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방조제 연계 발전시설 운영 최적화를 위한 수리특성 분석
백동해 ( Donghae Baek ),이병욱 ( Byeong Wook Lee ),송현구 ( Hyun-gu Song ),박영진 ( Young Jin Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 가속화되고 있는 기후변화 위기에 대응하기 위한 국제사회의 노력으로 각 국가별 탄소중립(Carbon neutrality) 정책이 확대되고 있다. 우리 정부에서도 파리기후협약 이행의 일환으로 「지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략」을 수립하였으며, 태양광, 풍력 및 수소전지 등 청정에너지를 중심으로한 저탄소 발전 전략을 추진하고 있다. 이와 관련하여 새만금개발청에서는 새만금유역 및 조성부지에 신재생에너지 클러스터 조성사업을 추진하는 등 지속가능한 신재생에너지 기반의 발전수단을 확대하는 중이다. 특히 방조제를 활용한 조력발전사업은 다수의 유관기관에 의해 검토된 바가 있으나, 시화조력발전소를 제외하고는 구체적으로 실현이 되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 현재의 새만금호 관리수위 및 조석조건을 바탕으로 방조제를 활용한 조력발전 가능여부를 분석하였으며, 지속적인 발전운영이 가능한 적정관리수위를 검토하였다. 새만금지역의 수리특성 및 호내 수위 변화를 모의하기 위해 네덜란드 Deltares사의 준3차원 동수역학 수치모델인 Delft3D-FLOW 모델을 활용하였다. 수치모의의 공간적 범위는 새만금호를 포함한 방조제 외측 18km 구간 해역이며, 새만금 내측의 평면계획 및 지형조건은 새만금개발계획에서 제시된 토지이용계획 및 준설계획을 적용하였다. 본 연구에서 구축된 수치모의 결과를 바탕으로 새만금 내측 홍수위 변화를 예측하였으며, 현재의 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위 변경가능 유무를 검토하였다. 모의조건은 200년 빈도 홍수사상를 가정하였으며, 모의케이스는 발전수차의 규모 및 배수갑문의 증설 규모를 고려하여 총 24케이스로 구성하였다. 수치모의 결과, 기존 신시 및 가력배수갑문의 홍수배제능력만을 고려한 경우 새만금 호내 200년 빈도 홍수위는 EL.(+) 1.04 m로 계산되었으며, 배수갑문을 증설했을 시, 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위를 소폭 상향할 수 있는 것으로 추산되었다. 본 연구의 수치모의 결과는 다소 제한적인 매개변수를 활용하였으므로 정량적인 수치에 대해서는 추가적인 검토가 필요하지만 배수갑문 및 발전수차의 연계운영에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
방조제 연계 발전시설 운영 최적화를 위한 수리특성 분석
백동해 ( Donghae Baek ),이병욱 ( Byeong Wook Lee ),송현구 ( Hyun-gu Song ),박영진 ( Young Jin Park ) 한국농공학회 2022 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2022 No.-
최근 가속화되고 있는 기후변화 위기에 대응하기 위한 국제사회의 노력으로 각 국가별 탄소중립(Carbon neutrality) 정책이 확대되고 있다. 우리 정부에서도 파리기후협약 이행의 일환으로 「지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략」을 수립하였으며, 태양광, 풍력 및 수소전지 등 청정에너지를 중심으로한 저탄소 발전 전략을 추진하고 있다. 이와 관련하여 새만금개발청에서는 새만금유역 및 조성부지에 신재생에너지 클러스터 조성사업을 추진하는 등 지속가능한 신재생에너지 기반의 발전수단을 확대하는 중이다. 특히 방조제를 활용한 조력발전사업은 다수의 유관기관에 의해 검토된 바가 있으나, 시화조력발전소를 제외하고는 구체적으로 실현이 되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 현재의 새만금호 관리수위 및 조석조건을 바탕으로 방조제를 활용한 조력발전 가능여부를 분석하였으며, 지속적인 발전운영이 가능한 적정관리수위를 검토하였다. 새만금지역의 수리특성 및 호내 수위 변화를 모의하기 위해 네덜란드 Deltares사의 준3차원 동수역학 수치모델인 Delft3D-FLOW 모델을 활용하였다. 수치모의의 공간적 범위는 새만금호를 포함한 방조제 외측 18km 구간 해역이며, 새만금 내측의 평면계획 및 지형조건은 새만금개발계획에서 제시된 토지이용계획 및 준설계획을 적용하였다. 본 연구에서 구축된 수치모의 결과를 바탕으로 새만금 내측 홍수위 변화를 예측하였으며, 현재의 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위 변경가능 유무를 검토하였다. 모의조건은 200년 빈도 홍수사상를 가정하였으며, 모의케이스는 발전수차의 규모 및 배수갑문의 증설 규모를 고려하여 총 24케이스로 구성하였다. 수치모의 결과, 기존 신시 및 가력배수갑문의 홍수배제능력만을 고려한 경우 새만금 호내 200년 빈도 홍수위는 EL.(+) 1.04 m로 계산되었으며, 배수갑문을 증설했을 시, 홍수위를 초과하지 않는 범위 내에서 관리수위를 소폭 상향할 수 있는 것으로 추산되었다. 본 연구의 수치모의 결과는 다소 제한적인 매개변수를 활용하였으므로 정량적인 수치에 대해서는 추가적인 검토가 필요하지만 배수갑문 및 발전수차의 연계운영에 대한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
저장대모형의 매개변수 산정을 위한 최적화 기법의 적합성 분석
노효섭,백동해,서일원 한국수자원학회 2019 한국수자원학회논문집 Vol.52 No.10
A Transient Storage Model (TSM) is one of the most widely used model accounting for complex solute transport in natural river to understanding natural river properties with four TSM key parameters. The TSM parameters are estimated via inverse modeling. Parameter estimation of the TSM is carried out by solving optimization problem about finding best fitted simulation curve with measured curve obtained from tracer test. Several studies have reported uncertainty in parameter estimation from non-convexity of the problem. In this study, we assessed best combination of optimization method and objective function for TSM parameter estimation using Cheong-mi Creek tracer test data. In order to find best optimization setting guaranteeing convergence and speed, Evolutionary Algorithm (EA) based global optimization methods, such as CCE of SCE-UA and MCCE of SP-UCI, and error based objective functions were compared, using Shuffled Complex-Self Adaptive Hybrid EvoLution (SC-SAHEL). Overall results showed that multi-EA SC-SAHEL with Percent Mean Squared Error (PMSE) objective function is the best optimization setting which is fastest and stable method in convergence. Transient Stroage Model (TSM)은 하천을 본류대와 저장대로 나누어 각각에 대한 오염물의 혼합거동을 해석함으로써 복잡한 하천에 유입된 오염물질 혼합을 이해하는 데에 가장 많이 이용되는 모형 중 하나이다. TSM의 매개변수들은 역산모형을 통해 산정하게 되는데 이는 자연하천에서 추적자실험을 통해 계측된 농도곡선에 가장 잘 맞는 TSM 모의 농도곡선을 찾는 최적화 문제이다. 저장대모형의 매개변수 산정에 관한 선행 연구들에 의해 매개변수를 산정하는 최적화 문제의 비볼록(non-convex) 특성에서 오는 불확실성이 보고되어 왔다. 본 연구에서는 청미천에서 수행된 추적자실험으로부터 취득된 농도곡선을 이용해 최상의 최적화 기법과 목적함수의 조합에 대해 분석하였다. 최적화 문제의 수렴성과 수렴 속도를 모두 만족하는 최적화 조건을 결정하기 위해 SCE-UA의 CCE와 SP-UCI의 MCCE와 같은 진화 알고리즘 기반의 전역 최적화 방법들과 오차 기반 목적함수들을 Shuffled Complex-Self Adaptive Hybrid EvoLution (SC-SAHEL)을 활용해 비교하였다. 전반적인 변수 산정 결과 여러 EA를 동시에 적용한 SC-SAHEL을 평균 제곱오차를 목적함수로 한 방법이 가장 빠르고 가장 안정적으로 최적해에 수렴하는 것으로 나타났다.