[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. 대전동산중, 교육공동체 스포츠축제 시즌3 성황… "함께 웃고, 함께 뛰는 경험"
  2. 천안시복지재단, 어린이들과 함께한 따뜻한 나눔 동행
  3. 삼성E&A, 천안지역 취약계층 위한 후원금 5000만원 기탁
  4. 현담세무법인성정지점 이원식 대표, 천안사랑장학재단에 장학기금 300만원 기탁
  5. 타이거태권도장, 천안시 쌍용3동 사랑 나눔 라면 기탁
  1. 천안법원, 차량소유권 이전 사기 혐의 40대 남성 실형
  2. 한기대, 2025학년도 동계 기술교육봉사단 출범
  3. 천안문화재단, 취묵헌서예관 개관 기념전 '서여기인' 연장 운영
  4. 백석대, 태국 푸켓서 '한식 세계화' 프로젝트 성료
  5. 천안시보건소, 농한기 맞아 '찾아가는 노인 건강교실' 운영

헤드라인 뉴스


대전충남 `깜깜이 통합` 우려…"정부, 청사진 제시해야"

대전충남 '깜깜이 통합' 우려…"정부, 청사진 제시해야"

대전·충남을 시작으로 전국 곳곳에서 행정통합에 대한 논의가 한창이지만, 권한 배분과 재정 특례·행정 운영 모델 등 정부의 통합 지자체 청사진 제시는 감감무소식이다. 더욱이 정치권이 6월 지방선거에 통합 단체장을 뽑겠다고 못 박으면서 주민들 입장에선 미래비전에 대한 숙의는 뒷전이고 정치 논리만 득세하는 '깜깜이 통합'이 될 수 있다는 우려가 커지고 있다. 이재명 대통령과 더불어민주당 광주·전남 지역구 의원 18명, 강기정 광주시장과 김영록 전남지사는 9일 청와대에서 두 지역의 행정 통합 논의를 위한 오찬 간담회를 진행했다. 이 자리에..

윤석열 구형 13일로 연기…충청 與 "사형 기다린 국민 우롱"
윤석열 구형 13일로 연기…충청 與 "사형 기다린 국민 우롱"

12·3 비상계엄과 관련해 내란 우두머리 혐의로 기소된 윤석열 전 대통령의 결심 공판 13일로 연기되자 충청 여야 반응의 온도차가 극명했다. 서울중앙지법은 9일 결심 공판이 밤늦게까지 이어졌지만, 핵심 절차인 구형과 피고인 최후진술을 마치지 못한 데 대해 여당인 더불어민주당은 즉각 "국민을 우롱한 결정"이라며 비판했다. 반면, 국민의힘은 별다른 공식 입장을 내놓지 않으며 대조를 보였다. 서울중앙지법 형사합의25부는 지난 9일 윤 전 대통령과 김용현 전 국방부 장관, 조지호 전 경찰청장 등 군·경 수뇌부 8명의 내란 관련 사건에 대한..

홈플러스 유성점 매각 검토에 대전 유통지형 변화하나... 상권 침체·소비자 편익 감소 우려
홈플러스 유성점 매각 검토에 대전 유통지형 변화하나... 상권 침체·소비자 편익 감소 우려

홈플러스 대전 문화점 폐점이 보류된 데 이어 유성점도 매각이 거론되자 대전 대형마트 유통 구조 변화에 따른 인근 상권 침체와 소비자들의 소비 편익이 크게 줄어들 것이란 우려가 나온다. 해당 점포가 문을 닫을 경우 대전 대형마트 유통 지도에서 주요 점포가 사라지게 돼 인근 거주자들의 불편과 상권 위축이 뒤따를 것으로 전망된다. 11일 업계에 따르면 홈플러스는 내년 중 서수원점과 야탑점, 진해점을 매각할 예정이며, 현재 매매계약이 진행 중인 대전 유성점과 동광주점까지 5곳이 매각 대상이다. 홈플러스는 4000억 원가량으로 예상되는 매각..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 설 연휴 승차권…‘15일부터 예매하세요’ 설 연휴 승차권…‘15일부터 예매하세요’

  • 상소동 얼음동산 ‘겨울나들이’ 상소동 얼음동산 ‘겨울나들이’

  • 윤석열 전 대통령 구형에 쏠린 눈 윤석열 전 대통령 구형에 쏠린 눈

  • 천연기념물 원앙 무리 대전 유등천에서 겨울나기 천연기념물 원앙 무리 대전 유등천에서 겨울나기