초록 ▼

□ 연구개요
조류 발전은 유속이 빠른 강이나 조류가 강한 지역에 발전 터빈을 설치하여 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이다. 조류에너지는 풍력이나 태양열 발전과는 다르게 날씨에 의한 영향을 받지 않으며, 생산 가능한 에너지를 쉽게 예측할 수 있다는 점에서 미래의 안정적인 에너지원으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 조류발전터빈의 다양한 운용조건에 따른 터빈 주위 3차원 유동 메커니즘을 규명하였고 흐름-터빈, 터빈-터빈 간 상호작용에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 분석된 자료는 향후 조류발전단지 내 터빈 간

□ 연구개요
조류 발전은 유속이 빠른 강이나 조류가 강한 지역에 발전 터빈을 설치하여 유체의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이다. 조류에너지는 풍력이나 태양열 발전과는 다르게 날씨에 의한 영향을 받지 않으며, 생산 가능한 에너지를 쉽게 예측할 수 있다는 점에서 미래의 안정적인 에너지원으로 주목받고 있다. 본 연구에서는 조류발전터빈의 다양한 운용조건에 따른 터빈 주위 3차원 유동 메커니즘을 규명하였고 흐름-터빈, 터빈-터빈 간 상호작용에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 분석된 자료는 향후 조류발전단지 내 터빈 간격 최적화를 위한 연구의 기초자료로 이용 될 것으로 기대된다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 목표는 조류발전터빈의 다양한 운용조건에 따른 터빈 주위 3차원 유동 메커니즘을 규명하고 흐름-터빈, 터빈-터빈 간 상호작용에 관한 분석을 통해 조류발전단지 최적화를 위한 기초연구자료를 제공하는 것이다. 본 연구진은 터빈의 에너지 효율을 결정하는 인자 중 하나인 끝단속도비 (TSR)에 따른 터빈 후류의 흐름 특성 변화를 관찰하였고 허브와류 (hub vortex), 팁와류 (tip vortices), 사행후류 (wake meandering) 등의 조류발전터빈 주위의 3차원 유동 메커니즘을 분석하였다. 분석 결과, 터빈 하류 x/D=6.0-7.0 이후에서는 터빈의 끝단속도비에 따라 터빈 후류의 흐름 특성이 크게 변하지 않는 다는 사실을 밝혔다. 뿐만 아니라 터빈의 설치간격을 5D (D=터빈로터 직경)로 하는 터빈 배열의 하류에 설치된 터빈과 단일 터빈 주위 3차원 흐름 특성을 비교하였다. 하류에 설치된 터빈 후류에서는 단일 터빈의 후류에 비해 팁와류이 강하게 발생하며 허브와류가 약하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이를 통해 팁와류보다 허브와류가 주변 흐름에 더욱 크게 영향을 받는다는 사실을 알수 있었다. 또한, 다공성 원판을 이용해 터빈 후류를 묘사하는 actuator disk 이론에 대하여 난류 특성을 고려한 흐름 분석을 수행하였다. 그 결과, 다공성 원판을 이용하여 터빈 후류를 묘사할 때는 접근 흐름의 난류 특성이 반드시 고려되어야 하며, 본 연구의 수리모형실험에서와 같이 낮은 레이놀즈수를 갖는 흐름조건에서는 actuator disk model을 이용한 터빈 후류 묘사가 어렵다는 것을 보여주었다.

□ 연구개발결과의 중요성
● 본 연구에 사용된 소형 조류발전터빈모형은 적은 비용으로 제작하는 것이 가능하며, 향후 많은 수의 터빈을 설치해야하는 터빈 배열의 후류 특성 분석 연구를 위해 반드시 필요하다. 따라서 본 연구진이 제작한 소형 조류발전 터빈 모형은 향후 국내 수평축 조류발전터빈 기술 연구의 초석이 될 것이라 판단한다.
● 터빈의 끝단속도비에 따른 터빈 후류 3차원 유동장 변화에 관한 연구를 통해 x/D=6.0-7.0인 지점에서부터는 TSR에 관계없이 터빈 후류의 시간평균 유속 특성 및 난류 흐름 특성이 일정하게 나타나는 것을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 본 연구진은 x/D≤ 5.0 범위에서는 TSR가 클수록 터빈 하류 흐름방향 유속의 회복이 빠르게 나타나는 것을 확인하였다. 이는 조류발전터빈단지 조성 시 터빈 배열의 간격 및 터빈의 운용조건을 결정하는데 중요한 정보를 제공한다.
● 본 연구를 통해서 actuator disk 이론을 이용한 터빈의 후류 묘사는 유입흐름의 난류특성에 따라 흐름의 묘사 가능성이 달라질 수 있음을 알아냈다. 따라서 단순한 유체의 운동량 보존법칙을 토대로 유도된 actuator disk 이론에 흐름의 난류특성에 관한 연구가 추가적으로 수행되어야 actuator disk model을 이용한 터빈 후류 묘사가 보다 높은 신뢰도를 가질 수 있음을 밝혔다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) 연구수행내용 ... 4
• (2) 연구결과 ... 7
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 18
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 23