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논문 초록 (Abstract)

발전플랜트의 냉각시설은 필수적인 구조물이기 때문에 대용량의 냉각수 확보가 중요하고 일반적으로 해수를 취수하기 때문에 취수시스템으로 유입되는 해양 부유물로 인한 출력 감소 문제에 대한 적절한 대응방안이 필요하다. 본 연구는 대규모 해수취수설비의 조건으로 실내 수리모형실험이 불가능한 한계를 극복하고 국내 최초로 CFD 수치해석을 통한 수리모형실험을 진행하였다. 발전플랜트 취수설비의 해양생물 및 해저퇴적물의 유입 정도를 파악하기 위하여 실제 발전플랜트 건설 프로젝트를 대상으로 그 영향도를 분석하였다. 기본적으로 수리모형실험 방법을 준수하였고, 사전에 조사된 발전플랜트 취수설비의 구조적인 특성과 주변 해양물리환경을 근거로 대상 해양생물 및 해저퇴적물을 선정하고 객관적인 수치해석 모델과 실질적인 영향도 평가를 도출하였다. 그 결과는 다음과 같이 요약이 가능하다. ∙ 현장조사 결과, 인근 해역의 최대 부유사 농도는 태풍 또는 돌풍 시 15~20 mg/L이지만 안전성을 고려하여 CFD 수치해석 조건은 최대 100 mg/L의 해저퇴적물이 유입되는 조건을 고려하였고 유입 부유사는 기존 관측 데이터를 기반으로 중립사와 세립사 및 극세립사를 55:40:5의 비율로 현실성을 최대 반영하여 설정하였다. ∙ 해당 지역에서 발생하는 해양생물은 해파리가 취수시스템으로 집중되는 상황을 고려하여, 분당 2,400마리가 유입되어 관내 누적되는 시나리오를 반영하였다. 또한 해파리를 중성부력체로 간주하고 해수의 흐름에 따라 취수시스템 내부로 이동하는 것으로 해석하였다. ∙ 해저퇴적물 영향 수치해석 결과, 발전플랜트 취수시스템 내부의 위치에 따라 연간 0.006~0.800 m의 두께로 퇴적이 될 것으로 분석되었고, 실제 관측 최대 부유사 농도를 기준으로 추산하면 일부 수직구 하부면에서 연간 최대 0.040 m의 퇴적이 발생 가능하다. ∙ 해양생물 영향 수치해석 결과, 정상상태 조건으로 취수관로 내부를 통과하는 시간이 약 300초로 예상되며 관내 정체하고 있는 해파리 개체수는 유입 개체수의 약 15%로 예상되었다. 그리고 약 8%는 다른 취수관로로 유입되고 나머지 약 77%의 해파리는 펌프스테이션으로 이동할 것으로 해석되었다. ∙ 약 9,000개의 개체로 추정된 해파리의 유입량을 무게로 환산하면 약 3 ton이 되고, 이를 적용하면 해파리 유입으로 인한 발전플랜트 냉각수 계통은 큰 문제는 없을 것으로 평가되었다. ∙ 발전플랜트 취수시스템의 해양생물 및 해저퇴적물 유입에 대한 유지관리 방안으로 정체가 예상되는 수직구의 침전조 설치, 항시 모니터링이 가능한 음파탐지기 활용, 냉각수펌프 구조물의 피트 확장과 실트펌프적용 등을 반영하였다. Coal thermal power plants traditionally require huge volumes of water to condense steam from the turbine exhaust. Coastal power plants may simply run a large amount of seawater through condensers in a single pass and discharge it back into the sea. However, marine organisms and submarine sediment could enter the cooling water intakes of such once-through systems. In this case study, CFD analysis for the impact of inflow of marine organisms and submarine sediment in a seawater intake system of a power plant was performed. The hydraulic model test method was followed. An objective numerical analysis model for practical impact evaluation was derived by selecting target marine organisms and sediments based on results of investigating surrounding marine environment. This technical paper investigated common challenges and solutions such as the protection of a seawater intake system from jellyfish, possibilities of a safe cooling water intake, coping with large sand quantities, and optimization of pump stations.