3.2.1 해양구조물 LCOE 분석 및 저감기술 개발
¡ 1차년도: 서남해안 해상풍력발전단지 지지구조 형식별 LCOE 분석
- 국내 해상풍력발전 내·외부 환경을 고려한 LCOE 분석기법 개발하고, 개발된 분석기법을 서남해 해상풍력단지 환경조건을 고려하여 지지구조 형식별 LCOE를 분석함. 이후, 서남해 안 해상풍력단지에 적용가능한 지지구조물에 대한 설계 및 제작 개선사항 등을 분석하고 자 함.
Ÿ 국내 해상풍력발전 내·외부 환경을 고려한 LCOE 분석기법 개발 Ÿ 서남해안 해상풍력단지 기존 지지구조 형식 LCOE 분석
Ÿ 서남해안 해상풍력단지 지지구조물 설계 및 제작 개선사항 분석
¡ 2차년도: 서남해안 해상풍력발전 LCOE 저감을 위한 신형식 지지구조 제안
- 국내 해상풍력발전 내·외부 환경을 고려한 최적의 지지구조 형식 표준모델을 개발하고, 이를 서남해 해상풍력발전단지 환경조건을 고려하여 LCOE를 분석함. 이후, 유사한 환경의 국외 해상풍력발전 단지를 선정하여 LCOE를 비교·분석하고자 함.
Ÿ 서남해안 신형식 지지구조물 표준모델 제안 Ÿ 신형식 지지구조물에 대한 LCOE 분석
Ÿ 국외 해상풍력발전 LCOE 산정 결과와의 비교·분석
¡ 3차년도: 1MW 조류발전시스템 LCOE 분석
- 1MW급 조류발전시스템에 대한 LCOE를 분석함으로써, 10MW급 조류발전단지에 대한 경제 성 평가 등에 준비.
Ÿ 조류발전시스템 CAPEX 분석(발전기, 지지구조물, 설치 등) Ÿ 조류발전시스템 OPEX 분석(운영비, 유지관리비 등)
Ÿ 조류발전시스템 AEP 분석(설치환경 및 성능곡선 등 고려) Ÿ 1MW 조류발전시스템 LCOE 분석
¡ 4차년도: 10MW급 조류발전단지 LCOE 분석
- 10MW급 조류발전단지 LCOE를 분석함으로써 해양수산부 2030 해양에너지 개발 계획에 부 응하고, 이 계획에서 제시하고 있는 10MW급 조류발전단지에 대한 경제성을 평가, 제시하 고자 함.
Ÿ 단지건설에 따른 제작 및 설치 비용 저감 효과 분석 Ÿ 단지건설에 따른 운영 및 유지관리 비용 저감 효과 분석 Ÿ 단지건설 시 후류효과에 따른 AEP 변동 분석
Ÿ 10MW급 조류발전단지 LCOE 분석
3.2.2 안전한 항만도시 구축을 위한 침수 및 월파 저감형 가동식 호안 기술
¡ 1차년도: 가동식 호안 거동 및 수리특성 분석
- 1차년도에는 가동식 호인의 프로토 타입 형식 디자인을 도출하고 이에 대한 수치해석 (CFD, 정적 및 동적 거동 분석) 및 2차원 수리 실험을 수행할 예정임.
Ÿ 가동식호안 프로토타입 형식디자인 도출
Ÿ CFD 모델링에 의한 가동식호안의 정적 및 동적 거동특성 분석 (2D) Ÿ 수리실험을 통한 가동식호안의 침수/월파 대응 수리성능 평가 (2D)
¡ 2차년도: 가동식 호안 기본설계 및 성능평가
- 가동식 호안의 현장적용을 위한 기본 설계를 수행하며, 수치 및 수리실험을 통하여 설계 (안)에 대한 거동 특성 평가를 수행함
Ÿ 가동식호안 디자인 기본설계
Ÿ CFD 모델링에 의한 가동식 호안의 정적 및 동적 거동특성 분석 (3D) Ÿ 수리실험을 통한 가동식 호안의 침수/월파 대응 수리성능 평가 (3D)
¡ 3차년도: 가동식 호안 가이드라인 및 마스터플랜
- 가동식 호안 현장적용을 위한 설계 및 유지관리 가이드라인을 제시하고, 마스터플랜 수립 에 관한 연구 및 경제성 분석을 수행함
Ÿ 구조해석에 의한 응력취약부 평가 및 가동식 호안 최적단면 도출 Ÿ 가동식 호안 가이드라인 작성
Ÿ 가동식 호안 마스터플랜 수립 및 경제성 분석
¡ 4차년도: 가동식 호안 실증계획 및 자료 구축
- 개발된 가동식 호안의 실증 R&D 추진을 위한 기본계획을 수립하고, 연구 수행과정에서 축적한 연구성과의 DB 구축 및 일반 공개를 추진할 예정임
Ÿ 가동식 호안 현장 적용을 위한 기본계획 수립 및 실증 R&D 추진 Ÿ 가동식 호안 수리 및 구조 실험 DB구축 및 공개
Ÿ 오픈소스 기반 호안구조물 해석 CFD 모델 공개 및 배포
3.2.3 구조물 배치 최적화
¡ 1차년도: 비구조 격자 영역모델 수립
-울진 동해연구소가 위치한 후정해변에 설치 예정인 잠제 주변 현장 관측을 실시하며 이에 기반하여 Telemac-Mascaret 모형을 사용한 후정 해변 고해상도 비구조격자 영역모델 시스 템을 수립하여 파랑, 흐름 및 퇴적물 이동을 계산하며 이 결과를 토대로 잠제 주변 해저지 형 변동을 예측.
Ÿ 수심 측량을 통한 해저 지형 변화 관측
Ÿ 파랑, 흐름 등 수리자료 및 퇴적물 농도자료 현장 관측
Ÿ 구조물 주변 정밀지형 구현 고해상도 비구조격자 영역모델시스템 수립
¡ 2차년도: 구조물 주변 난류에너지 예측 정확도 개선
-CFD 모형에 VOF기법을 적용하여 쇄파현상을 구현하는 파랑 정밀모형을 수립 한 후 LES 난류기법을 적용하여 구조물 주변에 발생하는 난류에너지의 예측 정확도 개선 및 퇴적물 입자추적 모델을 결합하여 구조물 주변 퇴적물 부유 현상 규명.
Ÿ 수심 측량을 통한 해저 지형 변화 관측 Ÿ LES 기반 CFD 모델 수립
Ÿ 구조물 주변 난류에너지 예측 정확도 개선
¡ 3차년도: 구조물 주변 파랑, 흐름 및 퇴적물 이동 예측 정확도 개선
-구조물 주변 파랑, 흐름 및 퇴적물 이동 예측 정확도 개선: Telemac-Mascaret 모형의 파랑
모듈을 수정하여 연안구조물 후면에 발생하는 회절현상 정확도 개선 및 CFD 모형을 적용 하여 포말대 처오름/처내림 현상 시 난류에너지 분포 및 퇴적물운동 정밀규명 후 이를 통 한 포말대 침/퇴적 현상 메카니즘 분석.
Ÿ 수심/수리 및 해안선 관측
Ÿ 구조물 후면에 발생하는 회절 정확도 개선 Ÿ 포말대 퇴적물이동 모델 정확도 개선
¡ 4차년도: 연안구조물 배치 최적화 방안 개발
-연안구조물 후면 회절효과 고려한 해안선변형 예측 정확도 개선 후 이를 통한 연안구조물 평면배치 최적화 방안 창출 및 CFD 모델 기반 연안구조물 전 후면 쇄파 난류에너지 예측 개선을 통한 구조물 안정성 분석.
Ÿ 수심 및 해안선 관측
Ÿ 구조물 평면배치 최적화 방안 수립 Ÿ 연안구조물 안정성 분석
Ÿ 후속 과제 개발 : GPU 기반 모델 개발 등
3.2.4 수중코팅
¡ 1차년도: 수중코팅 장비개발 및 폐어망 재활용 TRC 제조기술 개발
-장비의 종류에 따른 각 코팅재료의 부착강도, 부착두께 등의 성능을 비교하고, 각 수중코 팅장비에서 요구되는 최소작업시간 측정(작업온도, 가사시간, 경화시간, 장비 세척시간 등 을 고려). 또한 폐어망 재활용 섬유보강재 제작, 인장강도 등의 기계적 특성 분석, 미세촬 영을 통한 섬유 표면 관찰하고, 폐어망 재활용 TRC 제조 방법 개발 및 복합재료의 성능 평가함.
Ÿ 기존 육상코팅장비의 특성 분석 Ÿ CFD 해석 및 기존 장비 성능 개선
Ÿ 시판 수중코팅재료, 코팅장비를 사용한 수조실험
Ÿ 폐어망 재활용 섬유보강재 제조 및 특성 분석/폐어망 재활용 TRC 제조기술 개발
¡ 2차년도: 수중코팅 실해역 실험 준비 및 폐플라스틱 재활용 복합재료 제조 방법 개발 -해양환경과 접근성 등을 고려하여 실해역 시험 적지를 선정하고, 관련 준비작업 수행. 또
한 폐플라스틱을 재활용한 섬유보강재 제작 및 인장강도 등의 기계적 특성 분석, SEM 사 진촬영을 통한 섬유 표면 관찰, 그리고 폐플라스틱 재활용 복합재료 제조 방법 수립 및 개 발된 복합재료의 성능 평가.
Ÿ 수조실험기반 최적코팅재료 및 최적배합 도출 (Phase I)
Ÿ 수조실험기반 실해역 실험을 위한 장비의 성능개선 (Phase I) 및 적지선정 (주변환경 조사 포함) Ÿ 실해역 예비실험 수행
Ÿ 폐플라스틱 재활용 섬유보강재의 기계적 특성(인장특성) 분석 및 개발된 복합재료의 성능 평가
¡ 3차년도: 수중코팅 실해역 실험 수행 및 성능평가, 폐유리 재활용 복합재료 제조 방법 개 발
-실해역 시험을 통해 개발된 수중코팅장비의 문제점을 파악하고 보완을 위한 설계 수행하 며, 또한 각 수중코팅장비 별 요구되는 최소작업시간 측정(가사시간, 경화시간, 장비 세척 시간 고려)하여, 각 장비별 시판 수중코팅재료의 최적배합 제시하고자 함. 또한 폐유리 재 활용 섬유보강재 제작 및 인장강도 등의 기계적 특성 분석을 하고, SEM 사진촬영을 통한 섬유 표면 관찰하고, 폐유리 재활용 복합재료의 제조 방법 개발 및 복합재료의 성능 평가.
Ÿ 코팅재료 및 코팅장비를 사용한 실해역 실험 수행
Ÿ 최적 수중코팅재료 및 최적배합 도출 (Phase II) 및 코팅장비의 성능개선 (Phase II) Ÿ 코팅재료의 수중성능평가(파괴, 비파괴) 방안 수립
Ÿ 폐유리 재활용 섬유보강재 기계적 특성 분석 및 복합재료의 성능 평가
¡ 4차년도: 수중코팅 운영 매뉴얼 개발, 해양쓰레기 재활용 기술 데이터 구축
-각 수중코팅장비에 대한 시판 수중코팅재료의 최적배합 정리. 해양쓰레기 재활용 기술과 관련하여 해양쓰레기 종류별(폐어망, 폐플라스틱, 폐유리) 보강섬유 특성을 정리하고, 보강 섬유를 활용한 복합재료에 대한 특성을 정리하며, 실제 제조를 위한 보강섬유 및 복합재료 제조방법 정리.
Ÿ 수중코팅재료 및 수중코팅장비 사용방법에 관한 매뉴얼 작성 Ÿ 수중코팅 파괴/비파괴 평가 매뉴얼 작성
Ÿ 비상 상황 대응 매뉴얼 작성
Ÿ 해양쓰레기(폐어망, 폐플라스틱, 폐유리) 재활용 방법 매뉴얼 작성
3.3 사업추진체계 및 전략
3.3.1 사업추진체계
¡ 해양에너지 및 항만‧해양구조물 실용화 기술개발의 주요 연구내용을 효과적으로 추진하기 위하여 아래와 같은 추진체계를 제시함.
- 해양에너지(해상풍력 및 조류발전) LCOE 분석 및 저감과 관련하여, 먼저 국내 환경에 적 합하고, 객관적인 LCOE 분석 방법의 정립이 필요함.
Ÿ 이를 위하여 관련 연구를 다년간 수행한 바 있는 에너지경제연구원과의 협업이 필요.
Ÿ 에너지경제연구원은 조류발전 클러스트 구축 등에 관한 연구를 우리 연구원 위탁과제로 수행한 바 있어, 해양에너지에 대한 전반적인 이해도가 높음.
Ÿ 한편, 서남해안 해상풍력발전단지 건설과 관련된 경험 및 해상환경자료를 확보하기 위하여 전력 연구원을 비롯하여 실제 설계를 수행한 바 있는 국내 전문엔지니어링사의 협조가 필요함.
- 안전한 항만도시 구축을 위한 침수 및 월파 저감 가동식 호안과 관련하여, 유사한 연구를 지속적으로 수행하고 있는 국내외, 특히 일본의 전문 연구기관과의 협력을 강화할 필요가 있음.
Ÿ 이를 위하여 국내 전문가 활용을 통한 자문을 받을 수 있음.
Ÿ 또한 우리 연구원과 수년째 공동워크숍을 개최하고 있는 일본의 PARI(Port and Airport Research Institute)를 비롯하여, CDIT(Coastal Development Institute of Technology), WAVE(Waterfront V Engineering) 등과도 공동워크숍을 개최하여 기술교류를 지속 추진.
- 해안선 보호를 위한 연안구조물 배치 최적화 방안과 관련하여, 동해연구소 전면 후정해수 욕장 침식저감을 위한 연구를 지속 수행할 필요가 있음.
Ÿ 우리 연구부서의 경우 해당 분야 전문가가 있으나, 과거 몇 차례의 조직개편으로 관련 전문가가 해양ICT융합연구센터 및 동해연구소 침식연구팀에 분산된 바 있음.
Ÿ 동해연구소 전면 후정해수욕장에 설치되어 있는 비디오 모니터링 장비를 활용하고, 또한 실제 수심관측 등을 지속적으로 수행하기 위하여, 해양ICT융합연구센터 및 동해연구소 침식연구팀과 공동연구를 수행할 필요가 있음.
- 구조물의 수중보수를 위한 수중코팅 및 해양쓰레기 재활용 복합재료 제조기술 개발과 관 련하여 우리 연구원에서 보유하고 있지 않은 기술을 가지고 있는 대학과의 공동연구가 필 요
Ÿ 수중코팅 이후 수중코팅제의 두께 및 부착강도 등을 수중에서 평가할 수 있는 수중비파괴검사