부착식 가동물체형 파력발전기의 운동제어와 형상변화가 인접 구조물의 운동에 미치는 영향 Effect of Motion Control and Configuration of a Connectable Wave Energy Converter on an Adjacent Structure원문보기
최근 화석연료의 과도한 사용으로 인해 발생하는 환경문제가 계속해서 대두됨에 따라 대체에너지에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 대체에너지로는 풍력, 태양열, 파력, 조류, 등이 대표적이며 본 논문에서는, 전세계에 넓게 분포되어 있고, 잔존에너지가 풍부하다고 평가되는 파력에너지에 대하여 연구하였다. 파력발전기는 크게 진동수주형, 월파형, 가동물체형으로 분류할 수 있으며, 이 중 가동물체형 파력발전기는 파도가 가지고 있는 ...
최근 화석연료의 과도한 사용으로 인해 발생하는 환경문제가 계속해서 대두됨에 따라 대체에너지에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 대체에너지로는 풍력, 태양열, 파력, 조류, 등이 대표적이며 본 논문에서는, 전세계에 넓게 분포되어 있고, 잔존에너지가 풍부하다고 평가되는 파력에너지에 대하여 연구하였다. 파력발전기는 크게 진동수주형, 월파형, 가동물체형으로 분류할 수 있으며, 이 중 가동물체형 파력발전기는 파도가 가지고 있는 운동에너지를 구조물의 기계적 운동에너지로 변환하여 발전에 사용하는 비교적 단순한 에너지 변환 체계를 가지고 있기 때문에 다른 파력발전기들에 비해 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 가동물체형 파력발전기는 파도에 의해서 발생하는 구조물의 운동을 발전에 활용하기 때문에 서로 인접하게 설치할 경우 각 구조물들은 서로 유체역학적 간섭을 받게 된다. 유체역학적 간섭은 주변 구조물들의 운동을 증폭 혹은 감쇄 시키는 경향이 있으며 영향력의 크기는 구조물들의 크기 및 형상과 거리, 운동 모드, 입사파의 각도 등에 따라 달라진다. 본 논문에서는 이러한 유체역학적 간섭을 활용하여 가동물체형 파력발전기의 운동 응답은 증폭시키고 인접한 해상구조물(해양플랜트, 주거용 해상구조물, 초거대 해상구조물 등)의 운동 응답은 감소 시키는 연결에 대해 연구하였다. 기본적으로 파력발전기는 운동 응답이 크게 나타날수록 효율성 측면에서 유리하고 해상구조물은 운동 응답이 작게 나타날수록 안정성 측면에서 유리하기 때문에 두 구조물 모두에게 유효한 연결 조건에 대해 연구 하였다. 본 연구를 위해 모형 실험과 시뮬레이션을 수행하고 마지막으로 실제 운용중인 semi-submersible 해양플랜트에 적용시켜 보았다. 사용된 주요 변수는 가동물체형 파력발전기의 운동제어, 형상 변화, 파력발전기와 해상구조물사이의 거리, 입사파의 뱡향을 사용하였다. 운동제어는 인접한 구조물의 운동에 큰 영향력을 줄 것으로 예상되는 Pitch 운동을 제어함으로써 나타나는 변화에 대해 살펴보았다. 입사파의 방향은 가장 큰 차이가 발생할 수 있는 0°와 180°를 사용하였다. 0°에서는 해상구조물이 먼저 파도를 맞고, 180°에서는 가동물체형 파력발전기가 먼저 파도를 맞는 상황이다. 실험은 2차원 조파수조에서 수행되었으며 실험을 위해 직육면체의 기본적인 형상을 가진 가동물체형 파력발전기와 해상구조물을 제작하였다. 해상구조물은 4개의 계류선에 의해 위치가 고정되어 있고 가동물체형 파력발전기는 해상구조물과 연결다리로 물리적으로 연결되어 설치되었으며 각 구조물들의 운동성능은 비접촉식 광학 모션캡처 카메라를 이용하여 실시간으로 구조물들의 운동을 측정하였다. 시뮬레이션 해석은 상용 프로그램 ANSYS AQWA를 이용하여 수행하였으며, 실험 결과를 바탕으로 구성된 시뮬레이션을 활용하여 실제 스케일의 구조물들의 운동에 대해 시간영역해석을 수행하였다. 실험과 시뮬레이션 결과로부터 가동물체형 파력발전기의 운동제어와 형상 및 크기, 해상구조물과의 거리에 따른 운동 응답의 변화에 대하여 연구 하였다.
최근 화석연료의 과도한 사용으로 인해 발생하는 환경문제가 계속해서 대두됨에 따라 대체에너지에 대한 관심 또한 증가하고 있다. 대체에너지로는 풍력, 태양열, 파력, 조류, 등이 대표적이며 본 논문에서는, 전세계에 넓게 분포되어 있고, 잔존에너지가 풍부하다고 평가되는 파력에너지에 대하여 연구하였다. 파력발전기는 크게 진동수주형, 월파형, 가동물체형으로 분류할 수 있으며, 이 중 가동물체형 파력발전기는 파도가 가지고 있는 운동에너지를 구조물의 기계적 운동에너지로 변환하여 발전에 사용하는 비교적 단순한 에너지 변환 체계를 가지고 있기 때문에 다른 파력발전기들에 비해 에너지 효율이 높다는 장점이 있다. 가동물체형 파력발전기는 파도에 의해서 발생하는 구조물의 운동을 발전에 활용하기 때문에 서로 인접하게 설치할 경우 각 구조물들은 서로 유체역학적 간섭을 받게 된다. 유체역학적 간섭은 주변 구조물들의 운동을 증폭 혹은 감쇄 시키는 경향이 있으며 영향력의 크기는 구조물들의 크기 및 형상과 거리, 운동 모드, 입사파의 각도 등에 따라 달라진다. 본 논문에서는 이러한 유체역학적 간섭을 활용하여 가동물체형 파력발전기의 운동 응답은 증폭시키고 인접한 해상구조물(해양플랜트, 주거용 해상구조물, 초거대 해상구조물 등)의 운동 응답은 감소 시키는 연결에 대해 연구하였다. 기본적으로 파력발전기는 운동 응답이 크게 나타날수록 효율성 측면에서 유리하고 해상구조물은 운동 응답이 작게 나타날수록 안정성 측면에서 유리하기 때문에 두 구조물 모두에게 유효한 연결 조건에 대해 연구 하였다. 본 연구를 위해 모형 실험과 시뮬레이션을 수행하고 마지막으로 실제 운용중인 semi-submersible 해양플랜트에 적용시켜 보았다. 사용된 주요 변수는 가동물체형 파력발전기의 운동제어, 형상 변화, 파력발전기와 해상구조물사이의 거리, 입사파의 뱡향을 사용하였다. 운동제어는 인접한 구조물의 운동에 큰 영향력을 줄 것으로 예상되는 Pitch 운동을 제어함으로써 나타나는 변화에 대해 살펴보았다. 입사파의 방향은 가장 큰 차이가 발생할 수 있는 0°와 180°를 사용하였다. 0°에서는 해상구조물이 먼저 파도를 맞고, 180°에서는 가동물체형 파력발전기가 먼저 파도를 맞는 상황이다. 실험은 2차원 조파수조에서 수행되었으며 실험을 위해 직육면체의 기본적인 형상을 가진 가동물체형 파력발전기와 해상구조물을 제작하였다. 해상구조물은 4개의 계류선에 의해 위치가 고정되어 있고 가동물체형 파력발전기는 해상구조물과 연결다리로 물리적으로 연결되어 설치되었으며 각 구조물들의 운동성능은 비접촉식 광학 모션캡처 카메라를 이용하여 실시간으로 구조물들의 운동을 측정하였다. 시뮬레이션 해석은 상용 프로그램 ANSYS AQWA를 이용하여 수행하였으며, 실험 결과를 바탕으로 구성된 시뮬레이션을 활용하여 실제 스케일의 구조물들의 운동에 대해 시간영역해석을 수행하였다. 실험과 시뮬레이션 결과로부터 가동물체형 파력발전기의 운동제어와 형상 및 크기, 해상구조물과의 거리에 따른 운동 응답의 변화에 대하여 연구 하였다.
주제어
#wave energy converter wave activated body side by side motion
학위논문 정보
저자
김성수
학위수여기관
경상대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
해양시스템공학과(학과간) 조선해양공학전공
지도교수
강동훈
발행연도
2020
총페이지
viii, 83 p.
키워드
wave energy converter wave activated body side by side motion
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