월파된 파도를 이용한 파력발전시스템을 월파수류형 파력발전기 OWEC(Overtopping Wave Energy Converter)라고 한다. OWEC의 성능은 발전 시스템은 특성상 파도의 파고와 주기의 영향을 받는다. 파도는 해양에 따라 파고, 주기, 파도 방향 등의 특성이 다르고 이러 한 파도의 다양한 특성 때문에 OWEC는 안정적인 전력을 생산하기 어렵다. 따라서 각 바다의 특성에 따른 OWEC의 적절한 형상에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 입자법을 사용하여 OWEC의 램프 설계가 hydraulic efficiency에 미치 는 영향을 확인했다. 총 10개의 모델을 설계하였으며, 선택된 매개변수에 따라 램프의 설계 파라미터를 선택하고 사면의 형상을 변경하여 시뮬레이션을 수행하였다. 해석 결과로부터 구한 유량을 기초로 hydraulic efficiency를 산출하였다. 계산된 hydraulic efficiency를 바탕으로 각 변수가 사면의 형상에 따른 월파 성능에 미치는 영향을 확인하였다. 본 연구에서는 특정 해역에 따른 OWEC 램프의 적절한 형상에 대한 방향을 제시하였다.

This paper presents the flow analysis of flow over a cylindrical helical-blade turbine to investigate its optimum performance by varying design parameters. For numerical investigations, shear stress transport (SST) turbulence model is used. This simulation is carried out using commercial code CFX by ANSYS Inc. In this paper, the shape optimization was of turbine blades with NACA0021 performed for the vertical-axis turbine having the cylindrical shape. The influences of blade angle of attack, helical angle, and solidity on each shape are grasped. From of the flow analysis, power coefficient decreased when the helical angle was 20 degrees or more, and no electricity is produced when the solidity of 0.1. As a result of the shape optimization, the cylindrical turbine showed the highest power coefficient of 0.2733 at 3° of the blade angle of attack, 10° of the helical angle, and 0.2 of the solidity at the tip speed ratio of 1.

Pico hydropower, which refers to generation under 5kW, has been adopted in many places in the world as a cost effective and reliable power supply. The turbine units are important components for pico hydropower and must be portable, simple to maintain. In this study, therefore, Turgo turbine units were developed which reported to be reliable, robust and able to operate efficiently over a range of flow rates. A 2D steady-state mathematical model was developed to calculate the performance and design the optimal geometry of Turgo runner. Also, a laboratory-scale simulator was constructed to test the operating performance and experiments were carried out to determine the effect on turbine efficiency of variation in speed and jet diameter. Under the best conditions, developed Turgo turbine efficiency was observed to be over 90% at a speed of 900rpm.

Design in small hydro power systems is the detailed work required a variety of epidemiological considerations. However, turbine designers were often feel the limitations due to repetitive calculations or drawings, rather than focusing on finding the turbine performance and efficiency improvements. Furthermore, miss the point in repeating the procedure design process or cross the interface is not easy to keep track of the changes required parameters should also feel the difficulties in efficient design. Improve this unreasonable points, though he design part is insufficient understanding of the hydro turbine, to automate the design to exclude the repetitive operations is the purpose of this study

The performance of helical hydro turbine in water pipe line depends on the sectional shape of turbine blade, pitch angle of turbine blade, solidity and number of turbine blades, To investigate the effects of these design factors on the performance of helical hydro turbine, flow analysis was carried out by using commercial code ANSYS CFX version 14..5. From CFD analysis we obtained the optimum design factors which were the asymmetric blade shape of NACA4420, the pitch angle of 15 degrees and the solidity of 0.3. These results can be used for the actual design of sphere-shaped helical turbine in water pipe line.

This study analyzed the temporal and spatial characteristics of water quality for five hydropower dam reservoirs in South Korea. Water temperature, pH, dissolved oxygen, and chlorophyll-a (Chl-a) showed high fluctuations in summer and autumn at all reservoirs, indicating the existence of seasonal effects. At all five reservoirs, the concentrations of suspended solids (SS) and total nitrogen (TN) fell under the “slightly bad” category and those of total organic carbon (TOC) fell under the “slightly good” category or higher, according to “the standard for living environment of lake water quality.” Variations in the concentration ranges and degrees of change in SS, TN, and TOC among reservoirs were observed, indicating the influences of rainfall, surrounding environments, and seasonal changes. Daecheong and Namgang Dam showed high Chl-a concentrations in summer, indicating that the metabolism of microbial communities, such as algae, was active.

This research summarizes the generating factors of greenhouse gas (carbon dioxide, methane, nitrous oxide) in hydropower dams and related domestic/foreign researches. Microorganisms and eutrophication are the main factors in greenhouse gases in hydropower dam reservoirs. The greenhouse gas emission from the hydropower dam is affected by meteorological factors and dam operation periods, and greenhouse gases are also emitted from the outlets. The fluxes of greenhouse gas emission from the hydropower dams were –926~180,806 mg CO2 m-2d-1, -0.19~3800 mg CH4 m-2d-1, and 0.01~16.1 mg N2O m-2d-1. In South Korea, the study on the greenhouse gas emission from Korean hydropower dams has been rarely, and therefore it is inquired. This research suggested the methods on the greenhouse gas emission from Korean hydropower dams and flux calculation.

북한은 수력발전이 전체 발전량의 약 63%를 차지할 만큼 비중이 높고, 지리적으로 수력발전 개발에 많은 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 33 개의 북한 댐개발 가능지점에 대해 DEM자료를 이용하여 유역분석 및 저수량을 산정하고, MWSWAT 모델을 이용한 30년간의 장기유출 분석 결과를 적용하여 연간가능발생전력량을 추정하였다. 33개 지점의 연간가능발생전력량은 현재 북한 수력발전량의 약 28% 수준으로 평가되었다. 또한 도별 공업지구 규모를 추정하고, 장래 인구 변동을 전망하여 도별 댐개발 우선순위를 선정하고, 저수량과 연간가능발생전력량을 기초로 도내 댐 개발 우선선위를 선정하였다. 도별 우선순위는 평안남도, 함경남도, 함경북도, 황해북도, 평안북도, 자강도, 량강도, 황해남도, 강원도 순으로 나타 났다. 본 연구의 결과는 북한지역의 수력발전댐 개발사업의 진출을 위한 초기 검토 자료로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

The numerical model was developed to estimate the transient behavior of pressure waves in pipe systems. The computational algorithm was proposed to model the water hammer phenomenon in a pipe system with pump shutdown at midstream and sudden valve closure at downstream. To predict the pressure head and the flow velocity as a function of time as a result of rapidly closing a valve and pump shutdown, two boundary conditions at the ends considering pump operation and valve control can be implemented as specified equations of the pressure head and flow velocity based on the characteristics method. It was shown that the effects of transient flow make it determine the needs for protection devices, such as surge tanks, surge relief valves, or air valves, at various points in the system against overpressure and low pressure. It produced reasonably good performance with the results of the proposed transient model for pipeline systems. The proposed numerical model can be used as an efficient tool for the safety assessment of hydropower plants due to water hammer.

본 연구에서는 북한의 발전(發電) 수자원 가능량을 조사하기 위해 포장수력 이론을 적용하였다. 발전수자원 가능량이라 함은 발전을 할 수 있는 수자원의 양을 뜻하며, 유역의 수자원을 효율적으로 사용할 수 있는 지점에 댐을 건설하기 위해 조사한다. 포장수력은 전원개발의 대상이되는 수력자원의 크기를 의미하며 수력에너지의 부존특성 개발의 방식 등을 감안하여 이론포장수력, 기술적 포장수력, 경제적 포장수력 등 3가지 유형으로 구분되나 본 연구에서는 북한의 자료의 한계로 인해 이론포장수력조사 방법에 대해서만 산정하였다. 이론포장수력이란 높은 곳에서 강하한 강수가 유역을 따라 해면까지 유하하는 데서 얻을 수 있다고 보는 유수의 잠재적 에너지로서 총 낙차와 강수량의 상승적 비례관계에 따라 산정한다. 북한의 압록강, 두만강 등 총 7개의 유역에 대해서 북한의 이론포장수력을 산정하였다. 이를 위해 북한의 27개의 강우관측소 자료를 이용해 유역별 강수량을 산정하였고 북한의 고도별 면적 강수량을 산정하기 위해 MODIS에서 제공하고 있는 Aster Gdem에서 북한 지역의 DEM을 추출하여 본 연구에 이용하였다. 이론포장수력 산정 결과 압록강유역이 7562.2×10³KW으로 가장 높았으며, 상대적으로 높은 표고에 위치한 압록강과 두만강에서 높게 산정되었다. 북한의 발전 수자원 가능량을 조사함으로써 유역의 수자원을 효율적으로 사용할 수 있는 지점을 파악할 수 있으며, 수자원의 장래 개발 가능성을 파악하고 그 개발을 촉진시키는 데에 지침이 되는 기본 자료로서 활용이 가능할 것으로 예상 된다.

태양 에너지, 풍력에너지, 폐기물에너지 등의 친환경적인 신재생에너지 중에서도 온실가스의 배출량이 가장 적으며 다른 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가진 소수력은 상대적으로 낮은 경제성으로 인해 과거에는 개발이 활발하게 이루어지지 않았다. 그러나 2013년 10월 말, 우리나라 소수력발전소 전체 설비용량은 159,975㎾로 팔당수력의 발전용량(120,000㎾)을 넘어설 정도로 활발히 개발되어지고 있다. 이는 소수력 발전소의 최적입지조건에 대한 분석을 통해 경제성 높은 발전을 이뤄낸 결과로서 소수력 발전의 경제성은 최적의 입지조건과 직결된다고 볼 수 있다. 그러므로 최적의 입지조건을 선정하기 위해 우리나라 하천에 대한 수문학적 분석 및 소수력자원량 평가에 대한 지속적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 제주도를 포함한 5대강 유역 내에 위치한 840개 표준유역을 대상으로 소수력발전 설비용량 및 연간발전량을 산정하기 위해 전국 358개 강우관측소(국토해양부 313개소, 기상청 45개소)를 기준으로 티센망을 구축하였으며, 구축된 티센망과 강우자료를 통해 각 표준유역별 연평균유량을 산정하였다. 연평균 유량 산정 시 유출계수는 수자원장기종합계획(2006)에서 제시한 유출계수를 각 표준유역에 적용하였다. 유량을 주요 매개변수로 하는 소수력 설비용량 및 연간발전량 공식에 시스템 효율과 가동률을 고려하여 낙차별 설비용량 및 연간발전량을 산정하였다. 그 결과 낙차가 높아짐에 따라 설비용량 및 연간발전량은 선형으로 증가하였으며, 단위 유효낙차 당 권역별 최대 설비용량 및 연간발전량은 한강권역의 경우 설비용량 4,140.97㎾, 연간발전량 16,686.46㎿h, 금강권역 2,468.40㎾, 9,946.65㎿h, 낙동강권역 2,728.83㎾, 10,996.11㎿h, 섬진강·영산강권역 160.14㎾, 642.93㎿h로 총 설비용량 9,498.34㎾, 연간발전량 38,272.15㎿h로 산정되었다.

해외 수력발전사업의 대부분이 네팔, 파키스탄, 인도 등 유사 발생량이 많은 나라에서 이루어지고 있어 고농도의 유사발생으로 말미암아 유효저수용량 감소, 유사유입으로 인한 수차마모, 발전효율저하, 발전가동중지 등 심각한 문제가 예상된다. 본 연구에서는 Patrind 수력발전 사업의 저수지 퇴적을 모의하고자 미공병단(HEC)에서 개발된 범용 1차원 수리해석 프로그램인 HEC-RAS를 사용하여 유사이동 분석을 수행하였다. 유사이동 모의를 위하여 상하류단 유량 및 수위 경계조건과 유량-유사량 관계곡선식이 필요하며 이 외에도 유입유사 입경, 하상토 입경분포, 유사량 공식 등을 지정해 주어야 한다. 유량자료 분석을 통하여 1980년도의 유량곡선이 30년간 평균한 일평균 유량의 패턴과 유사하여 1980년도의 유량값을 반복적으로 적용하여 운영수위 EL. 765m를 기준으로 모의한 결과 약 4.5년 이후에 저수지 전체가 퇴적되는 것으로 분석되었다. 모형 구축 초기에는 SI 단위를 적용하여 모의하였으나 하상변동이 극히 미미하게 산정되는 문제점이 있어 이를 다시 영미 단위계로 수정하여 비교한 결과 HEC-RAS자체의 단위변환에 따른 프로그램상의 오류임을 확인할 수 있었다. 그림 1에 SI 단위로 구축한 모형에서 계산된 모의결과와 영미단위를 적용하여 계산된 모의결과를 서로 비교하였다.

하천의 유입량 변화와 이로 인한 소수력발전소의 수문학적 성능변화에 대한 연구가 수행되었다. 하천에서의 유입량변화를 분석하기 위하여 유량지속특성을 예측할 수 있는 모델이 개발되었고, 이를 기반으로 하여 소수력발전소의 수문학적 성능특성을 예측할 수 있는 모델이 개발되었다. 개발된 모델의 효용성을 확인하기 위하여 안동댐에서 32년간 측정된 월유입량자료를 분석하였으며, 안동댐 상류에 위치한 소수력발전소를 대상으로 하여 수문학적 성능특성을 분석하였다. 안동댐에서

저수지의 시스템 조작은 수자원 계획 또는 관리 측면에서 저수지 설계 뿐 아니라 운영 기준을 마련하기 위해서 필수적이다. 한편 수자원 체계가 확장되고 복잡해짐에 따라 시스템 조작기법 또한 진보적인 방법이 요구된다. 이에 따라 다양한 기법이 도입되어 시스템 조작에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 국내에서 최대 규모인 한강수계 저수지 계통의 시스템 조작에 최적제어이론인 선형추적 모형을 적용하여 이용 가능성을 평가한다. 이때 한강 수계 저수지 계통은 수력발전 사

유역내의 수력 에너지자원과 수자원의 효율적 관리를 위하여 통합혼합정수계획법(combined mixed integer proguamming)을 사용한 최적 발전기 운영계획 모형을 개발하였다. 통합혼합정수계획법 모형은 기왕에 개발된 혼합정수계획법 모형에서 발생할 수 있는 모순을 해결하기 위하여 개발되었다. 또한, 조건부 제약조건과 택일 제약조건들을 선형계획법 모형에서 사용 할 수 있도록 수정하는 기법을 제안하였다. 미국 콜로라도강 하부유역에 통합혼합정수계획