해저 공간 플랫폼 구축 및 확장기술 개발

바닷속은 무한한 공간을 가지지만 오랜 기간 활용도가 매우 낮았다. 하지만, 최근 우주개발과 함께 다양한 목적의 해저 공간 연구가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 해저에 사람이 일정 기간 거주할 수 있는 해저 공간 플랫폼을 구축하고자 한다. 해저케이블을 통해 공급되는 전력, 통신을 제외한 생존에 필요한 모든 것들을 자체적으로 확보할 수 있는 독립적인 공간으로 건설하며 관련 설계, 시공, 기계적 기술 및 의학 기술을 확보해 종합적인 상세 설계안을 제시한다. 그 과정에서 필요한 구조물의 형상을 최적화하기 위해 변수 해석을 수행하며 해수에 의한 부식 영향을 최소화하기 위한 재료적 기술 또한 도출한다. 추가로, 해저 공간 플랫폼의 모듈로 구성되는 수중 데이터센터를 확장하여 대단지화 하기 위한 기획 연구를 함으로써 연구의 확장안을 제시한다.2

Research Planning on the Construction of a Hyperscale Underwater Datacenter

최근 급속도로 증가하고 있는 데이터센터의 수는 과도한 전력 소모를 발생시키고 있다. 특히, 육상 데이터센터에서 소비되는 에너지 중 냉방을 위해 사용되는 에너지가 50%, ICT 장비 운용을 위한 에너지가 35%, 기타 소비 에너지가 15%로 나타나, 냉방을 위해 사용되는 전력 비중이 매우 큰 것으로 파악되고 있다. 이와 같은 문제를 해소하기 위해 낮은 온도의 해수를 데이터센터 냉각에 활용하고자 하는 시도가 계속되고 있다. 본 연구에서는 상시 낮은 온도를 유지하는 해수를 데이터센터의 냉각에 활용할 수 있는 수중 데이터센터 모듈 개발, 이를 확장, 적용하는 실증 연구를 수행하고자 기초 기획 연구를 수행하였다. 각종 기술, 특허 조사 및 전문가 활용을 통해 연구 기술을 발굴하고 산업 연관 분석 및 경제성 평가를 실시하였다.2

Underwater Data Center

[ 배경 ] □ 세계 각국에서는 다양한 목적으로 해저공간 활용 기술 개발 중 ㅇ (ICT산

해역 이용 활성화를 위한 해저도시 기반 구축

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Effect of Environmental Conditions on the Interfacial Bond Strength of Concrete Specimen with Various Epoxy Resins

해양·항만 구조물의 유지보수를 위한 수중코팅 재료 및 장비와 관련한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 3가지 수중코팅 환경조건(수돗물, 해수, 실해역)에 따른 콘크리트 표면에서의 코팅재료의 부착강도를 평가하고자 하였다. 먼저 직경 2.5 m, 높이 1.5 m의 원형 수조를 이용한 실내 실험에서 수돗물과 해수 환경을 조성하여 300x300x30 mm 크기의 콘크리트 시편에 3종의 코팅재료를 도포하였다. 이후 시편을 수돗물과 해수 각각의 환경 조건이 조성된 경화수조에서 7일, 28일, 56일, 91일간 보관하여 코팅재료의 부착강도를 측정하였다. 실해역 실험은 경상남도 거제에 위치한 쌍근방파제 인근에서 실시되었으며, 실험 방법은 실내 실험과 동일하게 이루어졌다. 실해역에서 동일한 코팅재료를 콘크리트 시편에 도포하고, 실내 실험에서와 동일한 시간 동안 실해역 수중에서 코팅재료의 경화가 이루어질 수 있도록 하였다. 실험 결과 코팅재료의 종류에 따라 수중에서의 부착성능 차이로 인하여 코팅제의 도막의 두께가 최대/최소 10배까지 나타나는 것을 확인하였다. 또한 실해역에서 파랑과 같은 외부 환경요인으로 인하여 실내 실험에 비해 작업성이 저하되어 도막두께 측정 결과가 뚜렷한 경향을 보이지 않고 산발적으로 측정된 것을 확인할 수 있었다. 환경 조건에 따른 최대 부착강도는 수돗물, 해수, 실해역 각각 3.2 MPa, 3.1 MPa, 3.6 MPa로 나타났으며, 경화시간에 따른 부착강도 변화의 뚜렷한 경향은 나타나지 않았다.2

COOLING SYSTEM FOR UNDERWATER DATA CENTER

4차 산업혁명 유관기술의 보급과 다양한 산업 분야에서의 응용으로 데이터 네트워킹 및 스토리지를 제공 할 수 있는 데이터센터에 대한 요구량이 2015년부터 2020년까지 연평균 10.9%씩 성장하였으며, 향후 2025 년까지 연평균 15.9% 성장할 것으로 예측된다. 단, 데이터센터 산업은 탄소 다 배출 업종으로 글로벌 탄 소 배출량의 약 0.8%에 해당된다. 특히, 데이터센터의 전체 소비전력의 38%는 데이터센터 내부 기기들의 냉각시스템에 활용된다. 반면, 수중 데이터센터는 일정한 온도와 습도가 유지되는 해저면에 데이터센터를 구축하는 형태로, 냉각 및 유지관리 시스템에 할당되는 전력을 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대된 다. 최근 미국 마이크로소프트에서는 “Natick” 프로젝트를 통해 스코틀랜드 해저면에 수중 데이터센터 에 대한 실증실험을 진행하였으며, 2년간 운영한 결과 수중 데이터센터는 일반적인 지상 데이터센터에 비 해 장애 발생율이 1/8 수준으로 안정적이고 경제적인 데이터센터 운영이 가능한 것으로 나타났다. 수중 데이터센터의 에너지 소비를 추가적으로 절감하기 위해서는 해수와 데이터센터 간의 열교환을 유도하 는 것이 중요하다. 따라서, 본 발명에서는 수중 데이터센터에 기존 출원 특허인 해수 순환 구조를 통해 해 수와 데이터센터 간의 열교환을 하는 방식에서 폐쇄형 냉각시스템(그림 1)을 적용한 수중데이터센터를 제 안한다. 기존의 해수를 유입하여 냉각하는 방식은 해수유입 시 이물질이 유입을 장지하기 위한 필터가 필 요하며, 해수 특성상 따개비와 같은 각종 해양 부착생물의 유입과 부착으로 필터의 빈번한 교체 및 관로 내부의 청소가 필요하다. 하지만 폐쇄구조의 냉

Effect of Anchorage Method on the Bond Behavior between Concrete and Marine Waste Recycling Panels

In this study, marine waste recycling plastic panels (MWRPPs) were proposed for the continuous and large-scale treatment of marine waste as concrete reinforcement. To verify the effectiveness of concrete reinforcement on MWRPPs, the effect of the anchorage method of MWRPPs on the bond behavior between concrete and MWRPPs was investigated. Three anchorage methods (E, EU, EA) were used to anchorage MWRPPs, combining epoxy (E), U-shape wrapping (U-wrap, U) and epoxy anchor (A) methods. The effect of the anchorage method on the bond behavior of MWRPPs was investigated through a single shear type test, which is widely used to evaluate the bonding behavior of fiber reinforced plastic sheets. U-wrap and epoxy anchors were found to improve the bond behavior between concrete and MWRPPs. The maximum shear strength between concrete and MWRPPs was highest at 0.94 MPa in EU where epoxy and U-wrap were applied, but the fracture energy was highest at 386.86 kPa-mm in EA where epoxy and epoxy anchors were applied. In this study, the optimal anchorage method for MWRPPs was determined to be EA, which uses epoxy and epoxy anchors to anchor MWRPP to the concrete surface.22Nothe

Testing Laboratory to Estimate the Performance of Tidal Curent Blade

조류발전은 지구, 달, 태양 등 천체 운동에 의한 인력으로 발생하는 조석(潮汐, tide)에 따라 바닷물의 흐름이 가지고 있는 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전방식으로, 기본원리는 풍력발전과 매우 유사하다. 조류발전은 해양환경에 미치는 영향이 적고, 조석현상에 의하여 발생하는 흐름을 이용하기 때문에 날씨 변화나 계절에 관계없이 전기를 생산할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 영국에서는 20세기 말부터 조류발전 연구를 추진하였고, 2017년 말에는 Meygen 프로젝트의 1단계로 1.5MW급 4기를 설치하여 총 6MW급 발전단지를 구축하여 운영하고 있으며, 이를 확대하여 총 398MW 단지 조성을 추진 중에 있다. 현재 국내에서는 2001년부터 조류 에너지 실용화 기술개발을 추진하고 있다. 하지만, 이러한 노력에도 불구하고 조류발전기의 부품을 실험할 수 있는 방법 및 시설은 아직까지 국내에 존재하지 않아 산업의 활성화가 이루어지고 있지 않다. 그러므로 본 연구에서는 조류발전기에 사용되는 블레이드의 성능평가 시설의 기획 및 설계하여 건설하였다. 또한 조류발전 블레이드의 강도 성능을 검증하기 위해 블레이드 시험체 설치용 반력구조물과 하중을 가하기 위한 엑추에이터(Actuator)를 설치하였으며, 균열의 상태 확인을 통한 수밀성 및 사용성을 확보하기 위해 열화상 카메라 및 초음파 검사 장비를 구축하였다. 블레이드 강도시험을 위하여, 반력상의 규모는 9.7 m의 폭에 15.2 m의 길이를 가지며, 반력벽은 9.7m의 폭에 6.0m의 높이로 제작하였다. 엑추에이터는 최대용량 250kN에 1,500mm의 가동범위를 가지는 2기와 최대용량 500kN에 500mm의 가동범위를 지니는 1기를 구비 하였으며, 3기 엑추에이터를 연동하여 4등분 점 강도시험을 진행할 수 있으며, 약 10m 길이의 블레이드까지 시험이 가능하다. 이외에도 Focal Laws 4096에 UT chanel이 16개인 초음파 검사장비와 Resolution 640×480의 열화상 카메라를 보유하여 블레이드 강도시험 중 블레이드의 손상정도를 평가할 수 있다. 해당 시설을 이용하여 조류발전 블레이드 이외 소형 풍력 블레이드의 시험이 가능하며, 조류발전 블레이드의 강도평가를 위한 시험법의 정립을 진행할 예정이다.2

Development of Coating Equipment for Underwater That is Supplied Coating Material from the Land

콘크리트 또는 강재의 해양·항만 구조물 표면 유지보수를 위한 방법으로 수중에서 코팅재료를 표면에 직접 도포하여 작업성능을 향상하기 위하여 수중 분사 장비에 관한 연구가 진행되어오고 있다. 본 연구에서는 앞서 개발된 수중 분사 장비의 단점 중 하나인 코팅재료 작업 가능용량 및 작업 가능 시간에 대한 제약을 극복하고자 육상공급형 분사 장비를 개발하고자 하였다. 기존의 장비들은 도료 탱크의 용량이 작고 주제와 경화제의 혼합 이후 작업 가능한 시간이 짧아 수중 작업시간이 제한되었다. 이를 해결하기 위하여 주제와 경화제를 육상에서 대량 공급이 가능하고 수중에서 분사되기 직전에 혼합되도록 장비를 개발하고자 하였다. 육상공급형 수중코팅 분사 장비의 구성은 크게 육상 공급부와 수중 코팅작업부로 나눌 수 있다. 육상 공급부에는 주제와 경화제를 위한 대용량 도료 탱크 2기가 배치되며, 압력 펌프를 이용하여 호스를 통해 수중 코팅작업부로 코팅재료를 이동시킨다. 수중 코팅작업부에는 주제와 경화제가 분사되기 직전에 혼합될 수 있도록 인라인 믹서가 배치되어있으며, 분사된 코팅재료는 테플론 재질의 브러시에 분배되어 표면에 도포될 수 있도록 장비를 제작하였다.2

Performance Change of Cement Mortar Adding Ocean Plastic Waste Flakes

해양쓰레기 중 약 80%의 비율을 차지하는 플라스틱은 재활용하기 위해서 수많은 전처리 공정을 거쳐야 하므로 세척없이 분쇄공정을 거친 Flakes를 모르타르의 재활용 골재로 사용할 수 있는지 확인하고자 하였다. 물 배합비가 0.30에서 0.60까지 증가시키면서 시멘트 모르타르의 잔골재 부피재비를 0에서 20%까지 치환하여 압축 및 휨 강도를 조사하였다. Flakes의 부피가 모르타르의 약 10%까지 증가하면서 압축강도와 휨강도는 약 30%까지 감소하는 경향을 보여주었으며 이는 Flake가 평판형상을 가져 Flake와 모르타르 사이 계면에 형성된 계면전이구역(Interfacial Transition Zone; ITZ)에서 응력이 집중되어 강도감소가 발생한 것으로 판단된다. 그리고 분쇄된 Flake의 성분을 분석한 결과 염소이온량은 약 0.15 ~ 2.0%로 현재 콘크리트용 잔골재 기준에 부합하지 않으므로 세척과정이 필수적인 것으로 판단된다.2