[논문 리뷰] Investigating Wave Energy Potential in Southern Coasts of the Caspian Sea and Evaluating the Application of Gray Wolf Optimizer Algorithm.

Erfan Amini, Sayyed Taghi Omid Naeeni외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 12. 31.

Global Energy Security and Policy인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 비정규파 이론과 그레이 울프 최적화(GWO) 알고리즘을 사용하여 남부 캅시아니안 해안의 아홉 개 항만에서 파력 에너지 잠재력을 평가하여 파력 발전기 설치에 가장 적합한 위치를 규명한다. GWO 기반의 적합도 평가에서는 상관 함수와 노름 벡터를 통합하여, 에너지 집중에 가장 큰 영향을 미치는 파고를 파악하였으며, 최적 조건은 Hs ≈ 3 m 및 Te가 Te_max의 0.75에서 0.85배 사이일 때 발생한다.

ABSTRACT

There is a significantly accelerating trend in the application of the wave energy converters. As a result, it is imperative to adopt a suitable point for implementing these systems. Besides, the Caspian Sea, as one of the most important marine renewable energy sources in Asia, is capable of supplying the coastal areas with a large amount of energy. Therefore, areas around nine ports in the southern coasts of the Caspian Sea were selected to measure their wave energy potential. Initially, the amount of energy on these points was measured using the irregular energy theory. A new approach was developed to compare these points and measure their fitness in supplying the maximum energy using the Grey Wolf optimizer (GWO) algorithm and time history analysis. In this method, the optimal parameters were first extracted from the algorithm for assessing the points within the southern areas of the Caspian Sea. These values were regarded as the assessment indices. Then, the fitness of each point was obtained using the correlation function and the norm vector to present the most optimal point with maximum waver energy exploitation potential. Finally, the side-by-side comparison of the parameters affecting the wave energy showed that an increase or decrease in the wave energy along the southern areas of the Caspian Sea is influenced more by the wave height than the depth on that points. Moreover, the waver energy concentration occurs in the range of Hs = 3 and $T_e$ range is between $0.75 imes T_{e_{max}}$ and $0.85 imes T_{e_{max}}$.

연구 동기 및 목표

• 남부 캅시아니안 해안의 아홉 개 해안 항만에서 재생 가능 에너지 응용을 위한 파력 에너지 잠재력을 평가하기 위해.
• 고도화된 최적화 접근법을 사용하여 파력 발전기 구현에 가장 적합한 위치를 규명하기 위해.
• 지역 내 파력 분포에 영향을 미치는 주요 환경 요인을 규명하기 위해.
• GWO 알고리즘과 시간 이력 분석 및 벡터 기반 상관관계를 융합한 새로운 적합도 평가 프레임워크를 개발하고 적용하기 위해.
• 연구 지역에서 최대 에너지 추출을 위해 최적의 파고 조건을 정량화하기 위해.

제안 방법

• 비정규파 이론을 사용하여 아홉 개 해안 지점에서의 측정된 파력 에너지 잠재력을 평가하여 에너지 유량을 추정한다.
• 사이트 평가를 위한 최적 파arameter를 도출하기 위해 그레이 울프 최적화(GWO) 알고리즘을 적용한다.
• 각 사이트의 적합도 점수를 상관 함수와 노름 벡터를 사용하여 계산하여 에너지 개발 잠재력을 순위 매긴다.
• 시간 이력 분석을 통합하여 선택된 위치 간의 파력 변화의 시간적 변동성을 평가한다.
• GWO 출력에서 도출된 평가 지수를 설정하여 에너지 수확 잠재력 기반으로 사이트를 비교하고 우선순위를 정한다.
• 파고와 수심이 에너지 집중에 미치는 영향을 비교 분석을 통해 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 남부 캅시아니안 해안의 어느 해안 지점에서 파력 발전기 설치에 가장 높은 파력 에너지 잠재력을 보여주는가?
• RQ2 파고와 파주기는 남부 캅시아니안 해안의 파력 분포 공간적 변동성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ3 연구 지역에서 수심이 파고에 비해 파력 집중에 얼마나 큰 영향을 미치는가?
• RQ4 남부 캅시아니안 해안에서 최대 파력 에너지 추출을 위해 최적의 파고와 에너지 주기 범위는 무엇인가?
• RQ5 그레이 울프 최적화 알고리즘이 이 맥락에서 파력 개발에 가장 적합한 사이트를 식별하는 데 얼마나 효과적인가?

주요 결과

• 남부 캅시아니안 해안에서 파력 에너지 잠재력은 수심보다는 파고에 의해 더 강하게 영향을 받는다.
• 지속적인 파고(Hs) 값이 약 3미터일 때 최적의 파력 집중이 발생한다.
• 에너지 주기(Te)가 관측된 최대 에너지 주기(Te_max)의 0.75에서 0.85배 사이일 때 최대 에너지 추출 잠재력이 달성된다.
• GWO 기반의 적합도 평가가 시간 이력과 벡터 기반 상관관계를 통합하여 가장 적합한 파력 배치 사이트를 성공적으로 규명하였다.
• 영향을 미치는 매개변수의 쌍대 비교를 통해 파고 변화가 지역 내 에너지 변동성의 대부분을 이끄는 것으로 확인되었다.
• 제안된 방법은 메타휴리스틱 최적화와 물리적 파동 모델링의 융합을 통해 해안 사이트를 효과적으로 순위 매길 수 있었다.