[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. 장성군, 힐링 맞춤형 여행 명소 '각광'
  2. 민주당 세종시 '총선 후보' 경쟁… 새로운 막 올린다
  3. 김종민, 민주 복당 임박? "전대 이후 지도부·당원과 논의"
  4. 대전·충북 아파트 매매가 상승세 유지, 세종·충남은 하락
  5. 노사발전재단 충청중장년내일센터 대전보건대서 '전직스쿨' 운영
  1. 국제유가 등급에 7000선 아래로 밀린 코스피
  2. [인사]대전MBC
  3. 생명종합사회복지관, 우리동네축제, ‘함께 떠나는 우리의 여름’
  4. 정림종합사회복지관 독서캠프 ‘체크인! 북트랩 마블, 이야기 공항’
  5. 대전 동구새마을문고, 여름철 피서지문고 개장

헤드라인 뉴스


체납자 은닉재산 끝까지 추적… 국세·관세청 첫 합동 수색

체납자 은닉재산 끝까지 추적… 국세·관세청 첫 합동 수색

국세청(청장 임광현)과 관세청(청장 이종욱)이 고액·악성 체납자를 대상으로 사상 첫 합동 수색을 단행했다. 양 기관은 체납자의 재산 은닉 혐의를 포착해 현장 수색을 실시하고 총 13억 원 상당의 은닉재산을 압류했다. 이번 수색은 정부의 범정부 협업 기조에 맞춰 양 기관의 추적 역량과 정보를 연계하고자 추진됐다. 수색 대상은 국세와 관세를 동시에 체납하고도 호화생활을 누린 고액 체납자 16명이다. 이와 관련, 강종훈 징세법무국장은 지난 23일 오전 나성동 국세청 기자실에서 상세한 내용을 설명했다. 양 기관은 국세청의 실거주지 분석 자..

[제2회 대한민국 중소기업박람회] 전국 우수 중소기업 한자리에
[제2회 대한민국 중소기업박람회] 전국 우수 중소기업 한자리에

전국 우수한 중소기업들의 제품을 알리고 판로를 개척하기 위한 '제2회 대한민국 중소기업 박람회'가 성황리에 마쳤다. 중도일보와 매일경제, 대한민국지방신문협의회가 공동 주최한 이번 박람회는 지난 22~24일 서울 강남구 세텍(SETEC) 전시관에서 '힘내라! 대한민국 중소기업!'을 슬로건으로 열렸다. 지역 중소기업의 제품과 기술력을 알리는 데 그치지 않고 국내외 판로 확대와 투자 유치, 기업 간 협력으로 연결되는 비즈니스 기회를 제공하는 자리였다. 박람회장은 광역·기초자치단체 중소기업 홍보관과 중소기업 B2B 비즈니스관, 중소기업 유..

"행정수도특별법 연내 제정" 동력 확보 움직임 시동
"행정수도특별법 연내 제정" 동력 확보 움직임 시동

세종시를 행정수도로 규정하는 특별법 제정을 위해 지역사회의 동력 확보 움직임이 본격화하고 있다. 지역 정치권 역시 이번 가을 국회가 '골든타임'이란 인식 하에 역량을 집중하겠다는 입장인데, 전반기 국회에서 매듭짓지 못한 특별법 제정을 완수할 수 있을지 귀추가 주목된다. 26일 국회에 따르면 세종 행정수도 완성을 골자로 발의된 특별법은 총 5건(황운하·강준현·김종민·김태년·엄태영·복기왕 등 대표 발의, 발의순)으로, 가장 처음 발의된 법안은 지난해 5월 1일 제안돼 1년 2개월 이상 계류됐다. 해당 법안들은 세종시의 법적 지위를 수도..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막 ‘머드에서 놀자’…보령머드축제 개막

  • 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이 도심 속 공원에서 즐기는 물놀이

  • 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’ 개인형 이동장치 수거차량 ‘무법 질주’

  • 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력 대전 동부소방서, 온열질환 예방 총력