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진동 수주형 파력발전 시스템의 최대 전력 추출을 위한 임펄스 터빈의 최대 효율 추종 제어기 설계
Control strategy of an impulse turbine for oscillating water column wave energy converter under irregular waves 원문보기

대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회, 2015 July 15, 2015년, pp.1054 - 1055  

송승관 (연세대학교, 전기전자 공학부) ,  박진배 (연세대학교, 전기전자 공학부)

초록
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진동 수주형 파력발전 시스템(oscillating water column wave energy converter)의 효율을 증대할 수 있는 터빈의 최대 효율 추종 제어기를 제안한다. 진동 수주형 파력발전 시스템은 캡처 챔버(capture chamber)와 터빈, 발전기로 구성되어 있으며 발전기 말단에 연결된 저항의 값을 제어 입력으로 삼는다. 본 논문에서는 파력발전 시스템의 캡처 챔버와 터빈의 동역학 모델에 대해 소개하고, 터빈의 최대 효율 추종 제어기의 안정성을 증명하고 이를 JONSWAP 모델의 비규칙 파랑 조건하에서 시뮬레이션 하여 제어기 성능을 입증한다.

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 불규칙 파랑 환경에서 실시간으로 터빈의 최적 효율을 유지하는 제어기를 제안한다. 속이 빈 실린더 형태의 챔버에 임펄스 터빈과 이상적인 회전형 발전기가 달려있는 모델을 도입하고, 발전기의 말단에 연결된 부하를 제어함으로써, 터빈이 항상 최고의 효율을 유지할 수 있음을 시뮬레이션을 통해 입증한다.
  • 본 논문에서는 진동수주형 파력발전기의 효율을 증대할 수 있도록, 터빈의 효율이 항상 최대값을 유지할 수 있는 제어기를 제안하였으며, JONSWAP 모델의 불규칙한 파랑환경에서 제어기가 잘 작동함을 시뮬레이션을 통해 입증하였다.

가설 설정

  • 1초, 전체 시뮬레이션 시간은 140초이다. 챔버의 지름은 5미터, 터빈의 지름은 3미터로 가정하였으며 로터의 평균 반지름 2.9미터, 높이는 0.1미터, 코드길이는 0.2미터이고, 블레이드 날개 수는 100개이다. 로터의 회전 관성은 200 kg⋅m2이며, 파도는 파고 2m, 피크주기 6초인 JONSWAP 파도 모델을 적용하였다[3].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
진동 수주형 파력발전 시스템이란? 진동 수주형 파력발전 시스템은 상용화 레벨에 근접한 파력발전 장치 중 하나로, 챔버-터빈-전기발전기로 구성된다. 이 시스템은 챔버 내의 수주의 진동을 파도의 대표주기에 맞춰 파도 에너지의 흡수를 극대화하고, 챔버 내의 수주(water column)의 왕복 운동에 의한 압력 변화로부터 터빈의 회전을 유도하여 전기를 생산한다.
파력에너지의 단점은? 해양 에너지는 풍력, 태양광 등과 함께 고갈될 염려와 오염문제가 없는 청정 에너지원이다. 파력에너지는 해양 에너지의 많은 비중을 차지하고 있지만, 다른 에너원에 비해 낮은 에너지 밀도와 진동성, 그리고 불규칙성으로 인해 전력 생산으로 상용성을 확보하기가 쉽지 않다. 그러나 최근 해상 풍력이 각광을 받으면서 해상 풍력과 연계된 해상풍력-파력복합발전과 외해 양식 시설물과 연계한 파력 발전 장치에 대한 연구과 활발히 진행 중이다.
진동 수주형 파력발전 시스템은 어떻게 전기를 생산하는가? 진동 수주형 파력발전 시스템은 상용화 레벨에 근접한 파력발전 장치 중 하나로, 챔버-터빈-전기발전기로 구성된다. 이 시스템은 챔버 내의 수주의 진동을 파도의 대표주기에 맞춰 파도 에너지의 흡수를 극대화하고, 챔버 내의 수주(water column)의 왕복 운동에 의한 압력 변화로부터 터빈의 회전을 유도하여 전기를 생산한다. 따라서 이 장치의 효율은 크게 파력을 공기의 유동 에너지로 바꾸는 챔버 단(stage)의 효율과 공기의 유동 에너지를 회전 운동에너지로 변환하는 터빈의 단의 효율에 주로 영향을 받게 된다.
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