[사이언스칼럼] 에너지·환경 산업에 활용되는 전산유체역학 시뮬레이션

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 에너지·환경 산업에 활용되는 전산유체역학 시뮬레이션

박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

  • 승인 2022-11-24 16:55
  • 신문게재 2022-11-25 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
박상신
박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원
18세기 영국에서 시작된 1차 산업혁명은 전 세계 여러 지역으로 확산되며, 에너지에 대한 수요가 급증하는 결과를 초래했다. 현재 에너지원으로 주로 사용되는 원료는 석탄, 원자력, 가스, 오일 등이 전체 원료의 84% 이상 차지하고 있다. 이들 원료는 대부분 화력 발전 혹은 원자력 발전으로 열에너지를 전기 에너지로 전환시켜 산업 분야뿐만 아니라 일반 가정에서 매우 중요하게 활용되고 있다. 최근에는 석탄, 가스 및 오일 등을 원료로 하는 화력발전에서 발생하는 이산화탄소로 인한 기후위기와 분진으로 인한 미세먼지 때문에 풍력, 수력, 태양광, 수소에너지와 같은 신재생에너지의 비율이 점차 증가하는 추세다. 이렇듯, 이산화탄소 발생이 없어 기후위기에서 자유로운 탄소중립 정책은 대한민국뿐만 아니라 전 세계 138개국이 참여하여 신재생 에너지의 비율은 점차 확대되고 있다.

기존 에너지·환경 산업 분야에서는 다양한 화력 발전과 원자력 발전에 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션이 광범위하게 적용 및 활용되고 있다. 가령, 고온·고압의 화력 및 원자력 발전의 가혹한 운전 조건아래 직접 운전을 하지 않더라도 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 최적의 운전조건을 도출할 수 있다. 특히, 석탄, 가스, 오일 등의 성상 및 운전 조건에 따라 달라지는 연소기(원료를 연소시켜 열에너지를 생산하는 설비)에 안정성, 열효율, 오염물질의 배출 성상을 미리 파악할 수 있다. 또한 연소 가스가 한쪽으로 치우치는 편류 현상과 유동의 흐름에 민감한 비산재의 방향을 미리 예측하여 설비 내에 침식을 막을 수 있다. 다양한 발전소의 설계안에 대해서도 가장 적은 노력으로 가장 높은 에너지 효율을 갖는 설계안을 찾아 시공단계에 적용이 가능하다. 특히, 화력 발전소 운전과정에서 발생하는 이산화탄소, 유해가스, 미세먼지 등을 정화시키기 위한 화력 발전 설비 후단의 환경 설비(집진기, 스크러버, 사이클론 등)의 최적 설계에 적극 활용돼 에너지 설비 분야뿐만 아니라 환경 설비 분야에도 그 활용도가 검증되고 있다.

요즘 이슈화되고 있는 기후위기와 환경문제를 고려한 신재생 에너지 산업 분야에서도 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션은 이미 광범위하게 활용되고 있다. 특히, 신재생 에너지 분야의 대표 산업인 풍력 발전은 단일 풍력 발전 터빈에서 여러 대의 풍력 발전 터빈(풍력 발전 단지)까지 불어오는 바람의 유동과 풍력 터빈을 거친 후 유동 특성을 미리 파악하여 최적화된 풍력 터빈 날개 설계에서부터 앞 풍력 터빈에 의한 유동 영향을 최소화하는 후단 풍력 터빈 위치까지 선정할 수 있다. 특히, 풍력 발전 단지의 경우 지형과 날씨 특성을 고려한 유동 해석이 매우 중요하다. 현재는 컴퓨터 및 수치적 모델링의 발달에 힘입어 이러한 특성들까지 고려한 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션이 가능해져 실제와 유사한 유동 특성 해석결과를 얻을 수 있다. 또한 바람에 의해 회전하는 풍력 발전 터빈의 지지체 구조 해석과 소음 예측을 통해 민가에 소음으로 인한 피해를 최소화할 수 있다.

최근 태양광 및 태양열을 통합하는 복합 태양 에너지 모듈화 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 기존의 태양전지와 태양광/열을 모두 에너지화하는 분야로써, 모듈 내에 물 혹은 공기를 통한 태양 열에너지의 열전달 특성을 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 예측하여 높은 에너지 효율을 갖는 설계안 및 운전조건을 도출할 수 있어 모듈 내 열·유동 해석 연구에 많이 활용된다.

clip20221124090856
다양한 에너지·환경 산업에 활용되는 컴퓨터 시뮬레이션 적용 사례. (출처 태성에스엔이 (TSNE), https://www.tsne.co.kr/pc/public/sub2/11-0-0.php)
이렇듯, 다양한 에너지·환경 산업에 최적화된 설계인자 도출에서부터 실제 운용에서 발생할 수 있는 여러 문제점들의 예측과 사전 예방까지 이 모든 공정에 전산유체역학 기반 컴퓨터 시뮬레이션이 가장 중요하게 활용된다. 또한, 이것은 저비용으로 신속·정확한 엔지니어링 데이터를 확보 및 최적화된 솔루션을 제시하고 설계에 반영할 수 있어 에너지·환경 산업의 연구·개발에 필수적이다. 박상신 한국에너지기술연구원 계산과학연구실 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 대전시장 후보자 토론회
  2. "꽃보다 출동조끼"… 부부의 날 앞두고 만난 의용소방대 부부
  3. [중도일보-세종선관위 공동기획 '지방선거 포커스④'] 투표용지 인쇄 점검
  4. 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검
  5. [기고] 오래된 시간을 지키는 일, 21세기 소방의 역할
  1. 큰절, 태권무, 1000인 선언… 대전교육감 선거 첫날부터 총력전
  2. 이장우 유세 첫 날 날선 시정 비판! 노잼도시 만든 무능 VS 방사청 당겨온 유능(영상)
  3. 어려운 이웃을 위한 자비의 쌀 나눔
  4. 한남대 고교 연계 대입평가 S등급… 대전권 대학 희비
  5. K-water 금강유역본부, 선제적 물 재해 대응 본격화

헤드라인 뉴스


"충남에 살면 예우수당 없어"… 5·18 유공자 지원 ‘천차만별’

"충남에 살면 예우수당 없어"… 5·18 유공자 지원 ‘천차만별’

최근 5·18 민주화운동 역사 인식 제고 필요성이 커지고 있지만, 5·18 민주 유공자 예우를 위한 지원조차 지역마다 천차만별인 것으로 파악됐다. 시도별로 재정 여건에 따라 5·18 유공자에 대한 보훈수당 지원 여부와 액수가 다르기 때문이다. 현재 대전시와 5개 자치구는 5·18 유공자를 보훈수당 지원 대상에 포함한 반면, 충남도는 시군 차원에서만 지원 중이며 지역마다 지급 규정이 없거나 각기 다른 실정이다. 법적으로 보훈수당 지급 체계와 기준을 명확히 마련하고 재정이 열악한 지자체에 특별교부세 지원이 필요하다는 지적이 나온다. 2..

삼성전자 노사 성과급 합의 `후폭풍`…  주주단체 "주주이익 침해" 결집 예고
삼성전자 노사 성과급 합의 '후폭풍'… 주주단체 "주주이익 침해" 결집 예고

삼성전자 노사가 극적인 합의로 총파업 위기는 넘겼지만, 합의 내용이 알려지면서 후폭풍이 거세지고 있다. 지역 경영계는 반도체 호황이라는 특수성을 노동계 전반의 기준으로 일반화해서는 안 된다고 우려했다. 특히 실적이 부진한 사업부에도 성과급이 지급되는 것에 대해 비판의 목소리도 나온다. 21일 공개된 삼성전자 노사의 '2026년 성과급 노사 잠정 합의서'에 따르면 노사는 기존 초과이익성과급(OPI) 제도를 유지하되 디바이스솔루션(DS) 부문에 특별경영성과급 제도를 신설하기로 합의했다. 특별경영성과급은 노사가 합의해 선정한 사업성과의..

대통령 관심 높은 `K팝 공연장` 충청권도 공약 쏟아져
대통령 관심 높은 'K팝 공연장' 충청권도 공약 쏟아져

이재명 대통령이 "국가상징 (K팝) 공연장이 필요하다"며 5만석 이상 규모 공연장의 추진을 거듭 지시한 가운데 지방선거에 나선 충청권 후보들도 관련 공약을 내놓아 주목을 끈다. 이 대통령은 20일 청와대에서 열린 국무회의 겸 비상경제점검회의에서 '취임 1주년 국정성과'를 보고 받으면서 문화체육관광부에 "K팝 공연장 확보는 어떻게 되고 있나. 대규모 공연장을 새로 지어야 할 것 아닌가"라고 주문했다. 이 대통령은 5만석 규모의 공연장이 몇개 필요하다면서 현재 2~3만석 규모로 짓고 있는 공연장에 대해 아쉬움을 드러냈다. 문체부가 공개..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 13일간의 지방선거 유세전 시작…‘우리 후보 뽑아주세요’ 13일간의 지방선거 유세전 시작…‘우리 후보 뽑아주세요’

  • ‘중원을 잡아라’…여·야대표 충청 총출동 ‘중원을 잡아라’…여·야대표 충청 총출동

  • 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검 공식 선거운동 D-1, 선거벽보 점검

  • 대전시장 후보자 토론회 대전시장 후보자 토론회