조류 발전 번역(한국어 원본)잠재적 활용가치가 높은 해양에너지원으로써 해수온도, 바람, 파도, 조력(tide) 및 조류(current) 등이 있으며, 이 중 조류를 이용한 발전은 기후조건 변화(바람, 파도 등)에 덜 민감하며 유속 및 유향 변화의 정확한 예측이 가능하기 때문에 연간 발전량 산정을 통한 비교적 정확한 경제성 분석이 가능한 장점이 있다. 그러나, 조류발전용 터빈의 설치 및 운전환경 특수성에 따라 유발되는 문제점(방수, 방청, 해저면 시공 (seabed installa- tion))은 기타 발전방식에 비해 설치 및 유지보수 비용의 증가를 초래하는 주된 원인이 되기도 한다. 해양에너지 발전설비의 개발 및 실증 프로젝트들은 유럽을 중심으로 활발히 진행되고 있으며, 특히 EMEC (European Marine Energy Center)에서는 추후 해양에너지 발전설비의 상용화에 대비하여 설계, 자원평가, 성능평가, 계통연계, 환경영향평가 및 인증시스템에 대한 기술기준을 개발 보급하고 있다.
조류발전설비의 인증 및 설계평가 단계에서는 발전설비의 극한강도 및 피로강도 특성이 작동환경에 충분히 안전하게 설계되었는지를 집중적으로 검토하며, 시험, 품질시스템 평가, 공장심사 및 설치시공 검사 등과 같은 추가적인 절차를 거쳐 최종 인증서를 발급받게 된다. 조류발전 시스템에 대한 국제표준화 작업은 IEC TC114 작업반에서 진행되고 있으나, 매우 다양한 컨셉의 기기에 대한 정형화된 설계평가 방법 및 절차를 제공하지는 못하고 있는 실정이다. 풍력발전기와 유사한 수평식 조류발전기의 경우 설계평가과정에서 필수적인 하중산정을 위해 GL-Garrad Hassan 사의 GH-Tidal 등과 같은 BEM 기반의 hydro- elastic 해석코드의 직접 적용 또는 풍력분야에 사용되는 aero-elastic 코드를 부분적으로 변경하여 적용할 수도 있으나, 수직축 등과 같은 새로운 형식의 발전설비에 대한 적용은 사실상 불가능한 문제점이 있다. 따라서, 이러한 비정형타입 수직축 조류발전설비에 대한 극한하중해석을 위해서는 FSI(fluid structure interaction) 등과 같은 최신 CAE 기법의 적용을 통한 구조건전성평가 절차의 확립이 필요하다.
W.M.J Batten 등은 조류터빈 성능평가를 위해 풍력분야에서 일반적으로 사용되고 있는 BEM 법을 적용한 연구를 수행하였고, Mark Francis 등은 부유식 조류발전설비 블레이드 성능해석을 위해 정상상태 CFD 해석을 수행하였다. M. E. Harrison 등은 수평축 조류발전단지 후류특성에 대한 연구를 위해 CFD 해석을 수행한바 있다.
이상의 연구들은 대부분 수평축 조류터빈에 대한 성능해석 또는 조류발전단지 최적설계를 위한 후류영향검토를 위해 BEM과 CFD 등의 해석결과를 제시하였으나, 구조건전성 평가와 관련한 결과는 다루지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 정상 및 임계유속 조건에서의 비정형타입 수직축 조류터빈에 대한 출력 및 극한강도 평가를 위해 unidirectional FSI 해석기법을 적용하였다. |
조류 발전 번역(영어 번역본)Ocean energy sources with high potential for utilization are seawater temperature, wind, waves, tide and currents. Among them, power generation utilizing currents is less sensitive to changes in weather conditions (wind, waves, etc.), and as it is possible to accurately predict changes in the flow velocity and flow direction, it is possible to calculate annual energy production to analyze economic efficiency relatively accurately. However, problems caused by the special installation and operating conditions of the tidal turbine (water-proofing, anti-rust, seabed installation) may become major reasons for increased costs of installation and maintenance as compared to other types of power generation. Development of ocean energy converters and field test projects are actively carried out in Europe, and particularly EMEC (European Marine Energy Center) has developed and is diffusing the technical guideline for design, energy resource evaluation, performance evaluation, grid connection, environmental impact assessment and certification system in provisions against commercialization of ocean energy converters.
During certification and design evaluation of tidal current plants, whether the ultimate limit state and fatigue limit state of power plants are designed safely enough for operating conditions is intensively examined, and the tidal current plants will receive the final certificate after going through additional procedures like tests, quality system evaluation, factory inspection and installation and construction inspection. IEC TC114 working group is working on international standardization of the tidal current power generation system, but no standardized design evaluation method and procedure for various kinds of systems are available yet. When it comes to horizontal axis ocean current turbines similar to wind turbines, for load calculation essential in the design evaluation process, BEM-based hydro-elastic analysis codes like GL-Garrad Hassan’s GH-Tidal can be directly applied or aero-elastic codes used in the field of wind power can be partially modified and applied, but they cannot be applied to new types of power plants like vertical axis. Accordingly, for extreme load calculation of such non-standardized vertical axis tidal current plants, state-of-the-art CAE techniques like FSI (fluid structure interaction) need to be applied to establish the structural integrity evaluation procedure.
W. M. J. Batten, et al conducted researches applying the BEM method that is generally used in wind power for performance evaluation of tidal turbines, and Mark Francis, et al conducted normal-state CEFD analysis for performance analysis of floating-type tidal current plant blades. M. E. Harrison, et al conducted CFD analysis to study the wake characteristics of horizontal axis wind farms (horizontal axis tidal current power farm wake
Most of these researches presented analysis results of BEM and CFD to examine the wake impact for performance analysis of the horizontal axis tidal turbine or optimal design of the tidal current power farm, but they seldom deal with results related to structural integrity evaluation. Accordingly, this study applied the unidirectional FSI analysis technique to evaluate the power and ultimate limit state of non-standardized vertical axis tidal turbines in the steady and extreme flow velocity condition. |
