[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. 박범계 "패배주의 끊고 압도적 성장으로"… 대전·충남통합 삭발 결기
  2. 한기대 충남형 계약학과 '반도체.디스플레이공학과' 33명 입학
  3. 김미화 민주당 부대변인, "현장에서 답을 찾기 위해 앞으로도 골목을 먼저 찾을 것"
  4. '세종시장 출마' 황운하 출판기념회 개최…"선거 행보 본격화"
  5. 천안시 성거읍, 화합한마당 윷놀이 잔치 개최
  1. 소진공, 지역본부장 등 110여명 대상 '청렴 소통 정책 실행력 워크숍'
  2. 대전시의사회 “숫자 맞추기식 의대 증원 장래 의료인력 부실초래”
  3. 전상인, '시처럼 걷고, 숲처럼 머물다' 출판기념회 성황
  4. 천안여성시민 111명, 장기수 천안시장 예비후보 지지 선언
  5. 천안시, 해빙기 도로 공사현장 긴급점검

헤드라인 뉴스


대전하나시티즌, 시즌 첫 승 노린다…3월 2일 홈 개막전

대전하나시티즌, 시즌 첫 승 노린다…3월 2일 홈 개막전

대전하나시티즌이 3월 2일 대전월드컵경기장 홈 개막전에서 FC안양을 상대로 시즌 첫 승리에 도전한다. 구단은 홈 개막전을 맞아 경기장을 찾는 팬들을 위해 다양한 현장 이벤트를 준비했다. 경기장 외부 남측 광장에서는 팬들이 다양한 먹거리를 즐길 수 있는 푸드트럭과 기존 MD샵 외에 추가로 간이 MD샵(S24~S25구역 사이) 이 운영되며, 선수단 팬 사인회(S구역 남문광장, 12:30~13:00) 및 BBQ가 신규 입점된 하나플레이펍(경기장 3층, S23구역 로비)이 운영되는 등 팬들과의 접점을 확대할 예정이다. 특히 하프타임 추첨을..

이장우 2일 출판기념회…지방선거 본격 행보 전망
이장우 2일 출판기념회…지방선거 본격 행보 전망

이장우 대전시장이 2일 출판기념회를 열고 본격적인 지방선거 행보에 나설 전망이다. 이 시장은 이날 오전 10시 30분부터 DCC 대전컨벤션센터 제1전시장 2층 그랜드볼룸에서 '대한민국을 바꾸는 위대한 개척자들의 도시 대전 전략과 행동' 북 콘서트를 개최한다. 재선 국회의원 출신인 그는 지난 2022년 제8회 지방선거에서 '배지'를 내려놓고 대전시장에 도전, 당선됐으며 올 6·3 지방선거에서 광역단체장 재선 도전에 나설 것이 유력하다. 그는 2년 전 김태흠 충남 지사와 함께 최근 정국의 최대 뇌관 대전충남 통합을 처음 제안하기도 했다..

민주 "대전충남 행정통합 국민의힘 방해하지 말라"
민주 "대전충남 행정통합 국민의힘 방해하지 말라"

더불어민주당은 국회 법사위원회 처리 불발로 벼랑 끝에 선 대전충남 행정통합과 관련해 "국민의힘은 국가균형발전을 방해하지 말라"고 경고했다. 1일 민주당에 따르면 전날 김연 선임부대변인 명의의 논평을 내고 "대구·경북은 국가전략, 대전·충남은 대기번호입니까"라며 이같이 주장했다. 김 부대변인은 "대구·경북 통합은 '즉시 처리'를 말하면서, 대전·충남 통합에 제동을 거는 것은 사실상 균형발전을 가로막는 것"이라며 "재정 권한이 부족하다며 특별법 논의를 막는 국민의힘 논리도 빈약하기 짝이 없다. 시행과 보완은 입법의 상식으로, 부족한 부..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘태극기를 게양합시다’ ‘태극기를 게양합시다’

  • 파크골프 인기에 파크골프장 주변 불법주정차 극성 파크골프 인기에 파크골프장 주변 불법주정차 극성

  • 특이민원 대응 모의훈련 특이민원 대응 모의훈련

  • 장 담그기 가장 좋은 시기 장 담그기 가장 좋은 시기