하동화력 방수로 조류식발전 개발규모 산정 및 수리특성 분석

김지영(Kim, Ji-Young),강금석(kang, Keum-Seok),이대수(Lee, Dae-Soo) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.11

국내외에 아직 적용 실적이 없는 발전소의 해수방류수를 이용한 조류식발전시스템의 개발을 위하여 하동화력발전소 방수로에 시험용 조류식 발전시스템을 설계 및 제작하여 현장시험이 진행 중이며, 이를 확장하여 상업용 발전을 위한 총 개발 규모를 산정하고 경제성을 분석하였다. 조류식발전구조물의 형상 설계, 가이드 베인을 이용한 출력 조정을 통하여 방수로의 수류상태를 적절히 조절하여 설계하는 것이 가능할 것으로 판단되며, 조류식발전구조물 설치시 방수로의 수류특성 수치계산 결과로 판단할 때 발전출력에 의한 에너지 회수뿐만 아니라 조류식발전구조물의 단면축소 효과 및 수두손실이 방수로의 수위 변화에 상당한 규모로 영향을 주고 있음을 확인하였다. 조류식발전구조물 설치 이전의 유속 관측 결과를 이용하여 발전량을 산정한 경우 소수력발전 단가 적응시 경제성이 떨어지지만, 조류식발전시스템의 설치시 유속 증가 효과가 나타날 뿐만 아니라 가이드 베인 등을 이용하여 발전량 증대를 꾀하면 충분한 경제성을 확보할 수 있는 조류식발전시스템의 설치가 가능할 것으로 판단된다.

하동화력발전소 방수로 조류식 발전량 산정 및 시스템 설계

강금석(Kang, Keum-Seok),김지영(Kim, Ji-Young),이대수(Lee, Dae-Soo),이광수(Lee, Kwang-Soo) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.06

국내 대형 기력발전단지에서 냉각수로 사용되고 방류되는 해수는 약 150cms로 (100Mwe 당 약 5cms) 약 3,000kW 이상의 수력에너지를 보유하고 있으나, 현재 활용되지 못하고 그대로 해양으로 방류되고 있다. 발전소 방수로는 흐름조건이 비교적 균일하고, 파랑 내습이 없으며 부유사 해조류, 부유물 충돌 등의 문제가 발생하지 않아 자연 해양조건보다 조류력 발전에 매우 유리하나 수심이 낮고, 순환수 계통에의 영향으로 다수의 수차를 설치하기는 어려운 조건을 지니고 있다. 따라서, 인공수로의 균일하고 양호한 흐름조건에 적합한 보다 경제적인 수차를 개발하고, 발전량을 증대하기 위한 수차 배치 기술, 수차 및 발전기 지지구조물의 설계 기술, 계통 연결기술 등을 개발할 필요가 있으며, 이를 위하여 시험용 조류식 발전시스템을 제작하여 수차의 성능 및 전체 발전시스템의 성능을 평가하여 발생되는 문제점을 해결하고자 한다. 본 연구에서는 시험용 조류식 발전시스템을 하동화력발전소 방수로에 적용하기 위하여 현장 특성 분석, 형식 선정, 발전량 산정 등의 시스템 설계를 수행하였다.

신해양발전플랜트 : 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템

장경수(KyungSoo Jang) 대한토목학회 2011 대한토목학회지 Vol.59 No.5

해양에너지를 얻는 방법 중에서 조력발전은 방조제 건설로 인한 공사비가 많이 들고, 환경 및 생태계에 미치는 부정적인 영향이 있는 것으로 알려져 있다. 그래서 해양 선진국에서는 보다 친환경적인 조류발전의 개발 및 상용화에 박차를 가하고 있다. 지금까지 조력발전과 조류발전은 서로 다른 지역에서 적용하는 것으로 알려져 있지만 본 연구에서는 조력발전과 조류발전의 물리적 이론을 융합하는 해류발전의 개념을 정의하고 신해양발전플랜트 산업을 제시하고, 그 일례로써 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템의 가능성과 비전을 알아보았다.

아프리카 국가들의 지속 가능한 발전을 위한 미세조류(microalgae) 개발과 잠재적 기여도 분석

배유진(Bae, Yuh-Jin) 한국아프리카학회 2017 한국아프리카학회지 Vol.52 No.-

아프리카는 빠른 경제 성장과 더불어 인구 또한 증가하고 있어 향후 대다수의 국가들이 더 많은 에너지 공급원을 필요로 할 것으로 전망된다. 특히, 최근 강조되고 있는 환경오염 감소 부문은 아프리카를 포함한 전세계 국가들로 하여금 대체에너지, 또는 재생에너지 개발 및 투자를 증진하게 했고 이는 향후 에너지 안보에서 큰 역할을 할 것으로 보인다. 최근 바이오 디젤을 추출할 수 있는 대체에너지원으로 주목받고 있는 미세조류(microalgae)는 대체 단백질원, 항생제, 폐수 정화 등 다양한 방면으로 사용될 수 있다. 이렇게 다양한 사용도를 자랑하는 미세조류가 경제 성장, 사회적 통합, 환경 보호 등 복합적인 지속가능 발전(sustainable development)을 추구하는 최근 세계적 동향에 적합한 자원으로써 지속가능한 발전 달성에 기여할 수 있을 것으로 사료되어 본 논문은 아프리카 국가들의 지속 가능한 발전에 있어 미세조류의 개발과 사용의 기여도를 분석한다. 본 논문은 미세조류가 아프리카에서 바이오 연료 추출을 비롯해 온실가스 감소, 폐수 정화 등에 일조할 수 있는 청정 에너지원으로써 에너지 안보와 환경오염 감소원으로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 미세조류 섭취를 통해 아프리카의 고질적 문제인 식량 안보와 HIV/AIDS 감소에도 기여할 수 있다고 시사한다. 또한 SDGs의 틀에서 볼 때 22개의 세부 목표와 연관됨으로써 사회적 통합/발전(대목표 1, 2, 3, 6)과 환경보호(대목표 7, 12, 14, 15) 부문목표 달성에 직 ‧ 간접적으로 기여할 수 있다. 하지만 국제적으로, 특히 바이오 에너지원 측면에서 대규모 바이오 연료 추출이 기술적인 이유로 제대로 이루어지지 않고 생산비가 높아 경제적으로 실용적이지 않은 현실과 아프리카 국가의 부족한 연구 및 개발 능력을 볼 때 미세조류가 어느 정도의 수준에서 아프리카의 지속가능 발전에 기여할 수 있는지 정확히 규명하기에는 한계가 있다. 즉, 아프리카 국가들은 각 국가의 환경(예: 날씨, 지형, 수량 등)과 경제 현황에 적합한 미세조류를 규명한 후 연구 및 개발하는 것이 기본적으로 이루어져야 한다. 이런 기본적인 단계를 기반으로 정부차원에서 미세조류의 사용을 각 국가의 자원, 경제 정책 등에 적합하게 적용하여 개발했을 시 최대의 성과를 낼 수 있을 것이며 지속가능한 발전이라는 목표 달성에 일조할 수 있을 것이다. In recent years, many African countries have experienced both rapid economic and population growth which suggest that there will be an increase in the demand for energy in the continent. Accordingly, coinciding with the growing awareness of global pollution issues, the development and the use of renewable energy has been receiving increased attention in Africa and the rest of the world. Microalgae is one of the more recent alternative energy sources that has gained growing attention as it is considered as a promising green energy source which can be used to produce biodiesel. Microalgae is also used in various other dimensions as it contains essential nutrients for human, used as antibiotics, and wastewater purification. As Microalgae can be used in diverse ways, it has the potential to contribute to sustainable development which is seen as a holistic approach in achieving diverse aims such as economic growth, social inclusion and environmental protection. Accordingly, this paper aims to identify microalgae’s potential contribution to sustainable development in Africa by looking at different benefits that can be derived from microalgae development. The main findings of this paper is that; as microalgae can grow in a purify wastewater, using flue gas produced from various factories for its growth, it can be considered as a green energy source which can contribute to energy security matter and reducing pollution in Africa. Further, dietary microalgae can contribute to the reduction of malnutrition/poverty and reducing HIV/AIDS. In the framework of SDGs, the use of microalgae is linked to 22 specific targets which directly/indirectly contribute to achieving social inclusion(target 1, 2, 4, 6) and environmental protection(target 6, 7, 14, 15). However, the use of microalgae, especially as a source of biofuel, is not currently at a sufficient level globally. Africa also lacks the research and development capacity regarding in this field making it unclear whether its potential contribution to achieving sustainable development can be materialized. Accordingly, it is crucial that sufficient research and development can identify the most suitable microalgae for individual country’s environment and economic status first, and its use must be clearly included in resources, energy, economic policies in order to bring about microalgae’s potential to the highest level to achieve sustainable development in Africa.

고속 해류용 소형 대용량 해류발전기의 설계

장경수(Jang, Kyungsoo) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11

바다를 가로막는 방벽이나 방조제의 배수갑문 또는 조력발전소의 수문과 같이 인공 해양구조물을 통하여 흐르는 고속 해류를 이용하여 발전하는 해류발전 방식에 있어서, 고속 해류에 적합한 수차터빈과 발전기의 특성을 알아보았다. 조석간만의 차가 큰 지역에 설치되는 인공 해양구조물을 지나는 해류는 인공 해양구조물 전후에 발생하는 해수의 위치에너지 차이가 운동에너지로 바뀌면서 조석간만의 자연현상에 의해 발생되는 조류의 속도보다 훨씬 더 빠르게 흐른다. 이론적으로 우리나라의 서해안의 조석간만의 범위 3~8m로부터 7.5~12m/s 정도의 고속 해류가 가능하다. 이러한 경우에 적합한 해류발전기는 수차터빈 날개지름의 크기가 5m에서부터 12m 이하이면서, 증속기어박스와 발전기, 유압시스템 및 냉각시스템 그리고 전력변환장치를 포함하는 발전시설들을 해수면 위에 설치하는 것이 바람직하다.

울돌목 시험조류발전소의 수중소음 특성 연구

고명권,최지웅,이진학,정원무,Ko, Myungkwon,Choi, Jee Woong,Yi, Jin-Hak,Jeong, Weonmu 한국음향학회 2012 韓國音響學會誌 Vol.31 No.8

최근 친 환경 발전에 관한 관심이 높아지면서 태양광, 풍력, 조력, 조류 발전에 대한 수요가 점차 증가되고 있다. 이러한 친 환경 발전 방식 중 조석운동에 의한 해수의 흐름을 이용하는 조류발전은 지형적 특성에 의해 강한 조류가 발생하는 지역에서만 사용할 수 있는 특수한 발전 방식이다. 울돌목 해역은 조류 발전이 가능한 매우 강한 조류가 형성되는 지역으로 다른 지역의 해역과 구분되는 특별한 환경을 제공한다. 하지만, 해양에서의 인간의 활동은 수중소음을 야기하여 해양환경에 큰 영향을 미친다. 최근에는 환경영향평가의 중요성이 대두되면서 발전소 가동 시의 소음 특성 분석 및 전파양상 예측에 대한 필요성이 증가하고 있다. 본 연구는 조류발전소의 수중소음 특성을 측정하고 울돌목 해역으로의 전파양상을 모델링 하였다. Recently, as a result of increasing concern about eco-friendly power, the demand for the power stations using environmentally friendly powers such as photovoltaic energy, wind force, tidal power, and tidal current has been increasing worldwide. Among these power stations tidal current power plant requires strong current generated by the topographic characteristics of the ocean floor. Uldolmok waterway producing very strong current is an ideal location for a tidal current power generation. However the occurrence of anthropogenic underwater noise generated by the tidal current power station may affect the marine environment. Therefore, it is necessary to evaluate the noise radiated from the station and predict the range influenced by the radiated noise. In this paper, the measurements of radiated noise spectrum level by the tidal current power station are presented, and the source level per unit area is estimated. Finally, the propagation properties of the radiated noise in the Uldolmok waterway is evaluated from the model simulation using the parabolic equation method, RAM.

한국 해안에서 유동유발진동 현상을 이용한 조류에너지 발전기술의 이론적 연간 발전량 산정연구

김은수,오광명,박홍래 한국에너지학회 2019 에너지공학 Vol.28 No.1

한국정부는 재생에너지를 이용한 발전량 비중을 2030년까지 총 발전량의 20%까지 높이겠다는 목표를 제시하였다. 풍부한 해양 신재생에너지 자원은 한국정부가 이 목표를 달성하는데 중요한 역할을 할 수 있을 것이다. 이논문은 1.0 m/s의 낮은 유속에서도 높은 효율을 달성할 수 있는 유동유발진동 현상을 이용한 조류에너지 발전기술을 소개하고 한국 7개 해안의 평균유속을 바탕으로 높은 효율을 달성할 수 있는 유동유발진동 발전기의 최적설계를 제안하고자 한다. 또한, 이를 바탕으로 각 해안에서 발전할 수 있는 이론적 잠재량을 산정하고자 한다. 유동유발 발전기술을 이용한 연간 이론적 최대발전량은 221.77 TWh로 예측되었고 이는 2013년 한국의 총 전력소비량의 42.3%에 해당한다. 본 연구결과는 유동유발진동을 이용한 발전기술을 이용한 조류발전기술이 한국 정부가제시한 목표를 달성하는데 중요한 역할을 할 수 있음을 보여준다.

1MW급 조류발전기 냉각시스템 기본설계

정민호(Minho Jung),김동현(Donghyon Kim),안석의(Seokeui An),손창효(Changhyo Son),윤정인(Jungin Yoon),설성훈(Sunghoon Seol),이준혁(Joonhyuk Lee),정한솜(Hansom Jeong),차승윤(Seungyun Cha) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

현재 국내에서는 파리기후협약을 위해 2030년까지 전체 발전량의 20%를 재생에너지로 공급하는 목표를 세웠으며, 신재생에너지 중 1.6%를 해양에너지로 공급하고자 하는 계획을 가지고 있다. 조류발전은 풍력발전보다 에너지 밀도가 높고 출력을 정확하게 예측할 수 있는 장점이 있다. 그러나 조류발전의 경우 풍력발전 대비 냉각방식이 제한적이며, 적절한 냉각이 이루어지지 않을 경우 발전기 성능 저하 및 화재의 위험이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 열유체 유동해석을 통해 조류발전기의 냉각시스템에 대한 냉각성능을 분석하였다. 시뮬레이션을 위하여 발전기의 발열량은 안전율 등을 고려하여 발전량의 10%인 130kW로 가정하였다. 발전기 고정자의 냉각에는 고정자 내부에 냉각관을 삽입하는 것으로 설계하였으며, 냉각관의 냉각에는 청수를 사용하며, 청수의 냉각에는 해수를 사용하는 것으로 고려하였다. 시뮬레이션 결과 End Winding의 온도가 86.8℃로 분석되어 목표 유지온도보다 낮은 것을 확인하였으나, 유량의 분배가 원활하지 않아 유체의 압력분포가 일정하지 않음을 알 수 있었다. Currently, in Korea, for the Paris climate agreement, the goal of supplying 20% of the total power generation from renewable energy by 2030 is set, and 1.6% of the renewable energy is to be supplied as marine energy. The tidal power generation using marine energy has a higher energy density than wind power generation and the output is easier to predict. However, in the case of tidal power generation, since the cooling method is limited compared to wind power generation, if proper cooling is not performed, there is a risk of deterioration of generator performance and fire. Therefore, in this study, the cooling performance of the cooling system of the tidal generator was analyzed through thermal fluid flow analysis. The assumptions for the simulation analysis are as follows. The heat generation of the generator was assumed to be 130kW, which is 10% of the power generation in consideration of the safety factor. To cool the generator stator, a cooling tube is inserted inside the stator. Freshwater was used to cooling the cooling tube, and seawater was used to cool the freshwater. As a result of the simulation, the temperature of the end winding was observed to be 86.8℃, and it was confirmed that it was lower than the target maintenance temperature.

부남군도에서의 조류발전단지 설계에 관한 연구

양창조,Yang, Chang-Jo 해양환경안전학회 2013 海洋環境安全學會誌 Vol.19 No.1

최근 기후변화를 초래하는 화석연료의 사용을 감축하는 세계적 추세와 함께 에너지의 안정적 공급을 위해 많은 노력이 요구되고 있다. 또한 2012년부터는 500 MW 이상의 전기를 생산하는 에너지사업자는 신재생에너지 의무할당제의 적용을 받는다. 조류자원은 최근 각광을 받고 있는 신재생에너지이며, 이러한 조류자원은 매우 크지만 제한된 지역에 분포하고 있으므로 조류에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 반드시 기술적, 경제적인 측면의 평가가 요구된다. 그러므로 본 연구에서는 부남군도 해역에 부존하는 조류자원 실용화 기술개발을 위하여 조류에너지원에 대한 자료수집 등의 현황분석과 수치모델을 이용한 시뮬레이션 등을 통하여 조류에너지 분포도를 조사하고 이용 가능한 연간 에너지 생산량을 산정, 조류발전기를 모듈화 하여 최적의 조류발전단지 구성기술을 개발하고자 한다. Many efforts will have to be made on securing the stable supply of the energy due to the worldwide trend of controlling the utilization fossil fuels inducing global climate change. Renewable portfolio standard enforced to power companies over 500 MW capacity from 2012. Tidal current energy is one of the most interesting renewable and clean energy resources that have been less exploited. Especially, Korea has worldwide outstanding tidal current energy resources and it is highly required to develop a tidal current energy conversion system(TECS) in coastal region. So, we examine a tidal in-stream energy using a numerical model and estimate a tidal current potential for commercialization of tidal current power plant in the sea of the Bunamgun-do. Available tidal energy resources is also analytically estimated using a tidal farm method and the annual energy production of an optimal TECS arrays will be calculated with taking into account interference of lateral and longitudinal spacing.

배열식 파력발전장치의 파랑 및 조류환경하에서 운동안정성 평가

박지용(J.Y. Park),하윤진(Y.J. Ha),신승호(S.H. Shin),노찬(C. Roh) 한국해양환경·에너지학회 2019 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

배열식 파력발전장치는 폭방향으로 넓은 구조물에 다수의 로터를 일정간격으로 배치하여 발전하는 장치이다. 폭방향으로 넓은 구조물의 특성상 파랑에 의한 하중과 조류에 의한 하중의 영향을 동시에 받기에 경우에 따라 구조물이 불안정한 거동을 보이며, 이로인해 1차 에너지변환장치인 로터에 사파가 입사하여 에너지 발전효율이 줄어들고, 구조적인 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 파랑과 조류 환경하에서 파랑의 파고, 주기, 방향, 조류의 세기와 방향에 따른 상호영향을 고려하여 배열식 파력발전구조물의 정적 운동안정성을 평가하였다. 기존실험을 통해 계측한 파랑 표류력과 조류력 계수를 통해 시뮬레이션을 수행하였으며, 구조물이 안정적으로 발전할 수 있는 조건에 대해 분석하였다. The arrayed-buoy wave energy converter is a device that generates wave power by arranging a plurality of rotors at regular intervals in a wide platform in the width direction. Due to the characteristics of wide platform in the width direction, the platform becomes unstable in some cases under the influence of the load caused by the wave and the tidal current. As a result, the wave energy converter efficiency can be decreased due to oblique wave entering the rotor, the primary energy conversion device, and structural problems can be occured. In this study, static stability for the arrayed-bouy wave energy converter was evaluated in consideration of the mutual influences of height, period and direction of incident wave and velocity and direction of tidal current. The simulation was carried out using the wave drift force and the tidal force coefficient measured in the previous experiment, and the conditions for the stable generation of the wave energy converter were analyzed.