A Study on Optimal Array Configuration of Tidal Stream Turbine Farm based on Actuator Disc Modeling

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 건설환경공학부, 2019. 2. 황진환.조류에너지는 지속가능한 대체에너지 중에서도 예측가능한 특성으로 인해 각광받고 있다. 조류발전단지는 목표 전력량 확보를 위해 백대 이상의 터빈으로 구성하기 때문에 배열의 최적화가 필수적이다. 비록 실제 조건에서의 최적 배열은 바닥지형 및 제한된 가용 구역 등에 큰 영향을 받으나, 조류에너지 부존량 산정과정에서 사용가능한 정형화된 최적 배열에 관한 연구가 필요한 실정이다. 또한 실제 배열을 설계할 때는 조류발전단지의 특성상 경사도 기반 최적화가 불가피한데, 경사도 기반 최적화의 해는 초기배열조건에 따라 국지 최적해로 수렴할 가능성이 높기 때문에 전역 최적해에 가까운 초기조건을 사용할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 여러가지 제한조건에 대하여 2차원 조류발전단지 배열의 정형화된 최적해를 제시하고자 한다. 목적함수인 총 에너지 추출량을 구속하는 편미분 방정식은 2차원 정상상태 천수방정식을 사용하여 조류터빈에 의한 조류흐름의 비선형적인 변화를 반영할 수 있도록 하였다. 천수방정식 솔버와 최적화를 커플링하는 프로그램으로는 파이썬 기반 오픈소스 소프트웨어인 OpenTidalFarm을 사용하였다. 조류터빈은 액츄에이터 디스크로써 모델링 하였고, 다양한 선행연구에서 제시한 후류의 유속 변화를 가장 비슷하게 모의하는 미정계수들의 조합을 찾아 조류 모델링에 사용하였다. 다변수 함수의 경사도 기반 최적화는 전역 최댓값이 아닌 초기조건에 따라 다른 국지 극댓값으로 수렴하기 때문에 이상화 된 조류해협에 다양한 초기배열조건을 적용해 여러 국지 최적해 중 가장 출력량이 높은 배열의 형태를 찾았다. 수치모의 결과 가능하다면 가용영역의 폭 전체에 걸쳐 등간격으로 배치된 선형 보 형태의 배열이 최적형태로 나타났다. 하지만 터빈간 최소간격 조건과 가용영역 폭 등의 제한조건들에 의해 위와 같은 배열이 불가능하다면 곡률을 갖는 보 형태나, 더 나아가 V 형 보 형태의 배열이 최적형태로 나타났다. 이는 터빈 배열이 조류를 폭방향으로 가로막는 형태가 효율적이라는 것을 의미하며, 산출가능한 에너지를 계산한 결과 같은 개수의 터빈을 서로 영향을 주지 않도록 독립적으로 배치했을 때 얻을 수 있는 에너지보다 최대 30% 이상 효율적이다. 또한 같은 개수의 터빈의 최적배열이 조력발전단지 설계시 제한조건 (터빈간의 최소 간격, 가용 구역의 폭 제한 등)에 의해 에너지 출력량이 최대 50%까지 차이가 발생할 수 있음을 확인하였다. 이러한 결과는 효율적인 조력발전단지를 설계하기 위해서는 단순히 각 제한조건에서의 최적배열을 찾는 문제 뿐만 아니라 적절한 제한조건을 설계하는 문제의 중요성을 제시한다. 본 연구에서 제시한 방법론은 얕은 수역에서 최적해에 가까운 터빈배열을 찾기 위한 합리적인 접근방식이며, 터빈이 설치된 채널의 동역학적 특성에 관한 직관을 제공한다고 평가된다.Tidal current energy is a sustainable and predictable renewable energy resource. In tidal farm design, optimization of array configuration is essential as tidal farm is constituted of hundreds of turbines. This study aimed to suggest a generalized optimal array configuration for idealized tidal straits. Due to the strong nonlinear interaction between tidal device and tidal flow, optimizing two-dimensional array position should base on PDE-constrained gradient-based optimization algorithm. PDE is given as two-dimensional nonlinear steady shallow water equation in order to reflect the movement of tidal flow and reduce computational cost. Total power output is the target functional to be maximized, and OpenTidalFarm is used as a tool for coupling PDE solver and optimization algorithm. Turbine was parameterized as an actuator disc. Optimization was undertaken with various situations, such as varying number of deployed turbines N, minimum distance constraint , spanwise farm site constraint and initial conditions. It was found that optimization result is highly dependent on and , and also sensitive to initial condition. Thus, it is recommended to use proper initial condition which resembles optimal array configurations. Analysis on the various case of optimized result (over 100 cases) suggests that linear barrage with uniform spacing can be considered as acceptable optimal array. Furthermore, if linear barrage shape is impossible due to the optimization constraints (such as and ), it was observed that connecting all turbines as a curved or V shaped barrage performs better than splitting the array into two parts. This study highlights the necessity of designing proper site constraints and distance constraints, showing that the performance of optimal array for identical N can vary up to 50% with different constraints. It is expected that this optimal shape of array can be implemented for array design in tidal energy resource assessment or for recommended initial condition in gradient-based optimization.ABSTRACT i Table of Contents iii List of Figures vi List of Tables viii Nomenclature ix Chapter 1. Introduction 1 1.1 Tidal current energy and its assessment 1 1.2 Tidal farm optimization 4 1.3 Necessity of defining generalized configuration of decent tidal array 5 1.4 Aim of the thesis 6 1.4.1 Modeling tidal turbine in 2D Shallow Water using Actuator Disc modeling 7 1.4.2 Finding optimal array configuration via PDE-constrained gradient-based optimization 7 1.4.3 Analyzing the relationship between optimization constraints and optimization results. 8 Chapter 2. Theoretical background 9 2.1 Linear Momentum Actuator Disc Theory (LMADT) 9 2.1.3 Betzs unbounded flow 11 2.3.2 Garrett and Cumminss rigid lid flow 14 2.3.3 Houlsby et al.s free-surface flow 18 2.3.4 Limitations of LMADT 24 2.2 Shallow Water Equation (SWE) 25 2.3 PDE-constrained Gradient-based Optimization using Adjoint method 27 2.3.1 Gradient-based Optimization 28 Chapter 3. Methodology 30 3.1 Specifications of OpenTidalFarm 30 3.1.1 Design Parameters 30 3.1.2 PDE constraint 31 3.1.3 Turbine Parameterisation 31 3.1.4 Target functional 32 3.1.5 Box and inequality constraints 33 3.1.6 Gradient-based optimization with adjoint approach 34 3.2 Realistic Actuator Disc Modeling in 2D SWE 35 3.2.1 Actuator disc modeling in 2D SWE and 3D flow model 36 3.2.2 Wake properties behind tidal turbine 37 3.2.3 Simulation settings for tuning K and 38 3.2.4 Simulation results 44 3.3 Pilot Test 1: effect of initial condition and number of turbines on optimization result 46 3.3.1 Simulation settings 46 3.3.2 Simulation results 49 3.3.3 Conclusions of pilot test 1 49 3.4 Pilot Test 2: effect of minimum distance constraint and spanwise length of the farm site on optimization result 50 3.4.1 Simulation settings 50 3.4.2 Simulation results 52 3.4.3 Conclusions of pilot test 2 55 3.5 Main test: maximum number of turbines which can be considered as a barrage type configuration 56 3.5.1 Simulation settings 56 Chapter 4. Results and Discussions 60 4.1 Analysis on optimal array configuration and tidal farm output 60 4.2 Extracted Power and Nmax 64 4.3 Limitations of the Modeling 65 Chapter 5. Conclusions 68 APPENDIXS 71 Appendix A. 71 Appendix B. 73 Appendix C. 78 REFERENCES 86 국문초록 91Maste

사회봉사명령제도의 집행에 관한 연구

학위논문(석사)--서울대학교 행정대학원 :행정학과 행정학전공,2003.Maste

계절적 광 변화 및 인공 조명 처리가 온실 재배 약쑥(Artemisia princeps)의 생장 및 플라보노이드 생산에 미치는 영향

학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 농업생명과학대학 원예학과, 2019. 2. 손정익.Artemisia princeps (Ganghwa wormwood) is a medicinal plant with two major flavonoids, eupatilin and jaceosidin, which have gastritis and peptic ulcers treatment properties. Until now, the plants are cultivated in the fields which provides one cultivation period, and produces unstable flavonoid contents by environmental changes. The objective of this study was to analyze the effects of seasonal light variation and artificial light treatments on growth and flavonoid production of A. princeps grown under greenhouse conditions for year-round production. From April 2016 to April 2017, nine sets of the plants were cultivated and harvested under natural seasonal light conditions in greenhouses. From September 2016 to January 2017, four additional artificial light treatments were applied for two sets of the plants: supplemental light, night interruption, low light, and low light with night interruption. The plants grown under natural light condition in greenhouses were used as a control. After harvest, plant growth was measured, and the contents of eupatilin and jaceosidin were determined. The plants had the highest biomass when the accumulated radiation and duration were highest. Plant growth and flavonoid production were significantly associated with accumulated radiation and light duration. Supplemental light and night interruption treatments resulted in significantly higher biomass and flavonoid production. For consistent biomass and flavonoid production of A. princeps, night interruption treatment is suggested in greenhouse cultivation during low irradiation and short days (less than 13 h).Artemisia princeps(강화약쑥)은 위궤양 및 위경련 치료의 특성을 가지고 있는 플라보노이드 유파틸린과 자세오시딘을 함유하고 있다. 일반적으로 노지에서 연중 1회 재배되며 환경 변화에 따라 플라보노이드 함량이 불안정하다. 본 연구의 목적은 강화약쑥의 연중 안정적인 온실 재배를 위해 계절적인 광 조건 변화와 인공 조명 처리에 대한 식물의 생장과 플라보이노이드 함량 변화를 분석하는 것이다. 연중 총 9회의 재배 작기로 온실의 계절적인 광 조건 하에서 재배하였다. 광 조건의 변화가 크게 나타나는 겨울철 2회의 작기 중에는 인공 조명 처리 추가로 보광, 야파, 저광 및 야파 조건에서 재배하였다. 수확 후, 식물의 생장을 측정하고, 유파틸린과 자세오시딘의 함량을 분석하였다. 누적 일사량과 누적 일장이 높을수록 식물의 생장이 좋았으며, 생장과 플라보노이드 함량은 누적 일사량과 누적 일장과 유의한 관계를 보였다. 보광 및 야파 처리로 인해 생장과 플라보노이드 함량이 현저히 높게 나타났다. 일장이 13시간 이하인 겨울철에 총 생장과 플라보노이드 함량 향상을 위해 온실 재배 시 야파 처리로 생산 증대와 연중 안정적인 생산이 가능하다고 판단된다.ABSTRACT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i CONTENTS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii LIST OF TABLES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv LIST OF FIGURES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v INTRODUCTION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 LITERATURE REVIEW. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Pharmaceutical uses of A. princeps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 Flavonoids and environment conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Medicinal plant cultivation in controlled environments. . . . . . . . . . . . . . .5 MATERIALS AND METHODS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 RESULTS AND DISCUSSION. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 CONCLUSIONS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 LITERATURE CITED. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ABSTRACT IN KOREAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Maste

A Study on the Categorical Spectrum and Function of Bound Noun in Korean

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 인문대학 국어국문학과, 2022. 8. 문숙영.본 연구는 의존명사의 단어 부류로서의 속성과 의존명사의 분포에 따른 기능을 밝히는 것을 목적으로 한다. 2장에서는 단어 부류로서의 의존명사의 속성에 대해 논의하였다. 먼저 현대 한국어 의존명사의 목록을 상세히 밝히고, 의존명사의 인접 범주인 어미, 조사, 보조용언, 접미사와의 관계를 살펴보았다. 다음으로는 전통적인 품사 분류 기준에 따른 의존명사의 속성을 밝히고 이를 일반적인 명사의 속성과 비교·대조하였다. 의존명사는 명사의 속성을 가지고 있지만, 그 제약이 심한 부류인데, 의존명사의 그러한 측면을 의존성과 조사 및 성분 제약, 서술어 제약, 내용어와 기능어와의 비교를 통해 알아보았다. 또한, 의존명사는 결합 제약에 따라 특이한 분포를 보이는데, 의존명사의 분포를 조사를 중심으로 분류하고 의존명사의 기능에 대해 간략하게 살피었다. 3장에서는 2장의 분류에 의거하여 조사 결합에 제약이 적은 의존명사(보편적 의존명사)의 기능과 분포를 살피었다. 보편적 의존명사는 주로 대용 및 지시 기능을 수행한다. 의존명사에 따라 특정한 대용 및 지시에 기능이 한정되는 것도 있고 여러 대상을 대용 및 지시하는 것으로 기능이 확장되는 것도 있다. 한편 조사 결합에 제약이 적은 의존명사라고 하더라도 선행하는 관형어의 종류나 시제 결합 등에 제약을 보이기도 하는데 이러한 의존명사의 분포를 조사함으로써 보편적 의존명사의 통사적 특징을 살펴보았다. 4장에서는 조사 결합에 제약이 심한 의존명사(제한적 의존명사)의 기능과 분포를 살피었다. 제한적 의존명사들은 문장에서 구성을 이루어 문법적 기능을 수행하는데 이와 관련된 문법적 기능으로는 연결, 양태, 상, 지시 및 대용이 있다. 각 기능을 간략히 정리하고 기능별 의존명사 구성의 분포를 조사함으로써 제한적 의존명사의 통사적 특징을 제시하였다. 또한 같은 의미를 표현하는 의존명사라 하여도 세부적인 특징에는 차이가 있었는데 비교와 대조를 통해 이러한 차이를 밝히었다. 5장은 결론 부분으로 이상의 내용을 요약 및 정리하고, 미진한 점을 밝히며 논의를 마무리하였다.This study aims to identify the attributes of bound nouns as a class of words and their functions according to distribution. In Chapter 2, the study discusses the attributes of Bound nouns as word classes. First, the modern Korean bound morphemes are listed in detail, and the relation with the adjacent categories, such as ending, particle, auxiliary verb, and suffix, are observed. Next, the attributes of bound morphemes by the traditional criteria of parts of speech are addressed, followed by comparison and contrast with those of general nouns. Bound nouns have the attributes of nouns, but are unique in that they have many restrictions, which are discussed through boundness, particle and component restrictions, verb restrictions, and comparison with content words and function words. Further, bound nouns have interesting distribution depending on the conjugation restrictions, which is addressed in this paper by classifying the distribution of bound nouns by particle and briefly observing the functions of bound nouns. In Chapter 3, based on the distribution of bound nouns, the paper addresses the functions and distribution of bound nouns with least limitations with particle conjugation. It also addresses the functions of substitute and reference that the universal bound nouns serve. Meanwhile, even though dependent nouns have fewer restrictions in particle conjugation, there are restrictions in conjugation depending on the types of the preceding abdominals and tense. By studying the distribution of such bound nouns, the chapter exposits the syntactic characteristics of universal bound nouns. Chapter 4 discusses the functions and distribution of bound morphemes with more restrictions in particle conjugation. Restrictive bound nouns serve a grammatical function by forming constructions in sentences. Related grammatical functions are reference, substitute, conjunction, modality, and aspect. The chapter suggests the syntactic characteristics of the restrictive bound morphemes by briefly organizing each function and studying the distribution of the nouns by function. Chapter 5, as a conclusion, summarizes and organizes the above discussion and considers limitations.1. 서론 1 1.1. 연구 목적 1 1.2. 선행 연구 3 1.3. 연구 대상 5 1.4. 논의의 구성 6 2. 단어 부류로서의 의존명사의 속성 8 2.1. 의존명사의 목록과 인접 범주 8 2.2. 품사 분류 기준에 따른 의존명사의 속성 23 2.3. 명사와 비교·대조한 의존명사의 속성 33 2.3.1. 명사의 속성 33 2.3.2. 의존성 36 2.3.3. 조사 제약 및 성분 제약 39 2.3.4. 서술어 제약 41 2.3.5. 내용어와 기능어의 중간 43 2.4. 분포에 입각한 의존명사의 분류 50 2.5. 의존명사의 기능 54 3. 보편적 의존명사의 분포와 기능 61 3.1. ‘것’류 의존명사의 분포와 기능 62 3.2. ‘등’류 의존명사의 분포와 기능 65 3.3. ‘나절’류 의존명사의 분포와 기능 67 3.4. ‘쪽’류 의존명사의 분포와 기능 69 3.5. ‘격’류 의존명사의 분포와 기능 72 4. 제한적 의존명사의 분포와 기능 74 4.1. 연결적 의존명사 74 4.1.1. 연결적 의존명사의 분류 74 4.1.2. 연결적 의존명사의 분포와 기능 78 4.1.2.1. 나열 78 4.1.2.2. 대조 79 4.1.2.3. 선택 80 4.1.2.4. 배경 81 4.1.2.5. 선행 83 4.1.2.6. 원인 85 4.1.2.7. 목적 86 4.2. 상적 의존명사 87 4.2.1. 상적 의존명사의 분류 87 4.2.2. 상적 의존명사의 분포와 기능 89 4.2.2.1. 진행상 89 4.2.2.2. 예정상 92 4.3. 양태적 의존명사 94 4.3.1. 양태적 의존명사의 분류 94 4.3.2. 양태적 의존명사의 분포와 기능 98 4.3.2.1. 인식 양태 98 4.3.2.2. 당위 양태 102 4.3.2.3. 동적 양태 104 4.3.2.4. 감정 양태 106 4.4. 지시 및 대용적 의존명사 108 4.5. 기타 의존명사 109 5. 결론 114 참고문헌 122 부록 130 Abstract 134석