100kW급 듀얼 수직축 조류발전터빈에 대한 연구

Abstract

조류에너지는 달과 태양의 기조력의 영향으로 발생되는 조석 현상에 따라 해수가 이동하면서 가지는 운동에너지를 말하며, 조류발전은 이러한 조류의 운동에너지를 이용하여 터빈을 회전시키고 터빈과 연결된 발전기를 통해 전기를 발생시키는 발전 방식이다. 조류발전은 작동유체의 흐름을 이용해 터빈을 구동시켜 발전기를 통해 전기를 생산하는 방식이 풍력발전과 유사하지만, 정확한 발전량 예측이 어려운 풍력발전과 달리 주기성을 갖는 조석 현상에 의해 발생하는 해수의 흐름을 동력원으로 사용하기 때문에 규칙적으로 발전이 가능하고 장시간에 걸쳐 정확한 발전량 예측이 가능하다는 장점을 갖고 있다. 또한 공기보다 높은 밀도를 갖는 해수를 이용하기 때문에 에너지 밀도가 높다는 장점이 있다. 우리나라는 지리적인 입지 조건으로 서·남해안에 약 12GW 규모의 조류에너지가 잠재하고 있다고 예측하고 있으며, 장죽수도, 맹골수도 및 거차수도 등과 같은 세계적으로 우수한 조류발전 후보지에서는 약 8.3GW 규모의 조류에너지가 부존하고 있는 것으로 평가되고 있다. 우리나라의 많은 도서지역에는 아직 육상 전력 선로가 연결되어 있지 않아 안정적인 전력 공급이 어려운 실정으로, 조류에너지 개발을 통해 이러한 도서 지역에 친환경 전기를 안정적으로 보급할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 도서지역에 적용할 수 있는 100kW급 조류발전시스템 개발에 대한 연구를 수행하였다. 기본설계 단계에서는 수직축 조류발전터빈에 대한 성능 및 유동특성을 분석하기 위하여 비정상 레이놀즈 평균 나비어-스톡스 해석에 기반한 유동해석을 수행하였다. 유동해석에 기반한 기본설계 결과를 바탕으로 최적설계를 수행하고 실제 제작하여 성능시험을 수행하였다. 실해역 성능시험은 진도 울돌목에 위치한 시험조류발전소에 설치해 수행하였다. 실해역 성능평가를 바탕으로 순간 최대 출력 값이 약 120kW를 보이는 것을 확인하였으며, 향후 도서지역에 적용하기 위한 다양한 성능시험을 수행하고 있다.2