본문 바로가기
KERD
논문KCI 등재

진동수주형 파력발전구조물의 최적형상에 대한 검토

Discussion on Optimal Shape for Wave Power Converter Using Oscillating Water Column

박정현|김도삼|백동진|조성|이광호
한국해안,해양공학회|2011.10|한국해안·해양공학회논문집 (Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers)|제23권 제5호|pp. 345-357

1

조회

0

다운로드

7

인용

0

참고문헌

키워드

two-phase flow공기흐름air flow진동수주형 파력발전시스템3차원수치파동수로OWC wave power generation system혼상류(2상류)3-dimensional numerical wave flume
주제분류토목공학

초록

최근 지구환경문제와 에너지원의 다각화를 위한 일환으로 파랑에너지를 이용하는 신재생에너지의 기술개발이 유럽과 일본 등을 중심으로 활발히 추진 및 실용화되고 있다. 특히, 케이슨 내의 공기실에서 파랑에 의한 수면의 상하운동으로 유도되는 공기흐름을 이용하는 진동수주형 파력발전시스템은 가장 효율적인 파랑에너지흡수장치로 알려져 있고, 따라서 상업화에 가장 근접한 파력발전장치 중에 하나이다. 본 연구에서는 진동수주형 파력발전구조물에서 터빈(Wells터빈)에 직접 작용하는 공기흐름속도를 2차원 및 3차원수치실험으로부터 검토하며, 이 때 형상의변화에 따른 공기의 최대흐름속도를 추정하여 진동수주형 파력발전구조물의 최적형상을 논의한다. 수치해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 동일한 지배방정식으로 해석하는 혼상류(2상류)수치모델에 기초한 3차원수치파동수로를 적용하였다. 이로부터 입사주기대에 따라 최적형상의 크기가 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 최소의 반사율이 발생하는 주기 대에서 공기흐름이 최대로 된다는 것을 알 수 있었다.

Abstract

Recently, as part of diversifying energy sources and earth environmental issues, technology development of new renewable energy using wave energy is actively promoted and commercialized around Europe and Japan etc. In particular, OWC(Oscillating Water Column) wave power generation system using air flow induced by vertical movement of the water surface by waves in an air-chamber within caisson is known as the most efficient wave energy absorption device and therefore, is one of the wave power generation apparatus the closest to commercialization. This study examines air flow velocity, which operates turbine(Wells turbine) directly in oscillating water column type wave power generation structure from two-and three-dimensional numerical experiments and discusses optimal shape of oscillating water column type wave power generation structure by estimating the maximum flow rate of air according to change in shape. The three-dimensional numerical wave flume was applied in interpretation for this study which is the model for the immiscible two-phase flow based on the Navier-Stokes Equation. From this, it turned out that size of optimal shape appears differently according to the incident wave period and air flow is maximized at the period where minimum reflection ratio occurs.

참고문헌 (43)

  1. 경조현, "진동수주형 파력발전기의 에너지 흡수효율 해석", 한국해양공학회지, 20(4), pp.64~69 (2006), 한국해양공학회
  2. 조일형, "원통형 진동수주 파력발전장치에 의한 파 에너지 흡수", 한국해안·해양공학회논문집, 14(1), pp.8~18 (2002), 한국해안,해양공학회
  3. 최영도, "파력발전의 개요 및 연구개발 현황", 한국태양에너지학회지, 6(1), pp.17~24 (2007)
  4. Akiyama, M, "Advanced numerical analysis oftwo-phase flow dynamics multi-dimensional flow analysis" (2002), Corona Publishing Co
  5. The SMAC method : anumerical technique for calculating incompressible fluid flow, "Amsden, A.A", ~, pp.LA-4370 (1970)
  6. N.M.Boccotti,P, "Comparison between a U-OWC and a conventionalOWC", Ocean Engineering, 34, pp.799~805 (2007)
  7. Boccotti,P, "Caisson breakwaters embodying an OWCwith a small opening - Part I : Theory", Ocean Engineering, 34, pp.806~819 (2007)
  8. Bønke, K, "Prototype wave power stations inNorway", Proceedings of International Symposium on Utilizationof Ocean Waves-Wave to Energy Conversion, pp.34~45 (1986)
  9. Delauré, Y.M.C, "3D hydrodynamic modellingof fixed oscillating water column wave power plant by a boundaryelement methods", Ocean Engineering, 30, pp.309~330 (2003)
  10. EI Marjani, A., "Numerical modelling in wave energy conversionsystems", Energy, 33, pp.1246~1253 (2008)
  11. Evans, D.V, "Hydrodynamic characteristics ofan oscillating water column device", Applied Ocean Research, 17, pp.155~164 (1995)
  12. Evans, D.V, "Efficient calculation of hydrodynamicproperties of OWC-type devices", J. Offshore Mech.and Article Eng, 119, pp.210~218 (1997)
  13. Falcão,A.F.de O, "The shoreline OWC wave power plantat the Azores", Proceedings of 4th European Wave Energy Conference, pp.42~47 (2000)
  14. Falcão,A.F.de O, "Control of an oscillating-water-columnwave power plant for maximum energy production", AppliedOcean Research, 24, pp.73~82 (2002)
  15. Falcão,A.F.de O, "Wave energy utilization : A review ofthe technologies", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp.899~918 (2010)
  16. Falcão, A.F. de O, "OWC wave energydevices with air flow control", Ocean Engineering, 26, pp.1275~1295 (1999)
  17. Falcão, A.F. de O, "Stochastic modelling ofOWC wave power plant performance", Applied Ocean Research, 24, pp.59~71 (2002)
  18. Gervelas, R., "A time-domain simulatorfor an oscillating water column in irregular waves at model scale", Ocean Engineering, 38, pp.1~7 (2011)
  19. Gouaud, F., "Experimentalstudy of the hydrodynamic performance of an onshore wavepower device in the presence of an underwater mound", CoastalEngineering, 57, pp.996~1005 (2010)
  20. Greenhow, M, "Optimal heave motion ofsome axisymmetric wave energy devices in sinusoidal waves", Applied Ocean Research, 19, pp.141~159 (1997)
  21. Heath, T., "The design,construction and operation of the LIMPET wave energy converter(Islay, Scotland)", Proceedings of 4th European Wave EnergyConference, pp.49~55 (2000)
  22. Hirt. C. W, "Volume of fluid(VOF) methodfor the dynamics of free boundaries", J. of Comput. Phys, 39, pp.201~225 (1981)
  23. Josset, C, "A time-domain numericalsimulator for oscillating water column wave power plants", Renewable Energy, 32, pp.1379~1402 (2007)
  24. Kunugi,T, "MARS for multiphase calculation", CFD J, 9(1), pp.~563 (2000)
  25. Lesieur, M., "Large-eddy simulationsof turbulence" (2005), Cambridge Univ. Press
  26. N.Y..Malmo, O, "Wave-power absorption by anoscillating water column in a channel", J. Fluid Mech, 158, pp.153~175 (1985)
  27. Martines, E., "CeoDouro project: overall design ofan OWC in the new Oporto breakwater", Proceedings of 6thEuropean Wave Tidal Energy Conference, pp.273~280 (2005)
  28. McCormick,M.E, "Ocean wave energy conversion" (1981), DoverPublications, Inc
  29. Miyata, H, "Finite-difference simulationof nonlinear waves generated by ships of arbitary three-dimensionalconfiguration", J. Comput. Phys, 60, pp.391~436 (1985)
  30. Nakamura, T, "Effectiveness of a chamber-tpye water exchange breakwater and its ability of wave powerexteractions by wave induced vortex flows", Proceedings of CivilEngineering in the Ocean, 21, pp.547~552 (2005)
  31. Ohneda, H., "Construction procedure of a wave powerextracting caisson breakwater", Proceedings of 3rd Symposiumon Ocean Energy Utilization, pp.171~179 (1991)
  32. Paixão Conde, J.M, "Numerical study ofthe air-flow in an oscillating water column wave energy converter", Renewable Energy, 33, pp.2637~2644 (2008)
  33. Ravindran, M, "Energy from sea waves-theIndian wave energy program", Current Science, 60, pp.676~680 (1991)
  34. Rudman,J.D, "Volume-tracking methods for interfacial flowcalculation", Int. J. Numer. Methods in Fluids, 24, pp.671~691 (1997)
  35. Smagorinsky,J, "General circulation experiment with theprimitive equations", Mon, Weath. Rev, 91(3), pp.99~164 (1963)
  36. Tome, M.F, "GENSMAC : A computationalmarker and cell method for free-surface flows in generaldomain", J. of Comput. Phys, 110, pp.171~186 (1994)
  37. Torre-Enciso, Y., "Mutriku wave power plant: from the thinking out to thereality", Proceedings of 8th European Wave Tidal Energy Conference, pp.319~329 (2009)
  38. Tseng, R.S., "Model study of ashoreline wave-power system", Ocean Engineering, 27, pp.801~821 (2000)
  39. Yin, Z., "Numerical simulation of waterand air flow in oscillating water column air chamber", Proceedingsof 20th International Offshore and Polar Engineering Conference, pp.796~801 (2010)
  40. 中村孝幸, "透過波の反射波の低減を可能にするカ一テン防波堤の構造型式について", 海岸工論文集, 46, pp.786~790 (1999)
  41. 沿岸開發技術硏究センタ, "CADMAS-SURF數値波動水路の開發ㆍ硏究" (2001)
  42. 神野充輝, "垂下版式反射波低減工のエネルギ―逸散機構とその果にする硏究" (2001), 修士位論文, 愛媛大
  43. 中村孝幸, "渦流制御を利用する海水交換促進型防波堤の效果について", 海岸工學論文集, 50, pp.806~810 (2003)

관련 논문AI추천

해수소통구를 구비한 진동수주형 파력발전구조물 내에서 공기흐름과 구조물 주변에서 파랑특성에 관한 3차원수치해석(규칙파의 경우)김도삼, 이광호, 이준형, 정익한한국해안,해양공학회 · 한국해안·해양공학회논문집2018 · 제30권 제6호OWC형 파력발전장치 공기실 형상에 따른 왕복유동장 해석류황진, 문재승, 박순종, 신승호, 현범수, 홍기용한국항해항만학회 · 한국항해항만학회지2007 · 제31권 제1호저반사구조물을 이용한 파력발전에 있어서 압축공기흐름 및 작용파압에 관한 수치해석조성, 김도삼, 김창훈, 이광호, 최현석한국해안,해양공학회 · 한국해안·해양공학회논문집2011 · 제23권 제2호3차원불규칙파동장하의 진동수주형 파력발전구조물에서 불규칙공기흐름의 수치시뮬레이션김도삼, 박정현, 이광호한국해안,해양공학회 · 한국해안·해양공학회논문집2012 · 제24권 제3호해수교환을 고려한 진동수주형 파력발전구조물에서 불규칙공기흐름에 관한 수치해석조성, 김도삼, 박정현, 이광호한국해안,해양공학회 · 한국해안·해양공학회논문집2013 · 제25권 제3호방파제 부착형 파력발전시스템의 터빈설치 방법에 따른 출력특성에 관한 연구오진석, 이헌석한국해양공학회 · 한국해양공학회지2015 · 제29권 제4호

이 간행물의 다른 논문 (6건)

Creating a High-Definition Animation of Tsunami Propagation민병일, 김경옥, 육진희, 최병호pp. 327-334Non-hydrostatic modeling of nonlinear waves in a circular channel최두용pp. 335-344영양염 증가에 따른 부유생태계 반응 모의: FVCOM을 이용한 중형폐쇄생태계(Mesocosm) 자료 재현홍현표, 김태인, 최희선, 우승범, 서지호, 송용식, 유상철, 최중기, 이효진pp. 358-368육상저유탱크 및 육상가옥에 작용하는 지진해일파력의 추정박보배, 최낙훈, 김창훈, 이광호, 김도삼pp. 369-382조석 전파 특성을 활용한 한강하구 주요 수로의 지형학적 수렴과 바닥 마찰 간의 관계에 대한 연구우승범, 윤병일pp. 383-392
원문 보기