로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영 향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한 다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석 (Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형 률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시 켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0*Vr를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었 다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

The distribution of tidal current and tidal induced residual current, topographical eddies and tidal residual circulation in the waters surrounding the Geumo Island-An Island channel were identified through numerical model experiments and vorticity balance analysis. Tidal current flows southwest at flood and northeast at ebb along the channel. The maximum flow velocity was about 100-150 cm/s in neap and spring tide. During the flood current in the neap tide, clockwise small eddies were formed in the waters west of Sobu Island and southwest of Daebu Island, and a more grown eddy was formed in the southern waters of Geumo Island in the spring tide. A small eddy that existed in the western waters of Chosam Island during the ebb in neap tide appeared to be a more grown topographical eddy in the northeastern waters of Chosam Island in spring tide. Tidal ellipses were generally reciprocating and were almost straight in the channel. These topographical eddies are made of vorticity caused by coastal friction when tidal flow passes through the channel. They gradually grow in size as they are transported and accumulated at the end of the channel. When the current becomes stronger, the topographic eddies move, settle, spread to the outer sea and grow as a counterclockwise or clockwise tidal residual circulation depending on the surrounding terrain. In the waters surrounding the channel, there were counterclockwise small tidal residual circulations in the central part of the channel, clockwise from the northeast end of the channel to northwest inner bay of An Island, and clockwise and counterclockwise between Daebu Island and An Island. The circulation flow rate was up to 20-30 cm/s. In the future, it is necessary to conduct an experimental study to understand the growth process of the tidal residual circulation in more detail due to the convergence and divergence of seawater around the channel.

In order to understand the tide and current around the sea route of Jinhae and Masan passages, tide measurement and 2D numerical model experiments of tidal current and residual flow were carried out. Tide is composed of 84% of semi-diurnal tide, 11% of diurnal tide and 4% of shallow water tide, respectively. Phase lags of the major components for the tide around the study area have little differences. The flows are reversing on the whole, but have rotational form around Jamdo Island, south of Masan passage in spring tide and Ungdo Island, north of Masan passage in middle and neap tide. Current flows the speed of 50 cm/s in the sea areas near small islands, 5 cm/s in Jinhae harbor, Hangam bay and near Jinhae industrial complex and 20-30 cm/s in Jinhae passage, Budo channel and Masan passage. Tide-induced topographical eddies are formed near small islands, but few eddies exist and the flow rate of less than 5 cm/s tidal residual current formed in Jinhae and Masan passages. The flows in Jinhae and Masan passage give a good condition for a passage into Jinhae and Masan harbor.

Numerical analysis has been carried out to analyze seawater flow field and power generation characteristics of the tidal current power generation system for various multi channel shroud systems. Geometrical multi channel arrangement largely affects the flow field characteristics in the shroud system which power generation performance through turbine blade depends on. Sectional averaged velocity in front of the turbine blade which increases more than 2 times compared with channel inlet is much influenced as well as the flow from the rear with curl. And flow variation results in high inlet velocity in horizontal arrangements of multi channels with mechanical output of the turbine. These results are expected to be used as applicable data for the development of the tidal power generation system with shrouds.

In order to understand the tidal current and mean flow at the west channel of Yeoja Bay in the South Sea of Korea, numerical model experiments and vorticity analysis were carried out. The currents flow north at flood and south at ebb respectively and have the reversing form in the west channel. Topographical eddies are found in the surroundings of Dunbyong Island in the east of the channel. The flood currents flow from the waters near Naro Islands through the west channel and the coastal waters near Geumo Islands through the east channel. The ebb currents from the Yeoja Bay flow out along the west and the east channels separately. The south of Nang Island have weak flows because the island is located in the rear of main tidal stream. Currents are converged at ebb and diverged at flood in the northwest of Jeokgum Island. Tidal current ellipses show reversing form in the west channel but a kind of rotational form in the east channel. As the results of tide induced mean flows, cyclonic and anticyclonic topographical eddies at the northern tip but eddies with opposite spin at the southern tip are found in the west channel of Yeoja Bay. The topographical eddies around the islands and narrow channels are created from the vorticity formed at the land shore by the friction between tidal currents and the west channel.

수치모델실험을 사용하여 한국 서남해 압해도 주변 해역의 조류 및 조석잔차류 분포를 파악하였다. 조류는 대체로 반 일주조가 탁월하며, 조류 주방향은 압해도 주변 다도해역이 좁은 협수로인 관계로 대부분 수로를 따라 형성되었다. 조류타원 형태는 주변수 심 및 인근에 산재한 섬 주위 해저지형의 영향으로 대부분 직선에 가까운 왕복성이었으나, 매화도~증도 사이 기점도, 화도, 당사도 주위에 약한 회전성 조류타원 형태였다. 창조류는 화원반도 서쪽 연안을 따라 팔금도~암태도, 암태도~증도 수로에서 북동류한 조류와 함께 압해도 북서쪽 다도해로 빠지고, 낙조류는 반대로 북서 다도해의 협수로를 따라 암태도~증도, 암태도~팔금도를 통과하고 암태도~증 도에서의 조류는 팔금도~화원반도 서쪽 연안을 따라 남류했다. 압해도 연안은 창조시 북류한 흐름이 해안에서 동서로 분류되어 압해도 서쪽과 동쪽을 따라 흐르고 낙조시는 조간대 만곡부에서 남류한 흐름과 섬 서쪽과 동쪽에서 남~남동류한 흐름이 팔금도~화원반도 사이로 흘렀다. 조류유속이 강한 곳은 암태도~압해도 사이 합류역이었다. 조석잔차류는 다도해 협수로의 빠른 유속으로 섬 주변 흐름 하류 역에 후류와 또는 지형성와류가 형성되었다. 압해도 서쪽에 약한 반시계방향 와류와 압해도 북서 만곡부에 시계방향 환류가 존재했다. 북쪽 협수로를 제외한 압해도 연안은 조간대가 발달되어 조석잔차류 유속이 미약하였다.

Currently, many nations in the world make a strong effort to exploit the new and renewable energy. Tide and Tidal Current Energy are the constant and regular power sources with higher and more stable quality compared to other renewable sources. The present paper investigate the status of Tide and Tidal Current energy analyzing its latest technology and development.

본 연구에서는 BEMT(Blade Element Momentum Theory)에 의해 우선 정격 출력 100 kW인 수평축 조류 발전용 단일 터빈에 대한 기본 형상 설계를 진행하고, CFD 해석을 통해 블레이드 주변 유동특성 파악 및 출력 성능 예측을 하였다. 기본적인 에어포일은 FFA-W3-301, DU-93-W210, NACA-63418을 사용하였다. 이를 바탕으로 상반회전 터빈의 특성을 고찰한 결과, 설계 주속비 5.17에서 최대 출력계수는 0.495이며, 터빈의 출력은 101.82 kW를 얻었다.

본 연구는 조류발전 사업이 보다 환경친화적 에너지개발사업이 되도록 유도하기 위한 국내 해역에 적합한 환경평가 가이드라인을 제시하는데 목적을 두었다. 본 연구는 국내외 관련 문헌들을 수집하여 조사·분석하였고, 해양에너지 개발 및 해양환경 전문가들과의 면담과 전문가 세미나를 진행하여 합리적인 입지선정 타당성 검토방안과 환경평가단계의 가이드라인을 도출하였다. 입지선정 타당성 검토방안은 입지선정 시 고려해야할 항목을 제시하였고, 이를 바탕으로 조류발전 사업의 특성과 환경영향을 최소화 할 수 있는 적정입지선정 방안을 제시하였다. 환경평가 단계에서의 가이드라인은 조류발전 사업에 대한 환경영향을 파악하고 이에 대한 환경영향평가를 효과적으로 수행하기 위해 현황조사, 영향예측, 저감방안, 사후환경영향 조사계획의 네 단계로 구분하여 제시하였다.

최근 기후변화를 초래하는 화석연료의 사용을 감축하는 세계적 추세와 함께 에너지의 안정적 공급을 위해 많은 노력이 요구되고 있다. 또한 2012년부터는 500 MW 이상의 전기를 생산하는 에너지사업자는 신재생에너지 의무할당제의 적용을 받는다. 조류자원은 최근 각광을 받고 있는 신재생에너지이며, 이러한 조류자원은 매우 크지만 제한된 지역에 분포하고 있으므로 조류에너지를 효과적으로 이용하기 위해서는 반드시 기술적, 경제적인 측면의 평가가 요구된다. 그러므로 본 연구에서는 부남군도 해역에 부존하는 조류자원 실용화 기술개발을 위하여 조류에너지원에 대한 자료수집 등의 현황분석과 수치모델을 이용한 시뮬레이션 등을 통하여 조류에너지 분포도를 조사하고 이용 가능한 연간 에너지 생산량을 산정, 조류발전기를 모듈화 하여 최적의 조류발전단지 구성기술을 개발하고자 한다.