[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. 취임 100일 맞은 허태정 대전시장 "국가반도체연구소 유치, 2차 공공기관 이전에 총력"
  2. 대전샛 발사 24시간 통신 연결 없어…"궤도에 있으나 전파간섭 추정돼"
  3. 축구대표팀 ‘병역 논란’ 후폭풍…53년 병역특례 폐지 수순 밟나
  4. [홍석환의 3분 경영] 요즘 사원에게 Loyalty를 물어보면?
  5. 유생복 입고 붓글씨 쓰며 한글 가치 되새긴 한기대 학생들
  1. 출범 100일 장기수 천안시장 , "천안은 더욱 성장 가능한 도시, 일할 수 있는 환경 만들 것"
  2. 배움의 무대에 창작과 도전을 더하다… 백석문화대 다빈치아카데미 성료
  3. 천안법원, 음주운전 차량 뒤따라가 돈 갈취한 상습공갈범 '징역 2년 4월'
  4. 한기대 앵커사업단, '예비창업부터 글로벌 진출까지' 맞춤형 지원 결실
  5. 상명대 디자인코랩, 안동 전통문화 담은 기념품 개발·현장 판매

헤드라인 뉴스


대전샛-1 최초 교신 성공 대전 우주기업 도약 모멘텀

대전샛-1 최초 교신 성공 대전 우주기업 도약 모멘텀

누리호 5차 탑재돼 우주로 향한 대전샛-1(DaejeonSAT-1)이 지상국과의 최초 교신에 성공했다. 대전시는 9일 보도자료를 통해 이같이 밝혔다. 시에 따르면 대전샛-1은 발사 후 예정된 절차에 따라 우주공간에서 위성의 자세를 안정화하고 지상국과의 통신 연결을 시도했다. 이어 지상국을 통해 위성의 신호가 정상적으로 수신되면서 8일 23시 20분 6차 교신 시도 끝에 양방향 교신에 성공했다. 대전샛-1 주요 기능에도 이상이 발견되지 않았다고 시는 덧붙였다. 시스템 운용모드, 배터리팩, 자세제어 모드, 위성체 EOC 카메라의 지구..

국가유산청 국감, 종묘 앞 세운4구역 놓고 여야 공방
국가유산청 국감, 종묘 앞 세운4구역 놓고 여야 공방

8일 진행된 국회 문화체육관광위원회의 국가유산청 국정감사에선 종묘 앞 세운4구역 재개발을 놓고 여야가 치열한 공방을 벌였다. 세운4구역 건축물 높이 상향과 영향평가를 거치지 않은 사업 추진, 태릉CC 주택공급 계획과의 형평성 문제가 집중적으로 다뤄졌는데, 허민 국가유산청장은 세계유산영향평가(HIA)를 통해 보존과 개발의 균형을 찾아야 한다는 입장을 밝혔다. 이날 국감에서 더불어민주당은 세계유산영향평가 없이 사업을 추진하는 서울시를 비판한 반면 국민의힘은 국가유산청이 정부의 태릉CC 개발과 서울시의 세운4구역 개발에 다른 잣대를 적용..

응급실 인력난에 트램 상권 불편까지… 허태정, 취임 100일 맞아 민생현장 점검
응급실 인력난에 트램 상권 불편까지… 허태정, 취임 100일 맞아 민생현장 점검

허태정 대전시장이 민선 9기 취임 100일을 맞아 응급의료 현장과 트램 공사로 불편을 겪는 상권을 잇달아 찾았다. 허 시장은 8일 충남대학교병원 권역응급의료센터를 방문해 대전형 응급환자 이송·수용체계 운영 상황을 점검하고 의료진과 소방 등 현장 관계자들의 의견을 들었다. 대전형 응급의료체계는 환자 중증도에 따라 이송·수용 기준을 마련하고 소방과 의료기관 간 협력을 강화해 응급환자의 이송부터 수용, 최종 치료까지 연결하는 체계다. 이날 충남대병원은 국정감사 일정으로 병원장이 참석하지 못한 가운데 공공부원장과 응급의료센터장, 응급의료과..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부 모래판 위에서 펼쳐진 한판 승부

  • 수확 앞둔 황금 들녘 수확 앞둔 황금 들녘

  • ‘와! 성공이다’ 대전샛 개발자들 누리호 발사 성공에 환호 ‘와! 성공이다’ 대전샛 개발자들 누리호 발사 성공에 환호

  • ‘은행 열매를 피해라’ ‘은행 열매를 피해라’