파력 발전 종류

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파력 발전 종류

다양한 파력발전기 형상이 있는데, 그것을 분류하는 방법은 다음과 같다.

파력발전기는 위치에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.

• 연해 : 해저 고정식

• 중간 깊이 : 유삭식(tethered)

• 심해 : 부유식

형상이나 방향에 따른 분류

• 터미네이터(terminator)

• 어테뉴에이터(Attenuator)

• 점 흡수식 파력발전기(point absorber)

고정된 해저나 해안의 장치는 보통 터미네이터 형태이고, 일반적인 파력발전기인 진동 수주형 파력발전기(OCW)가 형태이다. 

진동 수주 형 파력발전기 Oscillating Water Columns(OWC)

파도의 높낮이에 따라 공기챔버 내 압력이 변화하여 공기가 터빈을 돌리면서 외기로 방출 혹은 흡입된다. 

파봉(파도의 높은 곳)일 때는 수면이 상승해 공기챔버 내 공기압력이 상승하게 되어, 공기가 배출된다. 

반대로 파저(파도의 낮은 곳)일 때는 수면이 내려가 공기챔버 내 공기압력이 낮아져, 공기가 흡입된다. 

이렇듯 공기가 흡입 배출되는 통로에 터빈을 설치하여 발전한다. 이 때 주로 설치되는 터빈은 웰즈터빈(Wells turbine)이다. 

웰즈터빈은 공기의 흡입, 배출 과정에서 한방향으로만 회전한다. 웰즈터빈 회전날개(aerofoil-shaped balde)는 비틀리지 않고(untwisted), 피치(pitch)가 0이며 회전면에 대해 대칭이다.  

 

An Oscillating Water Columns (OWC), generally installed on the shoreline, are partially submerged structures open to the sea below the water line. Waves make the water inside the column to rise and fall, causing the compression and decompression of the air inside the structure. The air can only circulate in and out of the structure via a turbine that rotates under the pressure of this airflow and generates electricity. 

^{[각주:1][각주:2]}

^[각주:3]

최초의 상용 파력발전소

스코틀랜드의 Islay LIMPET^[각주:4]

부유식 진동수주형 BBDB

^[각주:5]

BBDB(Backward Bent Duct Buoy)는 공기챔버가 상자형 부력체 하부에 긴 수평방향의 덕트와 짧은 수직방향의 덕트가 'ㄴ'자형으로 설치되어 덕트 내부의 해수유동을 공기 왕복유동으로 이용한 발전 방식이다. 

기존의 진동수주 파력발전기(OWC)보다 효율을 높일 수 있는 방법으로 고안되었다. 원통형 진동수주(Circular type OWC) 방식에 비해 부유체의 상하동요뿐 아니라 종동요 및 전후운동에 기인한 내부 상대유동을 발생시키므로, 입사파 주기와의 동조영역이 상대적으로 넓다. 또한, 파랑중에 특정 입사파 주기에 대해 역 표류(reverse drift)현상을 가지고 있어 계류설계 관점에서 장점이 있다.^[각주:6] 

^[각주:7]

                 ^[각주:8] 

일본 마이티훼일(Mighty Whale)  - JAMSTEC

고카쇼만의 입구에서 설치. 길이가 약 50m, 넓이가 30m로 바지선 형태이다. 

고래와 닮아서 고래 발전기라도고 불리고 있다. 

110 kW의 전기를 생산하며, 1998년부터 2002년까지 실증시험으로 가동하였다. 

어테뉴에이터 Attenuators

어테뉴에이터는 파도 전면에 직각인 주축을 가져 파도가 그것을 지나가면서 발전장치는 파도에너지를 가져오게 된다.

Attenuators are devices facing the waves direction, going up and down the waves in a snake-like motion. The mechanical pressure applied in the joints of the device is converted into electricity. 

점 흡수식 파력발전기 Point Absorbers

점 흡수식 파력 발전 장치는 부이가 파도에 의해 상대적인 움직임(기계 에너지)를 이용해 발전하는 장치를 의미한다. 등방성 방사형 구조를 갖고 있어 파도의 방향에 상관없이 구동할 수 있다는 장점이 있다. 

설치 해역의 대표 파도 주기와 장치의 공명 주기를 일치 시키는 것이 핵심 기술이다. 입사파 주파수와 부이의 수직 운동 고유 주파수를 일치 시켜 얻은 공진 효과로 수직 운동 변위를 증폭해야만 최대 에너지 추출이 가능하기 때문에 공진 주기를 일치 시키는 것은 점 흡수식 파력발전 시스템 설계에 가장 중요한 항목이다.^[각주:9] 

Point Absorbers are made of a mobile floating structure mounted on a pole. The floating structure moves up and down with the waves, converting the mechanical power into electricity. 

Oscillating wave surge converters

Oscillating wave surge converters consist of an oscillating arm mounted on a pivoted joint. The device works with the wave surges and the circular movement of water within them that pushes the device's arm forward and backward. 

Overtopping devices

Overtopping devices, also called 'terminators', are placed on the surface and capture water brought by the waves that will overflow the device. The captured water goes back to the sea though a turbine that generates power. They can be placed on the shoreline 

Submerged Pressure Differential devices

Submerged Pressure Differential devices use the pressure differential created by the waves passing above the device that cause the sea level to rise and fall. The alternating pressure pumps fluid through a system to generate electricity. 

Bulge wave

Bulge wave technology consists of a rubber tube filled with water, moored to the seabed heading into the waves. The water enters through the stern and the passing wave causes pressure variations along the length of the tube, creating a ‘bulge’. As the bulge travels through the tube it grows, gathering energy which can be used to drive a standard low-head turbine located at the bow, where the water then returns to the sea. 

Rotating Mass devices

Rotating Mass devices use the heaving and swaying movements of the device in the waves to drive either an eccentric weight or a gyroscope causes precession. In both cases the movement is attached to an electric generator inside the device. 

출처 - http://www6.cityu.edu.hk/see_mer/wave-devices.htm

크램 Clam

^[각주:10]

원형 Clam은 1980년 영국의 Coventry 대학에서 개발되었다. 모든 면에 신축성 공기주머니가 달려있어 어느방향으로 파도가 와서 공기주머니에 압력을 가하면 내부 튜브에 공기유동이 발생한다. 이 유동이 웰즈터빈을 돌려 발전하는 시스템이다. 

^[각주:11]

Duck

Edinburgh대학의 Stephen Salter 교수가 고안한 것으로 캠(cam) 형상 몸체가 바다에서 몇 킬로미터 범위에서 길고 유연한 부유돌기(floating spine)가 함께 연결된 것으로 설계하고자 했다.

 

^[각주:12]

The Ocillo Drive

물 위에 부표를 띄어두고 파도에 일렁일 때 생기는 위상차를 이용하여 발전하는 시스템인 것 같다. 

파력발전의 개발 이슈

파력발전의 개발에서 문제점은 

격심하게 변화하는 해양기상 때문에 파력발전장치는 큰 부하에 견딜 수 있어야 한다. 

염분 등에 의해 부식이 빨리 진행되므로, 내식성이 좋은 재료를 사용해야 한다. 

또한 해상이나 해안에서 발전하는 경우는 전력수요지까지의 송전이 필요하다.

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2014. 07. 25 작성

2015. 03. 30 Ocillo drive 추가 

2015. 03. 31 Mighty Whale 추가

1. http://goo.gl/zR85I6 [본문으로]
2. "Wells turbine en". Licensed under CC BY 2.5 via Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wells_turbine_en.svg#/media/File:Wells_turbine_en.svg [본문으로]
3. http://goo.gl/Jq5cFk [본문으로]
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Islay_LIMPET [본문으로]
5. http://goo.gl/vPKWRo [본문으로]
6. BBDB형 진동수주 파력발전장치의 운동 및 파랑표류력 연구, 김진하, 류재문, 홍도천, 홍석원, 한국해양공학회지 제20권 제2호, pp. 22-28 [본문으로]
7. http://www.jamstec.go.jp/jamstec-e/30th/part6/page2.html [본문으로]
8. http://www.see.murdoch.edu.au/resources/info/Tech/wave/ [본문으로]
9. 잠수식 진동수주형 점 흡수식 파력발전 장치의 개발, 송승관, 박진 배, 한국해양환경･에너지학회 2013년 추계학술대회 논문집 [본문으로]
10. http://goo.gl/ZPSIGW [본문으로]
11. http://goo.gl/jUVumb [본문으로]
12. http://goo.gl/QGzsdm [본문으로]