파력발전장치 설계를 위한후포 연안의 파랑 분석 및 스펙트럼 추정

Abstract

파력변환장치에는 여러 가지 형식이 있으며 지점흡수식이 가장 많이 연구되고 있다. 하지만, 국내외적으로 진동형 전력부이 형식의 설계를 위한 계통적 실측자료 분석 예는 찾기가 어렵다. 본 연구는 권 등(2010)에 의해 제안된 지점흡수식인 공진형 파동에너지 추출시스템에 작용하는 파랑외력을 산정하고자 한다. 본 연구는 경북 동해안에 위치한 후 포항 북방파제 전면수역에서 수압식 파고계를 이용하여 약 3년동안 관측한 자료(2002년 5월 1일~2005년 3월 29일)를 대상으로 시계열 스펙트럼을 분석하였다. 분석결과, 월별주기변동과 파고변동이 뚜렷하게 나타나며 월별 파력이 년 간 불균등하게 분포함을 알았다. 상시파랑의 평균 파형경사는 풍파영역인 0.02-0.04보다 작은 0.01이였다. 년 중 파의 평균주기의 최빈값은 5.31 sec 이며 본 주기에 해당하는 파고 중 최빈 파고는 0.32m이다. 첨두 주기의 발생확률은 이산형(bi-modal)으로 나타나며 4.47 sec와 6.78 sec에서 mode값을 보인다. 설계주기는 이러한 4개의 값으로부터 선택할 수 있다. 파고는 1m 이하가 약 95%를 차지하고 있다. 본 연구를 통하여 파력이 미약한 해역에서는 공진형 파력 시스템이 필요하며 파력의 월별 불균등 분포를 극복하기 위한 최적설계가 전력생산단지(Wave Energy Farm) 형성을 위한 주요한 과제임을 알았다. 본 연구는 상시파랑의 평균스펙트럼에 대하여 표준스펙트럼으로 표현이 불가능하여 3개의 매개변수로 표현이 가능한 새로운 스펙트럼형을 제안하였으며 파력부이에 의한 전력생산 예측과 피로해석을 위한 기본 자료를 제공할 수 있다.

There exist various types of the WEC (Wave Energy Converter), and among them, the point absorber is the most popularly investigated type. However, it is difficult to find examples of systematically measured data analysis for the design of the point absorber type of power buoy in the world. The study investigates the wave load acting on the point absorber type resonance power buoy wave energy extraction system proposed by Kweon et al. (2010). This study analyzes the time series spectra with respect to the three-year wave data (2002.05.01~2005.03.29) measured using the pressure type wave gage at the seaside of north breakwater of Hupo harbor located in the east coast of the Korean peninsula. From the analysis results, it could be deduced that monthly wave period and wave height variations were apparent and that monthly wave powers were unevenly distributed annually. The average wave steepness of the usual wave was 0.01, lower than that of the wind wave range of 0.02-0.04. The mode of the average wave period has the value of 5.31 sec, while mode of the wave height of the applicable period has the value of 0.29 m. The occurrence probability of the peak period is a bi-modal type, with a mode value between 4.47 sec and 6.78 sec. The design wave period can be selected from the above four values of 0.01, 5.31, 4.47, 6.78. About 95% of measured wave heights are below 1 m. Through this study, it was found that a resonance power buoy system is necessary in coastal areas with low wave energy and that the optimal design for overcoming the uneven monthly distribution of wave power is a major task in the development of a WEF (Wave Energy Farm). Finding it impossible to express the average spectrum of the usual wave in terms of the standard spectrum equation, this study proposes a new spectrum equation with three parameters, with which basic data for the prediction of the power production using wave power buoy and the fatigue analysis of the system can be given.