태양굴뚝 발전소 성능 향상을 위한 형상 최적화 연구

태양굴뚝 발전소(SCPP)는 유망한 재생에너지 기술이지만, 그 성능은 기하학적 형상에 크게 좌우됩니다. 본 연구는 집열기 테이퍼비(TR)와 굴뚝 발산비(CORR)가 SCPP의 열유체 거동 및 성능에 미치는 영향을 전산 해석을 통해 심층적으로 분석했습니다. 수렴형 및 발산형 집열기, 상향 및 하향 경사 흡수판, 발산형 굴뚝을 포함하는 7가지 새로운 SCPP 구성과 기존 설계를 체계적으로 비교 평가했습니다. 수치 모델은 기존의 실험 및 수치 결과와 비교하여 신뢰성을 검증했습니다. 연구 결과, 집열기, 흡수판, 굴뚝의 복합적인 형상 변경이 열 및 공기역학적 성능을 크게 향상시키는 것으로 나타났습니다. 기존 구성 대비 TR=4, CORR=2.2 조건에서 온도 상승은 19K에서 29.5K로 55.3% 증가했으며, 최대 굴뚝 속도는 2.5m/s에서 4.2m/s에 도달했습니다. 또한, TR=9, CORR=2.2 조건에서 집열기 효율은 11%에서 약 30%로, 굴뚝 효율은 약 137% 증가했습니다. 굴뚝 공기 흐름에서 얻을 수 있는 이론적 동력은 0.15W에서 약 1.0W로 크게 향상되었습니다. 이러한 결과는 SCPP 성능 향상을 위한 효과적인 설계 지침을 제공합니다.