파력 에너지 장치는 곧 새로운 테스트 시설로 향할 예정이지만 뭔가 빠졌습니다.

반팽팽한 스프레드와 현수선 웨이트 플로트 중 어느 것이 더 저렴합니까?

아니요, 이것은 스핑크스 수수께끼의 시작이 아닙니다. 하지만 그 질문과 그와 유사한 다른 질문들은 계류 시스템에 관한 최근 연구, 선박, 부표 및 기타 떠 있는 물체가 파도에 떠내려가는 것을 방지하는 닻줄 조합입니다. 이 연구의 목표는 잠재적으로 횡설수설 같은 반 긴장 확산 및 전차선 중량 부양을 포함하여 계류 시스템을 확보하기 위해 미국 에너지부 수자원 기술 사무소(WPTO)가 가장 비용 효율적인 방법을 식별하는 것이었습니다. 신파에너지 시험장을 위한

이것이 여전히 스핑크스의 수수께끼처럼 보인다면, 이 비용 문제가 중요한 이유는 다음과 같습니다. 2025년에는 새로운 PacWave South 테스트 사이트 는 최초로 파력에너지 기술개발자들에게 선석을 개방할 것으로 예상된다. 오레곤 해안 바로 옆에서 개발자들은 실제 파도에서 유망한 프로토타입을 테스트할 수 있게 될 것입니다. 이는 이러한 장치가 거친 바다를 견딜 수 있는지 확인하는 데 필수적인 단계입니다. 그러나 PacWave에는 이러한 테스트를 실행하는 데 필요한 한 가지 중요한 구성 요소가 없습니다. 계류 시스템이 필요합니다.

“계류 시스템의 주요 목표는 장치를 원하는 위치에 유지하고 장치가 떠다니거나 다른 것과 부딪히지 않도록 하는 것입니다.”라고 NREL(National Renewable Energy Laboratory)의 해군 건축가이자 해양 엔지니어인 Stein Housner는 말했습니다. WPTO 자금 지원 연구의 저자. “문제는 PacWave가 계류 부품을 소유하는 것이 유익할까요, 아니면 개발자가 이를 설계하고 구입하도록 하는 것이 도움이 될까요?”였습니다.

그 질문은 간단해 보일 수도 있지만 그렇지 않습니다. 파도를 전기로 바꾸는 장치인 파력 에너지 변환기는 모두 동일하지 않습니다. 이는 PacWave에 착륙하는 모든 프로토타입을 단일 계류 시스템으로 처리할 수 없다는 의미입니다(거대하고 엄청나게 비싼 시스템은 제외). 일부 파력 에너지 변환기는 부표만큼 작습니다. 다른 것들은 물 위에 착륙하도록 설계된 수상 비행기만큼 크고 하나 이상의 밧줄이 필요합니다. 그리고 어떤 사람들은 튼튼한 사슬이 필요하고 다른 사람들은 파도 속에서 흔들릴 수 있는 유연한 로프를 사용하여 더 나은 성능을 발휘합니다.

각 회사가 맞춤형 설계에 맞게 맞춤화된 자체 계류 시스템을 구입한다면 비용이 많이 들고 비효율적일 것입니다. “기술 개발자가 몇 달 동안만 장치를 테스트한다면 왜 단 한 번의 테스트에만 그 많은 돈을 소비합니까?” 하우스너는 말했다.

그러나 PacWave가 전부는 아니더라도 대부분의 파력 에너지 변환기에 서비스를 제공할 수 있는 몇 가지 일반 계류 시스템을 식별할 수 있다면 해당 시설은 대량 구매하여 모든 사람의 비용을 절약할 수 있습니다. 그래서 Housner는 연구 공동 저자이자 NREL의 기계 엔지니어인 Senu Sirnivas와 함께 어떤 종류의 일반 계류 시스템이 작업을 완료할 수 있는지, 해당 시스템의 비용은 얼마인지 결정하기 시작했습니다.

“목표는 비용을 최소화하는 것이었고 우리는 그렇게 했습니다.” Senu Sirnivas(왼쪽)와 Stein Housner가 그들이 일하는 플랫아이언스 캠퍼스 밖에 서 있습니다. 사진: Taylor Mankle, NREL.

그러나 먼저 Pacific Northwest National Laboratory의 Housner와 Sirnivas 동료들은 PacWave에서 성능을 테스트할 수 있는 모든 잠재적인 파동 에너지 장치 목록을 작성했습니다. 이를 기반으로 팀은 장치를 세 가지 주요 유형으로 분류했습니다. 포인트 흡수 장치(파도에 흔들리는 부력 비트가 있는 피스톤처럼 보임), 감쇠 장치(뱀 모양이며 기본적으로 파도를 타는 장치), 진동하는 물기둥(물이 들어오고 나갈 때 파동 에너지를 활용하는 큰 챔버).

이러한 세 가지 파동 에너지 장치 유형을 기반으로 Housner와 Sirnivas는 각각에 잘 작동할 수 있는 잠재적 계류 시스템 목록을 만들었습니다. 그들은 다양한 재료 조합(예: 금속 체인, 합성 또는 와이어 로프), 직경, 길이, 설치 공간 등을 사용하는 43가지 계류 설계를 생각해 냈습니다.

“그럼 질문은 PacWave용 계류 시스템 구성 요소를 구매하는 데 드는 총 비용을 어떻게 결정하는가였습니다.” 하우스너는 말했다. “’X 회사에 계류용 밧줄 5개를 주문하세요’라고 말하면 그게 전부인가요? 그러면 PacWave에서 테스트할 수도 있고 테스트하지 않을 수도 있는 장치에 대해 획득할 각 계류 시스템 수를 어떻게 선택합니까?”

이 퍼즐을 풀기 위해 Housner와 Sirnivas는 이미 하와이에 설립된 미 해군 파도 에너지 테스트 사이트가 계류 시스템을 어떻게 처리했는지 고려했습니다. Sirnivas는 “계류 시스템은 물 속에 미리 설치되어 있었습니다.”라고 말했습니다. “따라서 사람들은 이미 존재하는 기존 시스템에 접속하여 연결할 수 있습니다.”

그러나 계류 시스템을 짠 에너지가 넘치는 물에 담그면 시스템이 빠르게 성능이 저하될 수 있습니다. 대신 Sirnivas와 Housner는 PacWave가 계류 부품을 구입하여 해안에 보관할 것을 권장합니다. 그리고 결코 나타나지 않을 수 있는 장치에 대한 시스템 구매를 피하기 위해 각 장치가 도착할 때마다 작동하는 계류 구성 요소를 시설에서 구매할 것을 권장합니다. 장치가 해양 시험을 마치면 PacWave는 계류 시스템 구성 요소를 유지합니다. 결국 그들은 거의 모든 파력 에너지 장치에 사용할 수 있을 만큼 충분히 다양한 세트를 확보할 수 있었습니다.

Housner는 “그것은 메뉴와 같습니다.”라고 말했습니다.

파동 에너지 장치는 모양과 크기가 다양하지만 대부분은 여기에 나온 세 가지 유형, 즉 진동수기둥(왼쪽), 감쇠기(가운데), 포인트 흡수기(오른쪽) 중 하나로 제공됩니다. 계류 연구를 위해 연구원들은 세 가지 모두에 사용할 수 있는 일반 시스템을 식별했습니다. 삽화: 조쉬 바우어, NREL.

Housner와 Sirnivas는 계류 시스템을 구매하는 가장 실용적인 방법을 파악한 후 마침내 해당 시스템의 가장 비용 효율적인 버전을 추적할 수 있었습니다. 이러한 추정에 따르면 Housner는 PacWave가 장치가 서로 부딪히지 않고 정박할 수 있는 지정된 구역인 4개의 정박지 각각에 대해 하나의 계류 시스템을 구입한다면 약 200만 달러의 비용이 들 것이라고 말했습니다. 물이 수용할 수 있는 만큼 많은 파력 에너지 장치를 장착할 수 있는 충분한 계류 시스템을 구입하면 그 금액은 약 900만~1,000만 달러에 달할 수 있지만 현장에서는 그렇게 할 필요가 없습니다. 적어도 아직은 아닙니다.

그리고 200만 달러는 저렴한 가격입니다. Housner는 “그 비용은 놀랍지 않습니다.”라고 말했습니다. “목표는 비용을 최소화하는 것이었고 우리는 그렇게 했습니다.” 이제 Housner와 Sirnivas의 권장 사항을 어떻게 처리할지 결정하는 것은 WPTO와 PacWave의 몫입니다.

(그런데, 세미 팽팽한 스프레드가 더 저렴할 것이라고 추측하셨다면, 맞습니다. 스핑크스는 당신을 통과시켜줄 것입니다.)

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기사의 출처 NREL. 케이틀린 맥더못-머피 지음.

특집 이미지: Josh Bauer, NREL.