[논문 리뷰] Study Pelamis system to capture energy of ocean wave

Ricardo Gobato, Alekssander Gobato외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 08. 05.

Energy Harvesting in Wireless Networks참고 문헌 3인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 해류의 상대 운동에 의해 구동되는 유압 파wr 테이크오프 시스템을 통해 해양 파도 에너지를 수집하는 암모니터형 장치인 펠라미스 파도 에너지 변환기의 분석을 수행한다. 초기 기술적 및 재정적 도전 과제가 있었음에도 불구하고, 이 연구는 최적의 파도 지역에서 높은 에너지 밀도를 지닌 재생 가능성을 바탕으로, 스케일업이 가능한 청정 에너지 생산을 위한 장기적인 잠재력이 크다고 결론을 내린다.

ABSTRACT

Over the years, energy has become vital for humans, enabling us to comfort, leisure, mobility and other factors. The quest for cheap energy sources, renewable and clean has grown in recent years, mainly for the reduction of effects that comes degrading nature, allowing scientists and engineers to search for new technologies. Many energy sources have been researched for proper funding where some stand out for their ease of obtaining, by other low cost and others by being renewable. The main objective of this work is to study one of these energy sources - wave energy, whose capture is still in development. This energy comes from the waves of the sea and is 100% renewable and with minimal environmental impact when compared to hydro, nuclear, coal, thermal, etc. The system studied here is the Pelamis system.

연구 동기 및 목표

• 해양 파도 에너지를 수확하는 데 있어 펠라미스 파도 에너지 변환기가 실현 가능한 기술로 평가되는지 확인하기 위해.
• 실해양 조건에서 펠라미스 P1 및 P2 프로토타입의 기술적 성능과 효율성을 평가하기 위해.
• 다른 재생 가능 에너지원과 비교해 펠라미스 시스템의 비용-편익 비율 및 환경적 영향을 평가하기 위해.
• 펠라미스 설계를 활용한 파도 에너지 변환의 확장성과 장기적 타당성을 탐색하기 위해.
• 개발도상국 및 해안국에서 파도 에너지 기술을 발전시키기 위한 도전 과제와 기회를 규명하기 위해.

제안 방법

• 이 연구는 해수면에 수평으로 떠 있는 다수의 힌지가 있는 실린더형 세그먼트로 구성된 암모니터형 파도 에너지 변환기로 펠라미스 시스템을 분석한다.
• 파동에 의해 유도된 세그먼트 간 운동이 발단기와 연결된 유압 펌프를 구동함으로써 유압 파wr 테이크오프 메커니즘을 검토한다.
• 논문은 펠라미스 P1(120m 길이, 3.5m 지름, 750kW 정격 출력)과 향상된 P2 버전(180m 길이, 4m 폭, 1350톤, 5개 부표)의 설계 및 운영 데이터를 검토한다.
• 파동 에너지 플럭스 자료를 웨이브 워치 III 모델에서 취득하여, 양반구의 30°–60° 위도에서의 에너지 분포에 집중한다.
• 파도 에너지 플럭스 측정치(단위: kW/m)를 사용하여 포르투갈 페니치 해안과 같은 지역의 에너지 잠재력 평가를 포함한다.
• 논문은 세계 최초의 상업적 파도 발전소인 아구수두라 파도 농장(포르투갈)의 현장 데이터를 참조하여 실제 배치 결과를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 실해양 조건에서 펠라미스 시스템은 해양 파도 운동을 실용적인 전기 에너지로 얼마나 효과적으로 변환하는가?
• RQ2 펠라미스형 파도 에너지 변환기의 광범위한 배치를 제한하는 주요 기술적 및 경제적 과제는 무엇인가?
• RQ3 점흡수형 또는 진동수 컬럼형과 같은 다른 파도 에너지 변환기 유형과 비교해 펠라미스 시스템의 에너지 출력과 효율성은 어떠한가?
• RQ4 파도 에너지 잠재력의 세계적 분포는 어떻게 되며, 어느 지역이 펠라미스 기술의 배치에 가장 적합한가?
• RQ5 미래에 펠라미스 시스템의 비용-편익 비율과 확장성 향상을 위한 요소는 무엇인가?

주요 결과

• 페니치 해안(포르투갈)에 배치된 펠라미스 P1 프로토타입은 1년 이상 전력을 송전망에 공급하는 데 성공하여 해상 파도 에너지 변환의 실현 가능성을 입증했다.
• 5개 부표 세그먼트와 1350톤 구조물로 구성된 펠라미스 P2 설계는 P1 모델 대비 크기와 효율성에서 뚜렷한 향상을 보였다.
• 최적 지역(30°–60° 위도)의 파도 에너지 플럭스는 일반적으로 파도 모서리 길이 1m당 40–50kW를 초과하여 높은 에너지 잠재력을 나타낸다.
• 기술적 및 재정적 도전 과제가 있었음에도 불구하고, 원래 개발사의 파산에도 불구하고 펠라미스 시스템은 암모니터형 파도 에너지 변환기 중 선도적인 후보로 남아 있다.
• 이 연구는 파도 에너지가 조수 및 해류 에너지와 다름을 확인하였으며, 바람에 의해 생성된 표면 파동에 의존하고 환경 영향이 최소한임을 확인하였다.
• 펠라미스 시스템의 용량 인자는 0.25에서 0.4 사이로, 실제 파도 조건에서 중간 정도이지만 실현 가능한 에너지 출력을 나타낸다.