해양에너지는 무궁무진한 부존량을 지니고 있으며 2차적인 환경문제를 야기 시키는 위험성이 상대적으로 작기 때문에 더욱 기대가 모아지고 있다. 우리나라의 서해안은 조수간만의 차가 크기 때문에 해양에너지 중에서도 조력발전을 통한 대규모 신재생에너지 창출이 유리한 지역이다. 아울러 조력발전을 위한 발전소를 해상에 설치 할 경우, 댐 건설에 따른 교량효과, 관광자원효과 및 만내 하천범람을 조절효과 등 다목적의 개발 기대효과를 얻을 수 있다. 조력발전을 위해서는 외해 조석과 발전소 운전에 따른 조지수위 변화에 따라 결정되는 가용수두가 크고, 비교적 광역의 조지면적이 필요하다. 본 연구에서는 가용수두가 클 뿐만 아니라, 만입구가 좁고, 만내에 넓은 조지면적을 지닌 서해안에 위치한 가로림만에 조력발전소를 건설할 경우, 조력발전에 따른 효과를 예측하는데 있어서 필수적인 수리특성의 변화를 EFDC모델을 이용한 수치모형실험을 통해 검토하였다. 검토 결과, 조력발전 입지로서의 가로림만의 입지타당성을 확인하였으며, 대상지역은 창조시의 유속보다는 낙조시의 유속이 빠르기 때문에 낙조시 유속이 빠른 서측수로에 수차발전기를 설치하고 동측수로에 수문을 설치해야 하는 등의 설계 지견을 얻을 수 있었다.
해양에너지는 무궁무진한 부존량을 지니고 있으며 2차적인 환경문제를 야기 시키는 위험성이 상대적으로 작기 때문에 더욱 기대가 모아지고 있다. 우리나라의 서해안은 조수간만의 차가 크기 때문에 해양에너지 중에서도 조력발전을 통한 대규모 신재생에너지 창출이 유리한 지역이다. 아울러 조력발전을 위한 발전소를 해상에 설치 할 경우, 댐 건설에 따른 교량효과, 관광자원효과 및 만내 하천범람을 조절효과 등 다목적의 개발 기대효과를 얻을 수 있다. 조력발전을 위해서는 외해 조석과 발전소 운전에 따른 조지수위 변화에 따라 결정되는 가용수두가 크고, 비교적 광역의 조지면적이 필요하다. 본 연구에서는 가용수두가 클 뿐만 아니라, 만입구가 좁고, 만내에 넓은 조지면적을 지닌 서해안에 위치한 가로림만에 조력발전소를 건설할 경우, 조력발전에 따른 효과를 예측하는데 있어서 필수적인 수리특성의 변화를 EFDC모델을 이용한 수치모형실험을 통해 검토하였다. 검토 결과, 조력발전 입지로서의 가로림만의 입지타당성을 확인하였으며, 대상지역은 창조시의 유속보다는 낙조시의 유속이 빠르기 때문에 낙조시 유속이 빠른 서측수로에 수차발전기를 설치하고 동측수로에 수문을 설치해야 하는 등의 설계 지견을 얻을 수 있었다.
Fossil fuel energy has become a worldwide environmental issue due to its effect on global warming and depletion in its supply. Therefore, the interest in developing alternative energy source has been rising. Ocean energy, especially, has gained strength as an alternative energy source for its unlimi...
Fossil fuel energy has become a worldwide environmental issue due to its effect on global warming and depletion in its supply. Therefore, the interest in developing alternative energy source has been rising. Ocean energy, especially, has gained strength as an alternative energy source for its unlimited supply with low secondary risks. Among all the ocean energy, the west coast of Korea holds the field of large-scale energy development because of its distinctive tidal range. Tidal power plant construction at the sea may expedite multi development effects such as bridge roles, tourism resource effects and adjustability of flood inundation at the inner bay. This study introduces the validity of tidal power plant construction at Garilim Bay in west coast of Korea by examining anticipated hydraulic characteristics using EFDC model. Through EFDC numerical simulations, the feasibility of Garolim Bay as a tidal power plant field has been proved. And the most effective tidal power plant construction would be to install hydraulic turbine in the west side of bay entrance where ebb current is stronger, and install water gate in the east side of bay entrance where the flood current is superior.
Fossil fuel energy has become a worldwide environmental issue due to its effect on global warming and depletion in its supply. Therefore, the interest in developing alternative energy source has been rising. Ocean energy, especially, has gained strength as an alternative energy source for its unlimited supply with low secondary risks. Among all the ocean energy, the west coast of Korea holds the field of large-scale energy development because of its distinctive tidal range. Tidal power plant construction at the sea may expedite multi development effects such as bridge roles, tourism resource effects and adjustability of flood inundation at the inner bay. This study introduces the validity of tidal power plant construction at Garilim Bay in west coast of Korea by examining anticipated hydraulic characteristics using EFDC model. Through EFDC numerical simulations, the feasibility of Garolim Bay as a tidal power plant field has been proved. And the most effective tidal power plant construction would be to install hydraulic turbine in the west side of bay entrance where ebb current is stronger, and install water gate in the east side of bay entrance where the flood current is superior.
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문제 정의
본 논문에서는 3차원 수치모형인 EFDC모형을 이용하여 가로림만 입구의 조력발전소 설치 대상해역의 해수유동특성에 대해 정도 높은 해석을 수행하여 해안수리학적인 외력특성을 확인함으로써 효율적인 조력발전을 위한 수차 및 수문위치에 대한 검토를 수행하였다.
이처럼 가로림만에 대한 조력에너지 이용 가능성에 대한 검토는 진행되어 왔으나 보다 구체적인 조력발전의 입지 타당성을 논하기 위해서는 효율적인 조력발전을 위한 조력발전소의 구체적 설치위치 즉, 수차 및 수문위치 등에 대한 상세한 검토가 수행되어져야 할 것이다. 본 연구에서는 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하고 있는 서해안에 용이하게 적용할 수 있는 EFDC모형을 이용하여 가로림만 주변해역의 해수유동특성에 대해 정도 높은 해석을 수행하여 해안수리학적인 외력특성을 확인함으로써 가로림만의 입지 타당성을 재 고찰하고, 효율적인 조력발전을 위한 수차 및 수문위치 등에 대해 검토하였다.
제안 방법
가로림만 주변의 해수유동특성에 대한 수치모형실험은 조위의 변화가 가장 큰 대조기와 작은 소조기에 대해 각각 수행하였으며, 그 결과를 조시별 중층의 창·낙조시의 유속벡터도와 유속분포로 나타냄으로써, 조지가 넓은 지역적 특성을 고려한 효율적인 단류식 조력발전을 위한 수문 및 수차의 위치를 검토하였다.
대상 데이터
실험을 위해 격자는 동서방향 27 km, 남북방향 39 km의 해역을 선정하였으며, 조력발전 대상지역의 흐름 특성을 상세히 검토하기위해 최대 750 m~최소 40 m의 가변격자망으로 구성하였으며, 외해 개방경계에서 조위 또는 유속 성분을 가정하여대상해역 주변에서 재현되도록 하였다. 아울러, 가로림만내의 대부분이 조간대로 형성되어 있으며, 만주변과 중앙부의 수심차이로 인해 층별 수리특성을 고려하기 위해 좌표계를 이용한 3개의 Layer로 구성하였다.
연구대상지역인 가로림만은 충청남도 태안반도의 북쪽에 위치한 만으로서, 만의 입구 폭이 2.2 km이고 입구로부터 만의 내측까지의 길이는 약 22.4 km에 이르며 만의 입구가 좁고 만의 내부가 넓은 호리병 모양의 반폐쇄성 내만이다(해양수산부, 2006). 해안선길이는 161.
해수유동의 주요 특성인 조석과 조류에 대한 검증을 각각 수행하기 위해 Fig. 1에 나타낸 대상지역의 기준조석인 T-1(국립해양조사원, 2010)을 이용하였으며, 조류발전 대상지역인 가로림만 입구에서 최근에 수행된 조류관측자료(가로림 조력발전(주), 2011)를 이용하였다. Table 2는 조석의 검증결과를 나타내고 있다.
이론/모형
본 연구에서 사용된 EFDC모형은 유동 및 물질수송을 모의하는 다변수 유한차분 수치모형으로서 VIMS(Virginia Institute of Marine Science)에서 개발하였으며, 미국 환경청(Environmental Protection Agency)의 공인모형이다. EFDC 모델은 수직·수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이하며, 특히, mass-conserving scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하고 있는 서해안에용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
현장조사자료와 수치모형실험의 검증결과, 수치모형실험 결과는 조석 및 조류의 현장관측결과와 비교적 잘 일치하고 있으며, 대상지역의 해수유동특성을 잘 재현하고 있음을 확인하였다. 수치실험 결과에 의하면 가로림만의 창조류는 동측수로를통해 강하게 만내로 유입되고 있고 낙조시에는 서측수로를 통해 강한 낙조류가 나타난다는 것을 알 수 있었으며 그 크기는 125~140 cm/s 정도 까지 나타나며 낙조류가 창조류에 비해 우세한 경향을 보이고 있음을 확인하였다.
Table 2는 조석의 검증결과를 나타내고 있다. 현장관측결과와 수치모형실험결과를 비교하고, 현장관측결과에 대한 수치모형실험결과의 상대오차를 이용한 검증결과, 상대오차는 매우 작게 나타났으며, Fig. 5에 나타낸 바와 같이 현장조사결과와 수치모형실험결과는 비교적 잘 일치하고 있으므로, 대상 해역의 유동상황을 잘 재현하고 있는 것으로 판단된다.
현장조사자료와 수치모형실험의 검증결과, 수치모형실험 결과는 조석 및 조류의 현장관측결과와 비교적 잘 일치하고 있으며, 대상지역의 해수유동특성을 잘 재현하고 있음을 확인하였다. 수치실험 결과에 의하면 가로림만의 창조류는 동측수로를통해 강하게 만내로 유입되고 있고 낙조시에는 서측수로를 통해 강한 낙조류가 나타난다는 것을 알 수 있었으며 그 크기는 125~140 cm/s 정도 까지 나타나며 낙조류가 창조류에 비해 우세한 경향을 보이고 있음을 확인하였다.
후속연구
EFDC 모델은 수직·수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이하며, 특히, mass-conserving scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하고 있는 서해안에용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 수리동역학(Hydrodynamics), 유사이동(Sediment Transport), 수질모델(Water Quality) 및 독성물질 (Toxics) 등의 복합적인 과정을 고려하기 때문에 계산에 필요한 자료가 많고 또한 계산 시간이 많이 소요되는 단점이 있으며 이에 대한 개선 방안이 향후 연구과제로 판단된다.
따라서, 가로림만 입구부를 통해 유입되는 강한 창조류가지배적인 동측수로에 조류통수능력이 큰 수문을 설치하고, 낙조시의 유속이 탁월한 서측수로에 수차를 설치한다면 효율 높은 조력발전이 가능할 것으로 생각된다.
따라서, 가로림만 입구부를 통해 유입되는 강한 창조류가지배적인 동측수로에 조류통수능력이 큰 수문을 설치하고, 낙조시의 유속이 탁월한 서측수로에 수차를 설치한다면 효율 높은 조력발전이 가능할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
EFDC모형은 무엇인가?
본 연구에서 사용된 EFDC모형은 유동 및 물질수송을 모의하는 다변수 유한차분 수치모형으로서 VIMS(Virginia Institute of Marine Science)에서 개발하였으며, 미국 환경청(Environmental Protection Agency)의 공인모형이다. EFDC 모델은 수직·수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이하며, 특히, mass-conserving scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하고 있는 서해안에용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
본 연구에서, EFDC 모델의 장점은?
본 연구에서 사용된 EFDC모형은 유동 및 물질수송을 모의하는 다변수 유한차분 수치모형으로서 VIMS(Virginia Institute of Marine Science)에서 개발하였으며, 미국 환경청(Environmental Protection Agency)의 공인모형이다. EFDC 모델은 수직·수평적으로 2차원 및 3차원화가 용이하며, 특히, mass-conserving scheme을 이용하여 천해역에서 3차원의 조간대 처리가 가능하도록 설계되어져 있어 조간대가 넓게 분포하고 있는 서해안에용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 수리동역학(Hydrodynamics), 유사이동(Sediment Transport), 수질모델(Water Quality) 및 독성물질 (Toxics) 등의 복합적인 과정을 고려하기 때문에 계산에 필요한 자료가 많고 또한 계산 시간이 많이 소요되는 단점이 있으며 이에 대한 개선 방안이 향후 연구과제로 판단된다.
본 연구결과, 효율적인 조력발전을 위한 수차 및 수문위치는?
조력발전은 조석이 발생하는 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 저수지와 해수면의 수위차를 이용하여 발전함으로서 전기에너지를 생산하는 방식이다. 효율이 좋은 조력발전소를 만들기 위해서는 조석 간만에 의해 발생되는 유속이 큰 지역에 수차를 설치해야한다. 아울러, 만내로 유입되는 조량을 원활히 확보하기 위해서는 조류통수능력이 큰 수문설치 위치를 선정해야한다.
현장조사자료와 수치모형실험의 검증결과, 수치모형실험 결과는 조석 및 조류의 현장관측결과와 비교적 잘 일치하고 있으며, 대상지역의 해수유동특성을 잘 재현하고 있음을 확인하였다.수치실험 결과에 의하면 가로림만의 창조류는 동측수로를통해 강하게 만내로 유입되고 있고 낙조시에는 서측수로를 통해 강한 낙조류가 나타난다는 것을 알 수 있었으며 그 크기는 125~140 cm/s 정도 까지 나타나며 낙조류가 창조류에 비해 우세한 경향을 보이고 있음을 확인하였다.
조력발전을 실현하기 위해 설치해야 할 수문 및 수차는 수치실험결과 얻어진 해수유동특성 결과를 토대로 보다 효율적인 위치가 선정되어야 한다. 따라서, 가로림만 입구부를 통해 유입되는 강한 창조류가 지배적인 동측수로에 조류통수능력이 큰 수문을 설치하고, 낙조시의 유속이 탁월한 서측수로에 수차를 설치한다면 효율 높은 조력발전이 가능 할 것으로 생각된다.
Hamrick, J. M.,(1992). A three dimensional environmental fluid dynamics computer code: Theoretical and computational aspects. Special report, The college of William and Mary, Virginia institute of marine science, Glouceslter point, VA.
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