 평가 및 구조물 보강을 위한 연구에 활용할 계획이다. The demand for environment-friendly alternative energy is sharply rising in recent times in response to the depletion of fossil fuels and environmental pollution. Of the various types of alternative energy, blue energy has the advantage of widespread availability in Korea, which is surrounded on three sides by ocean. Additionally, resources for such are vast and distributed over a large area, opening up the possibility for their use on a large scale. The purpose of this paper is to examine the structural responses of the floating pendulum wave energy converter under wave, a type of movable body type wave energy converter. For this purpose, the commercial potential flow analysis software AQWA was used to calculate the wave load on the structure for various wave periods, wave heights and wave directions. Using the commercial software AQWA-WAVE, mapping of the loads calculated in flow analysis was performed for the structural analysis model. Using the finite element analysis software ANSYS, structural analysis was performed for a structure with the boundary conditions corresponding to the wave load calculated through flow analysis. The stress distribution for the structure was examined for wave period, wave height, and wave direction. Fluid-structure interaction analysis at various wave conditions returned the locations of weak-links and stress distribution. The results from the study will be used in future research for structural stability analysis in extreme conditions, and research for structural reinforcement.