원통형 부이와 발전구동부(PTO)의 연성효과를 고려한 시간영역 해석

Abstract

전 세계적으로 환경문제가 대두되면서 기존의 화석연료를 대체할 에너지 자원으로써 친 환경적이고 지속가능한 신재생에너지가 각광받고 있다. 이러한 신재생에너지 중 해양에너지는 막대한 에너지 자원을 보유하고 있으며, 1970년도부터 유럽을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 Point absorber 타입의 원통형 부이와 발전구동부(Power Take-Off system, PTO)의 연성효과를 고려한 파랑중 운동특성을 살펴보았다. 부이 운동에너지로부터 전기에너지를 생산하기 위한 PTO시스템은 영구자석, 스프링, 코일로 구성된 선형발전기를 사용하였으며, 부이 내부에 설치되어 있다. 전기에너지는 부이에 고정된 코일과 상하 2개의 스프링으로 연결된 영구자석과의 상대운동으로부터 발생하게 되며, 상대운동을 극대화 하고자 이중공진 개념을 도입하였다. 부이의 운동특성은 주파수영역과 시간영역에서 수행하였으며, 주파수영역 해석에서는 고유함수전개법을 사용하여 부이의 동유체력계수와 파기진력을 산정하였다. 또한, 조화운동을 가정하여 PTO 감쇠계수를 변경시켜가며 부이 RAO 및 상대운동변위 RAO를 계산하였으며, 발전구동부의 연성효과로 인해 부이의 운동특성이 바뀌는 것을 확인하였다. 시간영역 해석에서는 부이의 운동특성을 규칙파 및 불규칙파에서 해석하였다. 규칙파 해석결과, 주파수영역 해석결과와 동일한 운동증폭율를 보였으며, 불규칙파 해석에서는 스펙트럼 비교를 통해 약 4배의 에너지 증폭율을 확인하였다. 이러한 연구결과들은 차후에 파에너지로부터 많은 에너지를 획득하기 위한 방안으로 부이 설계 및 부이의 운동특성을 파악하는 기초자료로 사용될 것으로 기대된다.