해양에너지 중 하나인 파랑은 현재의 에너지 위기 상황에서 에너지 수요를 충족하는데 사용할 수 있는 미개척에 가까운 재생에너지원이다. 전 세계 여러 나라에서 파력발전시스템과 관련한 많은 연구와 프로토타입의 실증이 진행 중이나, 다른 신·재생에너지원에 비하여 변동성이 크고 불규칙성이 높으며 예측이 어려워 에너지원의 활용도가 낮고, 해상 설치 및 운전을 위한 제반 비용의 증가로 인해 상용화가 미흡한 수준이다. 본 논문에서는 높은 에너지 변환효율을 자랑하는 ...
해양에너지 중 하나인 파랑은 현재의 에너지 위기 상황에서 에너지 수요를 충족하는데 사용할 수 있는 미개척에 가까운 재생에너지원이다. 전 세계 여러 나라에서 파력발전시스템과 관련한 많은 연구와 프로토타입의 실증이 진행 중이나, 다른 신·재생에너지원에 비하여 변동성이 크고 불규칙성이 높으며 예측이 어려워 에너지원의 활용도가 낮고, 해상 설치 및 운전을 위한 제반 비용의 증가로 인해 상용화가 미흡한 수준이다. 본 논문에서는 높은 에너지 변환효율을 자랑하는 가동물체형 파력발전시스템을 두 개의 발전원을 갖는 하이브리드 형태로 제안하고, 시스템의 기계적 에너지변환 및 동적 거동을 다이나모식 PTO(Power Take Off) 시스템을 이용하여 2차원 조파 수조의 수리실험 결과로 나타내었다. 하이브리드 시스템은 파랑 입자의 원운동 원리 및 조류력에 의해 회전하는 수평형 발전기와 물속에서 진자 운동하는 스윙 판형 발전기의 기계적 출력을 오버 러닝 클러치를 이용하여 취합하는 방식으로 구성되었으며, 새롭게 제안된 PTO 시스템은 다이나모 미터(Dynamo-Meter)가 적용된 파력발전시스템으로, 토크 부하 조절용 서보모터와 기계적 에너지의 계측을 위한 토크 센서 및 엔코더로 구성된다. 조파기(Wave Maker)를 통해 생성된 규칙파(Regular Wave) 및 불규칙파(Irregular Wave)의 다양한 입사 파랑을 토크 부하(Torque Load)를 조절해 가면서 파력발전 장치의 생산 가능한 전력량 및 발전효율을 산출하였다. 다양한 입사파랑 조건에 대한 파력발전장치의 거동특성은 연속 시간 동안 확보된 토크와 회전수를 기반으로 계산된 기계적 에너지 데이터를 이용하여 분석할 수 있다. 실시간 기계적 출력을 연속 시간 및 주기 등의 형태로 분석하였으며, 그 결과를 평균값 및 순간 최대값 등으로 나타내었다. 가동물체형 파력발전시스템의 내구성에 영향을 끼치는 순간 최대발전량 및 수준에 대한 검토가 이루어졌으며, 불규칙파 조건에서의 순간 최대발전량이 규칙파에 비해 1.5~7.8배의 수준을 나타냈으며, 출력 구간별 분포 형태의 결과 제시로 파력발전시스템에 최적화된 발전기 및 전력변환기 설계를 위한 회전수, 토크, 전압, 전류 및 승압 조건 등의 기반을 제공한다. 제안된 파력발전 시스템이 단파장의 입사파 조건에서 18.0% 내외의 고효율의 출력성능이 확보되었으며, 가동물체형 파력발전 구조물 설계를 위한 입사파 영향을 분석하는 등 파력발전 상용화를 위한 매우 중요한 데이터를 제공한다.
해양에너지 중 하나인 파랑은 현재의 에너지 위기 상황에서 에너지 수요를 충족하는데 사용할 수 있는 미개척에 가까운 재생에너지원이다. 전 세계 여러 나라에서 파력발전시스템과 관련한 많은 연구와 프로토타입의 실증이 진행 중이나, 다른 신·재생에너지원에 비하여 변동성이 크고 불규칙성이 높으며 예측이 어려워 에너지원의 활용도가 낮고, 해상 설치 및 운전을 위한 제반 비용의 증가로 인해 상용화가 미흡한 수준이다. 본 논문에서는 높은 에너지 변환효율을 자랑하는 가동물체형 파력발전시스템을 두 개의 발전원을 갖는 하이브리드 형태로 제안하고, 시스템의 기계적 에너지변환 및 동적 거동을 다이나모식 PTO(Power Take Off) 시스템을 이용하여 2차원 조파 수조의 수리실험 결과로 나타내었다. 하이브리드 시스템은 파랑 입자의 원운동 원리 및 조류력에 의해 회전하는 수평형 발전기와 물속에서 진자 운동하는 스윙 판형 발전기의 기계적 출력을 오버 러닝 클러치를 이용하여 취합하는 방식으로 구성되었으며, 새롭게 제안된 PTO 시스템은 다이나모 미터(Dynamo-Meter)가 적용된 파력발전시스템으로, 토크 부하 조절용 서보모터와 기계적 에너지의 계측을 위한 토크 센서 및 엔코더로 구성된다. 조파기(Wave Maker)를 통해 생성된 규칙파(Regular Wave) 및 불규칙파(Irregular Wave)의 다양한 입사 파랑을 토크 부하(Torque Load)를 조절해 가면서 파력발전 장치의 생산 가능한 전력량 및 발전효율을 산출하였다. 다양한 입사파랑 조건에 대한 파력발전장치의 거동특성은 연속 시간 동안 확보된 토크와 회전수를 기반으로 계산된 기계적 에너지 데이터를 이용하여 분석할 수 있다. 실시간 기계적 출력을 연속 시간 및 주기 등의 형태로 분석하였으며, 그 결과를 평균값 및 순간 최대값 등으로 나타내었다. 가동물체형 파력발전시스템의 내구성에 영향을 끼치는 순간 최대발전량 및 수준에 대한 검토가 이루어졌으며, 불규칙파 조건에서의 순간 최대발전량이 규칙파에 비해 1.5~7.8배의 수준을 나타냈으며, 출력 구간별 분포 형태의 결과 제시로 파력발전시스템에 최적화된 발전기 및 전력변환기 설계를 위한 회전수, 토크, 전압, 전류 및 승압 조건 등의 기반을 제공한다. 제안된 파력발전 시스템이 단파장의 입사파 조건에서 18.0% 내외의 고효율의 출력성능이 확보되었으며, 가동물체형 파력발전 구조물 설계를 위한 입사파 영향을 분석하는 등 파력발전 상용화를 위한 매우 중요한 데이터를 제공한다.
Wave, one of the marine energy sources, is an unexplored renewable energy source that can be used to meet energy demand in the current energy crisis. Many research and demonstrations of prototypes involving WECs(Wave Energy Converters) are being conducted in many countries around the world. However,...
Wave, one of the marine energy sources, is an unexplored renewable energy source that can be used to meet energy demand in the current energy crisis. Many research and demonstrations of prototypes involving WECs(Wave Energy Converters) are being conducted in many countries around the world. However, it is highly variability and irregular compared to other renewable energy sources, and it is difficult to predict, so the utilization of energy sources is low and commercialization is low due to increased marine installation and operating costs. In this study, the oscillating body type wave converter with high energy conversion efficiency in a hybrid type with two power sources was proposed, and the mechanical energy conversion and dynamic behavior of the system were presented as the result of the hydraulic experiment using the dynamo-type Power Take Off (PTO) system. The hybrid system consists of a horizontal generator that rotates by the principle of circular motion of wave particles and current force, and a swing plate generator that performs pendulum motion in water, and its mechanical outputs are collected by using an over-running clutch. The newly proposed PTO system is a dynamo-meter applied wave power system consisting of a servo motor for torque load control and a torque sensor and encoder for the instrumentation of mechanical energy. Various incident waves of the Regular Wave and Irregular Wave generated by the wave maker were adjusted to torque load to produce the amount of power and generation efficiency of the wave energy converter. The behavioral characteristics of the WEC for various incident wave conditions can be analyzed using mechanical energy data calculated based on the torque and rotation speed secured during continuous time. Real-time mechanical output was analyzed in the form of continuous time and period, and the results were expressed as arithmetic mean values and instantaneous maximum values. The instantaneous maximum power generation and distribution of power generation that influence the durability of the WEC were reviewed, and the instantaneous maximum power generation under irregular wave conditions was 1.5 to 7.8 times higher than that of the regular wave condition. By presenting the results in the form of distribution for each generation output section, it provides the basis for the number of rotations, torque, voltage, current and boost conditions for the design of a generator and power converter optimized for a wave power generation system. The proposed wave power system showed high efficiency output performance of around 18.0%, and provides very important data for the commercialization of wave power generation, such as analyzing the effect of incident wave for design of oscillating body type WEC structure.
Wave, one of the marine energy sources, is an unexplored renewable energy source that can be used to meet energy demand in the current energy crisis. Many research and demonstrations of prototypes involving WECs(Wave Energy Converters) are being conducted in many countries around the world. However, it is highly variability and irregular compared to other renewable energy sources, and it is difficult to predict, so the utilization of energy sources is low and commercialization is low due to increased marine installation and operating costs. In this study, the oscillating body type wave converter with high energy conversion efficiency in a hybrid type with two power sources was proposed, and the mechanical energy conversion and dynamic behavior of the system were presented as the result of the hydraulic experiment using the dynamo-type Power Take Off (PTO) system. The hybrid system consists of a horizontal generator that rotates by the principle of circular motion of wave particles and current force, and a swing plate generator that performs pendulum motion in water, and its mechanical outputs are collected by using an over-running clutch. The newly proposed PTO system is a dynamo-meter applied wave power system consisting of a servo motor for torque load control and a torque sensor and encoder for the instrumentation of mechanical energy. Various incident waves of the Regular Wave and Irregular Wave generated by the wave maker were adjusted to torque load to produce the amount of power and generation efficiency of the wave energy converter. The behavioral characteristics of the WEC for various incident wave conditions can be analyzed using mechanical energy data calculated based on the torque and rotation speed secured during continuous time. Real-time mechanical output was analyzed in the form of continuous time and period, and the results were expressed as arithmetic mean values and instantaneous maximum values. The instantaneous maximum power generation and distribution of power generation that influence the durability of the WEC were reviewed, and the instantaneous maximum power generation under irregular wave conditions was 1.5 to 7.8 times higher than that of the regular wave condition. By presenting the results in the form of distribution for each generation output section, it provides the basis for the number of rotations, torque, voltage, current and boost conditions for the design of a generator and power converter optimized for a wave power generation system. The proposed wave power system showed high efficiency output performance of around 18.0%, and provides very important data for the commercialization of wave power generation, such as analyzing the effect of incident wave for design of oscillating body type WEC structure.
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