[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. 시민 바람 이룰 '세종시장'은… 2차례 여론조사 주목
  2. LH, 지역난방 공급지역 취약계층 동절기 난방비 지원
  3. 천안법원, 노래방 손님에 마약상 알선한 베트남 여성 실형
  4. 세종교육감 2차례 여론조사… 단일화 효과 반영되나
  5. 아산시 '이충무공 대제' 개최
  1. 아산시 중앙-탕정도서관. 문체부 인문학사업 연속 지원 기관 선정
  2. 아산시, 맞춤형 여행 돕는 '관광택시' 본격 운행
  3. 아산시농협쌀조합공동법인, '2025 전국RPC 경영대상' 우수상 수상
  4. 아산시가족센터, '아름다운 부엌' 진행
  5. 빙그레 장종훈 유니폼부터 류현진 한정판, 꿈돌이 문현빈까지 당신의 유니폼에 담긴 사연은?

헤드라인 뉴스


세 번째 도전 `백제왕도 특별법`, 또 본회의 문턱서 멈췄다

세 번째 도전 '백제왕도 특별법', 또 본회의 문턱서 멈췄다

법제사법위원회를 통과한 '백제왕도 핵심유적 보존·관리 특별법'이 본회의에 오르지 못하면서 또다시 제동이 걸렸다. 이미 두 차례 국회에서 임기만료로 폐기된 전례가 있는 만큼 세 번째 도전 역시 문턱에서 멈춘 것 아니냐는 우려가 커지고 있다. 26일 정치권과 국가유산청 등에 따르면, 해당 법안은 지난 22일 법사위 심사를 통과했지만, 이번 회기 본회의에는 상정되지 않았다. 대표발의자인 박수현 의원이 이달 29일 의원직 사퇴를 앞두고 있는 점까지 감안하면 다음 회기에서의 처리 여부가 사실상 법안의 향방을 가를 분수령이 될 것으로 보인다...

대전, 보문산 개발부터 오월드 재창조까지…관광 콘텐츠 확대
대전, 보문산 개발부터 오월드 재창조까지…관광 콘텐츠 확대

대전시는 관광도시로의 전환 흐름을 이어가기 위해 대규모 콘텐츠 사업을 본격화하고 있다. 꿈돌이 캐릭터와 영시축제, 빵의 도시 등으로 형성된 방문 수요를 체류형 관광으로 확장하기 위한 인프라 구축 단계에 들어갔다는 평가다. 핵심 축은 보문산 일대를 중심으로 한 '보물산 프로젝트'다. 당초 민자 유치 방식에서 벗어나 시 재정과 공기업 사업을 병행하는 구조로 전환하며 사업 추진 속도를 높였다. 오월드와 연계한 관광 동선을 중심으로 전망타워와 케이블카, 모노레일, 전기버스 등 친환경 교통수단을 연결해 보문산 전역의 접근성을 강화하는 것이..

정부 4차 유가 동결에도 대전 휘발유 3년9개월만에 2000원 돌파
정부 4차 유가 동결에도 대전 휘발유 3년9개월만에 2000원 돌파

대전지역 휘발유 평균 판매가격이 3년 9개월 만에 리터당 2000원을 돌파했다. 정부가 한 달가량 석유 최고가격제를 통해 가격을 통제해 왔지만, 운전자들이 체감하는 주유소 판매가격은 연일 오르는 모양새다. 26일 한국석유공사 유가정보시스템 오피넷에 따르면, 이날 오전 10시 기준 대전지역 휘발유 리터당 평균 판매가격은 2000.96원, 경유는 1995.05원으로 각각 전날보다 0.26원, 0.33원 오른 것으로 집계됐다. 앞서 정부는 24일 0시를 기해 4차 석유 최고가격을 2·3차와 동일한 휘발유 1934원, 경유 1923원으로..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 한밭수목원 봄 나들이 한밭수목원 봄 나들이

  • 내일부터 고유가 피해지원금 지급…첫 주는 출생년도 끝자리 요일제 적용 내일부터 고유가 피해지원금 지급…첫 주는 출생년도 끝자리 요일제 적용

  • 4차 석유 최고가격제 동결…저렴한 주유소로 몰리는 차량들 4차 석유 최고가격제 동결…저렴한 주유소로 몰리는 차량들

  • 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인 꽃밭에서 펼치는 투표참여 캠페인