• 한국해양공학회지
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• 제36권4호
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• pp.280-294
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• 2022

This study reviews the recent development and research results of a fixed oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC). The OWC WEC can be divided into fixed and floating types based on the installation location and movement of the structure. In this article, the study on a stationary OWC WEC, which is close to commercialization through the accumulation of long-term research achievements, is divided into five research categories with a focus on primary energy conversion research. These research categories include potential-flow-based numerical analysis, wave tank experiments, computational fluid dynamics analyses toward investigation of fluid viscous effects, U-shaped OWC studies that can amplify water surface displacement in the OWC chamber, and studies on OWC prototypes that have been installed and operated in real sea environments. This review will provide an overview of recent research on the stationary OWC WEC and basic information for further detailed studies on the OWC.

• Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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• 제4권2호
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• pp.66-77
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• 2018

This paper presents a parametric study on an oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC). This OWC has been planned for installation in the breakwaters on isolated islands located away from the mainland. Both a numerical analysis and a model experiment are utilized for determining a proper conceptual design for this purpose. Various design parameters, including the configurations and dimensions, are evaluated through the numerical analysis, which is based on a potential flow theory, and several design concepts are then selected as candidates. The model experiment using a 2D wave flume is conducted to evaluate the effects of the design parameters and compare the performances of the candidates. Based on the overall results of the numerical analysis and model experiment, a conceptual design of the OWC WEC applicable to a breakwater is selected.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.242-252
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• 2018

진동수주형의 파력발전구조물(OWC-WEC)는 파랑에너지 흡수장치 중에 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 이 장치는 공기실 내부에서 해수면의 상 하운동을 공기흐름으로 변환하고, Wells 터빈으로 대표되는 터빈의 구동력으로부터 전기에너지가 생산된다. 따라서, 높은 전기에너지를 얻기 위해서는 공기실 내부에서의 수면변동에 피스톤모드의 공진을 유발시켜 수면진동을 증폭시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 해수소통구를 구비한 신형식의 OWC-WEC를 상정하고, 구조물에 의한 파랑변형, 공기실 내에서 수면변동과 노즐에서 공기유출속도 및 해수소통구에서 해수흐름속도를 수치해석적으로 상세히 평가한다. 수치해석모델은 Navier-Stokes solver의 혼상류해석기법에 기초한 공개 CFD code인 OLAFLOW 모델을 적용하며, 모델의 타당성을 검증하기 위하여 기존의 실험결과 및 수치해석결과와를 비교 논의한다. 본 연구의 범위 내에서 Ursell수가 커질수록 노즐에서 공기흐름속도가 증가하며, 공기실 내부에서 외부로 유출되는 공기속도가 외부에서 공기실 내부로 유입되는 공기속도보다 더 크다 등의 중요한 사실을 알 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.253-262
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• 2018

진동수주형(OWC) 파력발전구조물(WEC)은 진동수주실 내의 수위진동에 의해 발생된 공기흐름을 Power-Take-Off (PTO) 시스템을 통해 전기에너지로 회수하는 시스템이다. 일반적으로 PTO 시스템에서 높은 공기유속을 획득하기 위해서는 해수에 비해 상대적으로 적은 단면적을 갖는 공기실이 요구되므로 정확한 공기유속을 모의하기 위해서는 3차원적인 해석이 요구된다. 본 연구에서는 불규칙파동장을 대상으로 해수소통구를 구비한 진동수주형 파력발전구조물의 동적응답을 수치해석적으로 검토하였다. 수치해석에는 오픈소스 기반의 OpenFOAM 및 FOAM 확장 커뮤니티를 위한 파동장 해석을 위해 개발된 OLAFLOW를 적용하였다. 선행연구와 동일한 형상의 해수소통구와 OWC-WEC에 불규칙파랑이 입사한 경우 공기실 내에서 3차원공기흐름과 구조물 주변에서 파랑변형 및 해수소통구 내에서 3차원해수흐름 등에 관한 변동특성을 논의하였다. 이로부터 유의파에 대한 Ursell 수가 클수록 공기실 내 최대 공기흐름속도가 증가하며, 공기실 내부에서 외부로 유출되는 공기속도가 외부에서 공기실 내부로 유입되는 공기속도보다 더 크다는 사실을 알 수 있었다.

• 한국해양공학회지
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• 제35권4호
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• pp.296-304
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• 2021

Research on the development of marine renewable energy is actively in progress. Various studies are being conducted on the development of wave energy converters. In this study, a numerical analysis of wave-energy extraction performance was performed according to the body shape and scale of the sloped oscillating water column (OWC) wave energy converter (WEC), which can be connected with the breakwater. The sloped OWC WEC was modeled in the time domain using a two-dimensional fully nonlinear numerical wave tank. The nonlinear free surface condition in the chamber was derived to represent the pneumatic pressure owing to the wave column motion and viscous energy loss at the chamber entrance. The free surface elevations in the sloped chamber were calculated at various incident wave periods. For verification, the results were compared with the 1:20 scaled model test. The maximum wave energy extraction was estimated with a pneumatic damping coefficient. To calculate the energy extraction of the actual size WEC, OWC models approximately 20 times larger than the scale model were calculated, and the viscous damping coefficient according to each size was predicted and applied. It was verified that the energy, owing to the airflow in the chamber, increased as the incident wave period increased, and the maximum efficiency of energy extraction was approximately 40% of the incident wave energy. Under the given incident wave conditions, the maximum extractable wave power at a chamber length of 5 m and a skirt draft of 2 m was approximately 4.59 kW/m.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제26권4호
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• pp.225-243
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• 2014

단독의 파력발전 변환장치(WEC)를 설치하는 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 기존 혹은 신설의 방파제에 WEC를 적용하여 파랑제어와 파랑에너지의 이용을 동시에 도모하는 방식이 많이 추진되고 있다. 본 연구는 방파제로 연구 개발된 압축공기 주입식 방파제에 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 경우 방파제로의 기능과 파력발전장치로의 기능을 병행하여 검토한다. WEC로써의 기능을 검토하기 위해서는 압축공기실에서 유출되어 WEC로 유입되는 압축공기 흐름속도가 정확히 평가될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 선형속도포텐셜이론에 기초한 경계요소법을, 압축공기 흐름해석에 Boyle법칙과 단열변화과정에 기초한 상태방정식을 각각 적용하여 수치시뮬레이션을 수행한다. 이로부터 얻어진 해의 타당성은 여러 형태의 구조물에 대한 기존의 수치해석결과 및 실험결과와의 비교로부터 검증되며, 실제의 수치해석에서는 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 고정식 및 부체식의 방파제에서 여러 파라미터들의 변화에 따른 파랑변형율, 구조물의 운동 및 공기흐름속도의 특성을 규명한다. 또한, 풍력발전시스템을 본 구조물에 복합적으로 적용할 수 있으므로 파력과 풍력을 동시에 구비한 복합발전시스템의 방파제로도 기대될 수 있다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권2호
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• pp.89-106
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• 2017

The study explores a novel design of wave energy converter (WEC) that utilizes the interaction between an inside heaving vertical cylinder with an outside fixed hollow cylinder. This design originates from the oscillating water column (OWC) type WEC but replaces the pneumatic power take off (PTO) through the Wells turbine with the hydrodynamic PTO through the inside heaving cylinder. To effectively evaluate the maximum power output, the system has been modeled in the hydrodynamic software AQWA (developed by ANSYS Inc) that has accumulated extensive offshore industry users. Ranges of the PTO parameters have been examined to make sure that proper linear damping can be implemented to simulate the PTO force. Comparing the efficiency of the pneumatic PTO with the hydrodynamic PTO, it appears that the hydrodynamic PTO is more promising than the traditional Wells turbine for an OWC system.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.305-314
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• 2017

단독의 파력발전변환장치를 설치하는 경우 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 기존 혹은 신설의 방파제에 적용하여 파랑제어와 파랑에너지의 이용을 동시에 도모하는 방식이 많이 추진되어 왔다. 본 연구는 전편의 연구(Lee et al., 2014)에서와 같이 부유식방파제로 연구 개발된 공기주입식 부유식방파제에 진동수주형 파력발전시스템을 탑재한 경우를 대상으로 부유식방파제로의 기능과 파력발전장치로의 기능을 병행하여 검토하였다. 여기서, 전편의 연구(Lee et al., 2014)에서는 공기실내에서 공기의 동적거동에 단열변화에 따른 압축성을 고려한 반면에 본 연구에서는 비압축성의 경우에 구조물의 고정시 혹은 부유시에 각각에 대한 파랑변형율, 공기흐름속도 및 구조물의 운동을 검토하였으며, 공기의 동적거동에 대한 압축성의 고려여부에 따른 결과의 차이를 논의하였다. 수치해석법으로는 선형속도포텐셜이론에 기초한 경계요소법을 적용한다. 얻어진 모든 해석결과에 따르면 공기압축성을 고려한 전편의 연구와 거의 동일한 결과를 나타내었으며, 따라서 공기실내에서의 공기거동해석에 압축성을 고려하지 않는 본 해석이 보다 효율적이고, 유용한 것으로 판단된다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제13권1호
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• pp.21-41
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• 2023

Decarbonization and energy transition can be considered as a main concern even for the oil industry. One of the initiatives to reduce emissions under studies considers the use of renewable energy as a complimentary supply of electric energy of the production platforms. Wind energy has a higher TRL (Technology Readiness Level) than other types of energy converters and has been considered in these studies. However, other types of renewable energy have potential to be used and hybrid concepts considering wind platforms can help to push the technological development of other types of energy converters and improve their efficiency. In this article, a preliminary hydrodynamic assessment of a new concept of hybrid wind and wave energy conversion platform was performed, in order to evaluate the potential of wave power extraction. A multiple OWCs (Oscillating Water Column) WEC (Wave Energy Converter) design was adopted for the analysis and some simplifications were adopted to permit using a frequency domain approach to evaluate the mean wave power estimation for the location. Other strategies were used in the OWC design to create resonance in the sea energy range to try to maximize the potential power to be extracted, with good results.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.59-60
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• 2018

진동수주형 파력발전장치는 수주, 터빈, 발전기 그리고 전력변환 장치 등이 연계된 복잡한 물리적인 특성을 나타낸다. 본 연구는 1/4 스케일의 모형시험을 통해 진동수주와 터빈의 물리적인 관계의 도출에 중점을 두고 있다. 진동수주실과 연성된 터빈의 공력특성은 오리피스를 활용하여 모사하였다. 진동수주실 성능평가에 핵심요소인 터빈효과는 오리피스를 통과하는 유속과 압력강하로 대표할 수 있다. 진동수주형 파력발전장치의 터빈효과는 모형시험에서 계측된 유속과 압력강하로부터 비선형적인 관계를 갖는 것을 확인하였다.