[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. 대전 미래 10년 도시철도 밑그림 완성... 민선 9기 전략 중요
  2. [민선9기 출범] 대전충남 행정통합 방정식 찾기
  3. [민선9기 출범] 협치 절실한데…대전 與野 연일 '신경전'
  4. [민선9기 출범] 충청권 재정난 극복 행정수도 완성 과제 산적
  5. [민선9기 출범] 대규모 투자사업 등 줄줄이 구조조정 불가피
  1. [민선9기 출범] 대전시의회 거수기 우려 원구성 내홍 최소화 과제
  2. [월요논단] 그냥 그렇다는 이야기
  3. 무더위 날리는 음악분수
  4. [사설] 충청 'AI 데이터센터' 유력, 문제 없나
  5. [오늘과내일] 지석영과 국문 연구

헤드라인 뉴스


삼성·하닉, 81조 투자 충청권 반도체 패키징 거점 육성

삼성·하닉, 81조 투자 충청권 반도체 패키징 거점 육성

이재명 국민주권정부가 29일 인공지능(AI) 시대, 미래 반도체 시장을 선점하기 위해 충청권을 '반도체 패키징'(Ssemiconductor Packaging: 반도체 칩을 탑재할 기기에 맞는 형태로 만드는 기술) 거점으로 육성하는 내용을 담은 '대한민국 대도약 3대 메가 프로젝트'를 발표했다. 정부는 이날 오후 이재명 대통령 주재로 청와대에서 대한민국 대도약 3대 메가 프로젝트 국민보고회를 열고, 반도체와 AI 로봇 등 피지컬 AI, AI 데이터센터 등 3대 분야의 대규모 투자계획과 전력·입지 등의 인프라 확충방안을 공개했다. ▲반..

주담대 금리 상승세에 충청권 차주들 `한숨`... 고정·변동형 셈법 복잡
주담대 금리 상승세에 충청권 차주들 '한숨'... 고정·변동형 셈법 복잡

주택담보대출 금리 상승세가 이어지면서 충청권 차주들의 한숨도 깊어지고 있다. 고정형 주담대 금리가 2025년 10월 이후 8개월 연속 오름세를 보이는 데다, 변동형을 택한 차주들도 기준금리 인상 가능성이 제기되면서 이자 부담에 대한 우려가 커지고 있어서다. 29일 한국은행 대전세종충남본부가 발표한 '2026년 4월 중 대전·세종·충남 금융기관 여수신 동향' 보고서에 따르면 대전·세종·충남 시중은행 주택담보대출 잔액은 상승 추세를 지속하고 있다. 지역별로 보면, 대전의 예금은행 주택담보대출 잔액은 4월 491억 원 증가한 17조 59..

내달 충청권 2180세대 분양… 대전·충북은 공급 없어
내달 충청권 2180세대 분양… 대전·충북은 공급 없어

내달 충청권에선 2180세대가 분양에 나설 것으로 전망된다. 이번 충청권 분양은 충남과 세종에 예정돼 있으며, 대전과 충북은 분양 소식이 없다. 29일 직방에 따르면, 7월 전국 아파트 분양예정 물량은 총 2만 9671세대로 집계됐다. 이는 전년 동월 실적(2025년 7월 2만 2793세대) 대비 약 30% 증가한 규모다. 일반분양 역시 1만8554세대에서 2만1679세대로 약 17% 증가할 것으로 보인다. 지역별로 보면 수도권은 총 2만 252세대로 전체 물량의 약 68%를 차지한다. 지방은 9419세대가 공급될 예정이다. 지역별..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘끝까지 찾고, 끝까지 예우한다’…6·25 전사자 발굴유해 합동안장식 ‘끝까지 찾고, 끝까지 예우한다’…6·25 전사자 발굴유해 합동안장식

  • 내달부터 지하철에 리튬배터리 구동 탈 것과 대용량 리튬배터리 반입 제한 내달부터 지하철에 리튬배터리 구동 탈 것과 대용량 리튬배터리 반입 제한

  • 무더위 날리는 음악분수 무더위 날리는 음악분수

  • 석유 최고가격제 첫 인하…저렴한 주유소로 몰리는 차량들 석유 최고가격제 첫 인하…저렴한 주유소로 몰리는 차량들