초록 ▼

본 연구에서 개발하고자 하는 부유식 진자형 파력발전 시스템은 외해를 향해 열린 수실(水室)을 계류된 부유식 케이슨 내에 설치하고. 이 수실 내로 진행파를 유도하여 파랑에너지를 반사파와 중첩된 정상파(定常波)를 형성함. 정상파의 절(節 )부위에는 수평왕복류(파가 가진 대부분의 에너지가 운동 에너지로 전환)가 발생하므로 이 운동 에너지를 이용하여 진자를 왕복구동시키고, 구동력을 회전식 유압펌프를 중심으로 구성된 유압변속기로 전달하여 고효율 발전을 달성함.

연구개발을 통해 진자에 의한 파력에너지의 효과적 흡수 및 회전식 유압

본 연구에서 개발하고자 하는 부유식 진자형 파력발전 시스템은 외해를 향해 열린 수실(水室)을 계류된 부유식 케이슨 내에 설치하고. 이 수실 내로 진행파를 유도하여 파랑에너지를 반사파와 중첩된 정상파(定常波)를 형성함. 정상파의 절(節 )부위에는 수평왕복류(파가 가진 대부분의 에너지가 운동 에너지로 전환)가 발생하므로 이 운동 에너지를 이용하여 진자를 왕복구동시키고, 구동력을 회전식 유압펌프를 중심으로 구성된 유압변속기로 전달하여 고효율 발전을 달성함.

연구개발을 통해 진자에 의한 파력에너지의 효과적 흡수 및 회전식 유압시스템 도입으로 고효율/고내구성 달성 가능한 심해용 파력발전시스템 설계엔지니어링 및 성능평가 기술을 개발하여 고효율 부유식 진자형 파력발전시스템의 최적설계 기술개발을 완성함. 또한 대수심 파랑에너지 자원개발에 적합한 300kW급 파력발전장치를 실증(시작품 개발 및 운용)함으로서 심해역 파력발전 실용화 기술을 완성하여 300kW급 실증플랜트 설계, 제작, 운용 및 실용화 기반을 구축함을 목적으로 함.

본장치는 파랑에너지밀도가 높고 대규모 단지화 가능한 심해에 적용이 가능하면서, 상대적인 저파랑, 태풍시의 고파랑이 혼재하는 우리나라 해역 실정에 적합(높은 가동률 및 파랑 내구성)한 고효율 부유식 파력발전장치로서 이를 통해 기술적으로는 부유식 진자형 파력 실증플랜트(TRL 6)의 준상용화 진입(TRL 8)이 가능하며, 경제적으로 부유진자파력기술은 기존 파력발전장치의 난점이었던 효율 및 내구성 등이 선도국 기술과 대등, 조속한 기술성숙을 동한 상용화 실현으로 세계 시장의 선점 가능성 높이고, 본 부유식 진자형 파력발전 기술개발 및 실증 연구를 통하여 심해 적용가능하고, 고효율/고내구성/저발전비용을 달성할 수 있는 300kW급 부유식 진자형 파력발전장치의 실용화를 실현하고자 하였음

( 출처 : 보고서 초록 3p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results of research and development
A. Ministry of Maritime Affairs and Fisheries - 1^st year (`10.8.~`11.7.)
- Research and basic design on wave motion and mooring characteristics of floating wave energy converter
◦ Study on a motion characteristics of floater in wave
◦ Stu

Ⅳ. Results of research and development
A. Ministry of Maritime Affairs and Fisheries - 1^st year (`10.8.~`11.7.)
- Research and basic design on wave motion and mooring characteristics of floating wave energy converter
◦ Study on a motion characteristics of floater in wave
◦ Study on mooring characteristics
◦ Basic design of floater and mooring system
◦ Numerical analysis on coupled motion of floater-pendulum
- Research on performance of 1^st converting device and basic design
◦ Performance study of pendulum motion in water room
◦ Basic design of water room and pendulum system
◦ Experiment on water room and pendulum system (performance estimation/ optimization)
- Detailed design of 2^nd converting device and manufacturing of module for experiment
◦ Detailed design of hydraulic transmission system
◦ Manufacturing of module for scale experiment of hydraulic transmission system

B. Ministry of Maritime Affairs and Fisheries - 2^nd year (`11.8.~`12.7.)
- Assessment of damping and mooring system of floating wave energy converter
◦ Model test of damping system in wave (performance estimation/ optimization)
◦ Performance estimation and optimization of mooring system
◦ Numerical analysis on wave load and safety of floater
- Characteristic analysis and optimization of 1^st - 2^nd converting integrated system
◦ Characteristic analysis of wave load on water room and pendulum system
◦ Performance estimation and optimization of 2^nd converting device
◦ Integrated model test of 1^st - 2^nd converting system

C. Major project in KRISO - 1^st year (`12.8.~`12.12.)
- Integrated model test of floater and structural strength analysis
◦ Motion analysis of floater
◦ Construction of integrated model of 1/10 scale HST and floating pendulum wave energy converter
◦ Structural strength analysis of floating pendulum wave energy converter
◦ Coupled structural analysis on computation results of nonlinear wave load
- Performance estimation of 1/10 scale hydraulic transmission system and high pressure seal for rotary vane pump(RVP)
◦ Construction of 1/10 scale HST and review of design and construction technologies for demonstration of HST
◦ Maximization of volumetric efficiency on high pressure seal for RVP(1/2 scale RVP)

D. Major project in KRISO - 2^nd year (`13.1.~`13.12.)
- Model test and design of mooring system in survival condition
◦ Safety estimation of mooring system in 1/20 scale - 3 dimensional model test
◦ Geological and ocean investigation for detailed design of mooring system
- Construction and performance estimation of hydraulic transmission system for demonstration
◦ Improvement of high pressure seal by test equipment for RVP
◦ Construction and assembly of hydraulic transmission system for 300kW demonstration 조립
◦ Design and construction of 300kW RVP test bench

E. Major project in KRISO - 3^rd year (`14.1.~`14.12.)
- Optimization and safety estimation of demonstration plant and mooring system
◦ Optimization and safety estimation of demonstration plant and mooring system
◦ Structural safety estimation of demonstration plant and mooring system
◦ Prediction of rates of operation and generation
- Performance estimation of hydraulic transmission system for 300kW demonstration and construction of generator and power converting device
◦ Integrated model test on energy conversion of wave energy converter
◦ Performance estimation and improvement test on hydraulic transmission system for 300kW demonstration
◦ Construction and performance estimation of generator and power converting device

F. Major project in KRISO - 4^th year (`15.1.~`15.12.)
- Construction of demonstration plant and design of power control/ operation control / monitoring system
◦ FPWEC prototype model construction(2015.1.~2016.6.)
◦ Design optimization of mooring line and power cable based on dynamic load
◦ Scenario analysis and optimization of operation control and monitoring system operation
◦ Installation of power control/ operation control/ monitoring system to demonstration plant
◦ Risk analysis in operation and survival conditions
- Integrated performance test of hydraulic transmission system and generator and maximization of generation efficiency rate
◦ Scale model test on energy efficiency of integrated system
◦ Performance improvement of hydraulic transmission system for 300kW demonstration and integrated test in onshore
◦ Performance estimation and optimization of generator-inverter-system by integrated test

G. Major project in KRISO - 5^th year (`16.1.~`16.12.)
- Onshore test for operation control/ monitoring system and, design and manufacturing of mooring and power cable system
◦ Complete of demonstration plant
◦ Onshore and offshore trial operation before real sea test
◦ Integrated test of hydraulic transmission system, inverter, generator and performance estimation of monitoring system
◦ Detailed design and manufacturing of mooring and power cable system for demonstration
- Operation scenario constitution and integrated design of floater and energy converting device
◦ Operation prediction and optimization by environmental analysis in real sea
◦ Design standardization of wave input/ floater motion/ mooring and power cable system
◦ Development of analysis model for 2^nd - 3^rd converting system

( 출처 : SUMMARY 14p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 11
• 목차 ... 19
• Contents ... 24
• 그림목차 ... 29
• 표목차 ... 120
• Ⅰ. 연구개발과제의 개요 ... 141
• 제1장 연구개발의 목적 및 필요성 ... 143
• 1.1 연구개발의 개요 ... 143
• 1.2 연구개발의 목적 ... 143
• 1.3 연구개발의 필요성 ... 145
• 제2장 연구개발의 목표 ... 146
• 2.1 연구개발의 목표 ... 146
• 2.2 기술의 구성 및 특징 ... 147
• 제3장 연구개발의 내용 및 범위 ... 150
• Ⅱ. 국내외 기술개발 현황 ... 154
• 제1장 국내외 기술 동향 ... 156
• 1.1 국내외 기술개발 동향 ... 156
• 1.2 논문 동향 ... 167
• 1.3 특허 동향 ... 170
• 제2장 국내외 산업동향 및 전망 ... 174
• 2.1 국내 산업시장 현황 및 전망 ... 174
• 2.2 국외 산업시장 현황 및 전망 ... 174
• 제3장 국내외 이슈 및 정책 동향 ... 178
• 3.1 국내의 이슈 및 정책동향 ... 178
• 3.2 국외의 이슈 및 정책동향 ... 179
• Ⅲ. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 186
• 제1장 환경조사 및 적지선정 ... 188
• 1.1 서론 ... 188
• 1.2 적지선정 ... 188
• 1.3 파력발전적지의 기초자료조사 ... 195
• 1.4 해양환경 특성분석 ... 300
• 1.5 결론 ... 308
• 제2장 부유식 진자형 파력발전 기본 구조물 및 1차 변환장치 개발 ... 309
• 2.1 서론 ... 309
• 2.2 진자형 파력발전계의 이론해석 ... 313
• 2.3 부유식 진자형 파력발전 기본구조물 형상 최적설계 ... 335
• 2.4 구조물 모형시험 및 안전성 평가 ... 423
• 2.5 에너지변환장치 모형시험 ... 476
• 2.6 결론 ... 500
• 제3장 파력발전용 유압변속시스템 개발 ... 505
• 3.1 서론 ... 505
• 3.2 부유식 진자형 파력발전 유압변속시스템의 개념설계 ... 508
• 3.3 유압변속시스템 AMEsim 유동해석 모델 구축 및 시뮬레이션 ... 516
• 3.4 1/10 축소 유압변속시스템 개발 및 성능평가 ... 564
• 3.5 회전식 베인형 유압펌프의 고압 Seal 개발 및 성능평가 ... 616
• 3.6 실증용 300kW급 유압변속시스템 개발 및 성능평가 ... 634
• 3.7 실증 플랜트 구조물 유압변속시스템 배치 및 진자판 설계 ... 679
• 3.8 실증용 300kW급 유압변속시스템 육상 점검 및 시운전 ... 686
• 3.9 유압변속시스템 GUI 성능시험/ 유지관리/ 운영 시나리오 고찰 ... 695
• 3.10 실증용 유압변속시스템의 구조안전성검토 및 변형률 계측시험 ... 701
• 3.11 전체시스템 통합 축소모델시험 ... 724
• 3.12 결론 ... 766
• 제4장 발전기 및 전력변환장치 개발 ... 770
• 4.1 서론 ... 770
• 4.2 실증용 3차 변환시스템의 제작 및 성능시험 ... 771
• 4.3 발전기 및 인버터 통합 성능 시험 ... 797
• 4.4 결론 ... 827
• 제5장 구조해석 ... 828
• 5.1 서론 ... 828
• 5.2 부유식 진자형 파력발전 구조물의 구조설계 및 구조안전성평가 ... 832
• 5.3 진자판/축/RVP 구조해석 ... 868
• 5.4 실증용 축/진자판 통합 형상설계 ... 893
• 5.5 실증용 축/진자판의 최적설계 ... 1038
• 5.6 파력발전장치 축/구조부재 피로수명 산출 ... 1054
• 5.7 부유식 진자형 파력발전 구조물의 스캔틀링 및 국부 강도해석 ... 1115
• 5.8 결론 ... 1283
• 제6장 실증플랜트 구조물 설계 및 제작 ... 1287
• 6.1 서론 ... 1287
• 6.2 실증플랜트 구조물 설계 ... 1288
• 6.3 실증플랜트 구조물 제작사양서 ... 1345
• 6.4 실증플랜트 구조물 제작 ... 1401
• 6.5 실증플랜트 구조물 보관 관리 ... 1426
• 6.6 결론 ... 1429
• 제7장 계류계 및 전력케이블 설계 ... 1430
• 7.1 서론 ... 1430
• 7.2 부유식 진자형 파력발전 계류계 기본설계 및 안전성 평가 ... 1436
• 7.3 계류계 모형시험 및 안전성 평가 ... 1499
• 7.4 실증용 전력케이블 기본설계 및 안전성 평가 ... 1517
• 7.5 실증용 계류시스템 및 해저케이블 해저부 고정을 위한 파일앵커 설계 ... 1556
• 7.6 계류체인 및 해저전력케이블 주요자재 구매 ... 1574
• 7.7 결론 ... 1588
• 제8장 예인 및 설치/운용 ... 1593
• 8.1 서론 ... 1593
• 8.2 파력발전장치 충격하중 및 제반 위해도 분석 ... 1596
• 8.3 파력발전장치 예인을 위한 해석 및 관련지침 연구 ... 1652
• 8.4 실증구조물 예인시나리오 및 모형시험 ... 1712
• 8.5 원격 모니터링 시스템 구축 ... 1731
• 8.6 인허가 ... 1754
• 8.7 결론 ... 1771
• 제9장 Openfoam 개발 ... 1774
• 9.1 서론 ... 1774
• 9.2 유동 중 물체의 운동방정석 코드개발 및 CFD 코드와 연계 ... 1775
• 9.3 자유수면 유동 표현 SNUFOAM 개발 ... 1791
• 9.4 6 자유도 운동 표현 및 수치수조 생성 ... 1806
• 9.5 결론 ... 1812
• Ⅳ. 목표 달성도 및 관련 분야의 기여도 ... 1813
• 제1장 연구개발목표의 달성도 ... 1815
• 1.1 최종 성과목표 달성도 ... 1815
• 1.2 연차별 연구목표 달성 세부내용 ... 1816
• 1.3. 정량적 연구실적 목록 ... 1820
• 제2장 기술발전에의 기여도 ... 1829
• 2.1 부유식 진자형 파력발전 기술 현황 ... 1829
• 2.2 부유식 진자형 파력발전 기술의 기여도 ... 1830
• Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 ... 1837
• 제1장 연구결과 활용 계획 ... 1839
• 1.1 활용 계획 ... 1839
• 1.2 기대 및 파급효과 ... 1839
• 제2장 향후 연구계획 ... 1840
• 2.1 연구개발 추진의 필요성 ... 1840
• 2.2 연구개발 추진 계획 ... 1844
• Ⅵ. 참고문헌 ... 1849
• 끝페이지 ... 1867