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유신기술회보 _ 기술자료
This study is conducting in comparison with annual Energy production that is offshore wind-
farm complex layouts. first, we conduct to calculated the wind data of meteorological
observatories which are adjacent the offshore wind-farm complex.
The data is from December 1999 to December 2010. then, we acquired wind shear, wind
speeds, wind directions, and turbulence intensities. Applied wind power turbine is Vestas V90
that is 3MW and offshore wind-farm layout is formed of 10ea. namely total amount is 30MW.
First, Offshore wind-farm layouts are varied from distances of wind power turbines.
The distances of wind power turbines are varied from 2D(200m) to 5D(500m) at 1D(100m)
interval. we comparison with AEP of offshore wind-farm complex layouts that varied distances.
The wide distance gets energy more than narrow distance. The AEP of varied distances is
increased by distances.
Second, Offshore wind-farm layouts are varied from angles of wind power turbines. The
angles are between main wind direction and wind power turbines. The angles are varied from
47.5degree to 60.0degree at 2.5degree interval. generally, large angle, get more energy. but
large angle is closed at shoreline. consequentially, The AEP is reduced.
Finally, Offshore wind-farm layouts are varied from distances of the shoreline. The distances of
shoreline are varied from 500m to 900m at 100m interval.
A distant wind-farm complex layouts is getting much energy and increased a cost. the
contrary, a near wind-farm complex layouts is decrease a cost and decreased AEP.
해상풍력발전단지배치
이경훈1) 정용태2) 박진호3) 이상언4)
1. 서론
2. 풍황분석
3. 실측자료분석
4. 발전기 배치에 따른 에너지 효율
변화
5. 결론
Layout of Off-shore wind power complex
1) 구조부문 부사장, 토목구조기술사([email protected])2) 구조부문 이사([email protected])
3) 구조부문 부장, 토목구조기술사([email protected])4) 구조부문 대리([email protected])
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1. 서론
세계적인 에너지 소비 급증과 환경적, 정치적인
이유로태양과바람등신재생에너지에대한관심이
매우높아지고있다. 또한, 정부의신재생에너지지
원정책으로 풍력발전단지 개발에 대한 많은 계획이
발표되어있고, 국내외관심이날로커지고있다. 그
러나풍력발전단지개발에대한경험부족으로많은
계획이에너지생산량이너무낮아경제성이없거나
인허가가 어려운 지역에 개발되고 있다. 현재 국내
에서는육상에풍력발전을실시한경우가있으나풍
력발전기(wind turbine)의 대형화에 따른 회전자
(rotor)의 크기가 증가하게 되면서 기술적, 환경적
문제(소음, 그림자효과)와 안전상의 문제 등으로 육
상 풍력발전은 그 한계성을 보인다. 반면 삼면이 바
다인 우리나라는 해안지역의 풍력자원이 내륙에 비
하여 상대적으로 우수하며 풍력발전 단지의 범위를
정하는데제한조건이덜하다.
해안지역에서는해륙풍에의한일간풍향, 풍속변
동이상존하며특히해풍일경우에는바람이해수면
을 지나서 유입되므로 풍속 전단이 적은 반면, 육풍
일경우에는육상의지형지물에의해풍속전단이크
게 발생하기 때문에 풍력발전기의 구조적인 안전성
과 내구성 측면을 고려할 때 정밀한 풍환경 분석이
필요하다고사료된다1)
해상풍력단지의 건설에 적합하고 현재 풍력발전
단지 계획이 진행 중인 제주도는 풍황이 우수하여2)
국내에서 풍력개발이 가장 활발한 지역 중 하나이
다. 본 연구의 풍황분석은 풍황 상황이 우수한 지역
인 제주도 판포리 일대에 30MW의 대단위 해상풍
력발전단지의 가상계획에 있어서 단지 배치를 정할
목적으로 예상 지역의 풍황 분석 및 발전기 배치에
따른 연간 에너지생산량(AEP)을 비교하고자 한다.
이에 먼저 해상풍력발전단지 가상 부지와 지리적으
로 근접한 제주 기상대와 고산 기상대의 풍력자원
조사하여 가상 예상 단지에 대한 연간 에너지 생산
량산출을추정하였다.
본 연구에서는 제주시 판포리일대의 3MW 10기
(합30MW)의설치를위해인근기상대에서관측된
풍속계측기로부터 얻은 풍속 데이터를 이용하여 풍
속 전단 및 풍환경 분석을 실시하고 발전기 위치에
따른에너지효율을산정하여단지배치를추정하기
로 한다. 적용 풍력발전기는 풍력발전기 중 실적이
있고 발전기 특성에 대해 널리 알려진 VESTAS
V90을 적용하는것으로하였다. VESTAS V90은
기기당3MW로단지내에10기를설치하는것으로
가정하였다. 발전기 배치는 AEP, 경제성, 시공성,
지형 조건, 민원, 환경적인 요인 등 여러 가지 요인
을 고려하여 결정하여야 하지만, 여기서는 연간 에
너지 생산량(Annual Energy Production)만을
고려하기로한다.
2. 풍황분석
2.1 풍력발전 실측 지점의 개요
풍력발전은 바람을 이용해 발전을 하므로 발전량
은 풍속에 의해 결정된다. 또한 에너지 생산량은 발
전단지의 풍속의 약 3승에 비례하므로 정확한 풍속
데이터 계측이 필수적이다.3) 일반적으로 풍력자원
실측지점 또는 풍력발전시스템 설치 후보지 검토기
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해상 풍력 발전단지 배치
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준에 대해서는 여러 가지 요소를 감안할 수 있으며,
단순하게 풍력자원의 양호성만을 가지고서 풍력단
지후보지를선정하기는곤란하며, 실제로풍력단지
로서의개발가능성에대한여러가지의사전검토가
있어야 한다. 풍력발전 후보지는 지정학적 요소, 건
설 환경적인 요소, 행정환경적인 요소 및 전력연계
망관련요소, 부지확보문제라든지전력계통선의인
근 위치 등의 제반적인 여건을 풍력자원과 함께 고
려하여야 한다.4) 이러한 제반 여건을 고려하여 해상
풍력발전단지를 계획하였다면 계획하기에 앞서 우
선적으로 해당지역이 경제성이 있는 바람에너지 생
산이가능한지를우선적으로파악되어야할것이다.
이에 예상 부지 내에서 가까운 지역의 기상대 자료
를이용하여추정연간에너지생산량(AEP)을추정
할수있다.
예상발전단지인근에는약3개기상관측소가있
으나, 서귀포의 경우 예상 단지와의 거리가 멀고 서
귀포기상대의 관측 자료는 고산, 제주 기상대의 기
상 데이터와의 상관성에서 다소 특이성을 보여 본
연구에는적용하지않기로하였다. 기상관측소의자
료는자료의통계학적최소한의의미를확보하기위
해2000년1월1일~2011년1월1일까지10분평균
풍속과풍향데이터를수집하였다.
2.2 측정 자료의 분석 방법
풍속/풍향 자료는 이미 설치된 측정 Pole에 의해
각각지표상최상단높이에서측정된다. 그러나실제
의 중대형급 풍력발전기의 발전기 높이는 약 80m
이상으로서 실제 풍속이 측정 되는 실측 높이와는
차이가나게된다. 특히, 풍속은측정높이와주변의
지형상태에따라변하게되므로, 실측된높이에서의
풍속을 풍력발전기 높이 까지 보정할 필요가 있다.
본 연구에서도 중대형급 풍력발전기의 전형적인 높
이인 80m의 풍속을 실측된 실측 자료를 이용하여
보정(extrapolation)하였다.
일반적으로 정상적인 대기 경계측 내에서는 다음
과같은관계가형성된다.
여기서, U와 Z는 각각 보정 풍속과 보정 높이를
말하며, 첨자a는실측된풍속계의높이와실측풍속
을나타낸다. 그리고α는안정화된난류층에서는1/7
에 수렴하는 값을 지니게 되나, 주변의 지형이나 높
이 및 일사조건등 여러 가지의 요소에 의해 결정되
며, 이에 대해서는 이미 많은 이론적 또는 실험적인
연구가진행되었다.
본 연구에서는 가장 오차가 적은 것으로 알려져
있으면서도 비교적 보정이 용이한 수정된 지수모델
(modified power law model)을 이용하여 다음
과 같은 관계식에 의해 측정 높이와 보정높이와의
관계를설정하였다.
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유신기술회보 _ 기술자료
위도 : 33°31‘ N 경도 : 126°322‘ E 해발고도 : 19.9m
위도 : 33°14’34.214”N경도 : 126°34’2.501”E
해발고도 : 50.4m
위도 : 33°17’26.006”N경도 : 126°09’53.357”E
해발고도 : 70.9 m
제주기상청
서귀포기상대
고산기상대
위 치 설립연도
-
1961.01.01
1987.12.15
적용
O
O
X
[표 1] 실측지점
U(Z)U(Za)
ZZa
= ( )α (1)
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해상 풍력 발전단지 배치
여기서, 는기하학적평균높이(m)이
다.
이상의관계식에의해실제측정Pole의측정높
이에서 임의의 높이에 대한 보정이 가능하게 된다.
즉, 임의의 높이로 높여서 보정할 수도 있고, 또는
임의의 높이로 낮춰서 보정하는 것도 가능하나, 본
래 본 보정식은 지형이 아주 거칠거나 실측 높이와
보정 높이 간의 차이가 아주 크게 되면 오차가 생기
는모델로서이를주의하여적용하여야한다.
풍속/풍향자료는표준측정방식에의해매시간평
균치를 매시간의 대표치로 산정하여 기록하게 되어
매시간의 풍속/풍향자료 변화치를 측정하여 획득할
수있다.
본 절에서는 임의의 실측자료인 풍속자료를 이용
하여확률적분석방법에대해언급코자한다.
임의의 측정 자료인 풍속자료의 분석은
WindPRO을이용하여분석하였다.5)
즉, 풍속분포의 수학적 모델중 가장 적절하게 이
용되고 있는 2변수 WEIBULL분포 함수는 다음과
같다.
여기서, V는 풍속을 나타내고 C는 Scale
parameter로서분포되는풍속의평균치와관계하
며, K는 Shape parameter로서 분포된 풍속의
편차와 관계하는 상수이다. 또한, 평균 풍속의 정의
를다음과같이정리하면,
위의관계에서다음과같은일반식이도출된다.
따라서, 위의 관계식에서 풍속의 측정된 V 및 V 3
값에 의해 C와 K의 값이 계산된다. 계산된 C와 K
의 값을 알면 풍력에너지가 갖는 에너지 밀도를 다
음의식에의해계산할수있게된다.
여기서, ρ는 공기의 밀도(kg/㎥), A는 공기의 투
과면적(㎡), Γ는Gamma함수를나타낸다.
3. 실측자료분석
3.1 계측 풍속의 정리
제주, 고산 기상대의 측정 자료 중 통계학적 의미
를가지기위해측정된기간은2000년1월1일부터
2011년 1월 1일까지의 10분 평균 풍속에 대해서 분
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α= a + bln[U(Za)]
a =
b =
+1
ln(Zg / Zo)0.088
1 - 0.888ln(Za / 10)
- 0.888
1 - 0.088ln(Za / 10)
(2)
(6)
(3)
(4)
Zg = Z×Za
V =∫0
P(V) V d V
(5)P(V) =( ) ( )K-1exp[- ( )K ]KC
VC
VC
V n = CnГ(1+ ),1+( ) 0nK
nK
(7)
(8)
P = ρA V 3P (V )d V
= ρA C3Г(1+ )
W1
2
1
2
3
K
∫0
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유신기술회보 _ 기술자료
[그림 1] 제주기상대의 풍향 분포 및 weibull 분포
구 분 Weibull A Weibull K 빈도(%) 평균풍속
N 3.901 1.920 12.577 3.460
NNE 3.574 1.943 10.494 3.169
ENE 4.157 2.839 8.153 3.703
E 3.725 2.519 8.268 3.306
ESE 3.033 1.790 5.568 2.698
SSE 2.340 2.039 6.594 2.073
S 2.389 1.800 8.410 2.125
SSW 3.183 1.232 6.066 2.974
WSW 4.021 1.953 4.927 3.656
[표 2] 제주 기상대 기상자료 분석
석하였다.
계측자료를 분석하기 위해서 풍황분석 상용프로
그램인 Wasp을 이용하였다. Wasp은 대기유동장
의 지배방정식 Navier-stokes방정식을 중립대기
(neutral atmosphere)에서 지형경사도 변화가
적다고 가정하여 선형화한 수학적 방정식을 이용하
였다.
제주기상대의에서측정된시간별평균풍속과풍
향자료를 분석한 결과 아래의 그림에서와 같이 주
풍향 방향은 NNW 방향이며 weibull 매개변수 A
는3.8,K는1.78이다.
제주기상대의측정자료의각방향별weibull 매
개변수(A, K)와빈도및평균풍속은아래의[표2]와
같다.
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고산 기상대에서 측정된 시간별 평균 풍속과 풍
향자료를 분석한 결과 다음의 그림에서와 같이 주
풍향 방향은 NNW, N 방향이며 weibull 매개변수
A는8.2, K는1.59이다.
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해상 풍력 발전단지 배치
[그림 2] 고산기상대의 풍향분포 및 weibull 분포
구분 Weibull A Weibull K 빈도(%) 평균풍속
N 11.631 2.0631 20.422 10.303
NNE 7.267 1.9388 13.718 6.445
ENE 5.813 2.0629 10.217 5.149
E 4.780 1.9151 4.418 4.241
ESE 5.312 1.5664 6.241 4.773
SSE 6.849 2.0115 12.873 6.069
[표 3] 고산 기상대 자료 분석
구 분 Weibull A Weibull K 빈도(%) 평균풍속
W 4.033 2.235 5.556 3.572
WNW 4.645 2.020 8.955 4.115
NNW 5.109 2.009 14.432 4.527
평균 3.805 1.783 100 3.385
제주기상대의측정자료의각방향별weibull 매개변수(A, K)와빈도및평균풍속은아래의표와같다.
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위와 같이 제주 및 고산 기상대의 바람장미도
(Wind rose)를살펴보면주풍향은북풍, 북북서방
향이 주풍향이 된다. 이에 추후 발전기 배치에 있어
서 주로 북풍 또는 북북서 방향에 직각인 방향으로
배치함이발전기의에너지효율에유리할것으로판
단된다.
3.2 MCP분석
풍력발전기의 AEP산정을 위해서는 장기 풍속의
계측이필요하다. 그러나풍력발전기계획에있어서
장기 계측은 여러 가지 등으로 불가능한 경우가 대
부분이다. 따라서 현장에 설치한 기상관측 탑에서
단기간측정한풍속을바탕으로인근기상대의장기
풍속을이용하여발전단지의장기풍속을추정하는
방법(MCP : Measure-Correlate-Predict)을
이용한다.
MCP의간단한개념은먼저동일한짧은기간동
안에 현장과 인근 기상대 풍속 간의 상관관계를 구
하고이러한상관관계를인근기상대의장기풍속에
적용하여 현장의 장기 풍속을 추정하는 방법이다.
다음의[그림3]은MCP방법의대략적개념도이다.
MCP 방법에서 기준점의 장기 데이터는 풍속과
풍향의시간이력이될수도있고아니면확률분포가
될수도있다.
MCP 방법 선형 보간법(Linear Regression
method), Matrix method, Weibull scale
method, wind Index method 방법등이있다.
이 중 본 연구에서는 선형 보간법을 이용하여 장기
풍속을 추정하였다. 단기 풍속은 현장의 측정기간 1
년 치의 값을 이용하였고, 장기 풍속은 판포리 주변
의 기상관측자료 11년 치(1999년 12월~2010년
12월)를이용하였다.
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유신기술회보 _ 기술자료
Reference site
Short-term date(wind speed, direction)
Target site
Short-term date(wind speed, direction)
Reference site
Long-term date(wind speed, direction)
Target site
Long-term date(wind speed, direction)
MCP model
[그림 3] MCP방법 개념도
구분 Weibull A Weibull K 빈도(%) 평균풍속
S 6.846 2.1452 7.072 6.063
SSW 5.795 1.6692 2.733 5.177
WSW 6.059 1.6101 2.270 5.429
W 6.849 1.5946 3.350 6.142
WNW 8.045 1.4144 3.992 7.320
NNW 12.373 2.0416 12.694 10.962
평균 8.210 1.5938 100 7.364
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1년 평균 풍속 7.4 m/s
동기간 동안 장기 평균 풍속 7.2 m/s
상관성 97.5%
위 값을 이용하여 금등 주변의 기상 관측 자료를
보정하여 발전기 허브 높이(80m)에서의 장기 풍속
은7.9m/s로산정되었다.
4. 발전기배치에따른에너지효율
변화
제주시 한경면 판포리 공유수면에 30MW 해상풍
력발전단지를 계획함에 있어서 풍력발전기의 각각
의 위치를 결정하는 데에는 발전기 효율이나, 시공
성, 경제성, 민원, 환경적 요인 등의 여러 가지 요인
이 복합적으로 작용해야 한다. 그 중 풍력발전단지
의 연간 에너지 생산량(AEP : Annual Energy
Production)예측은 사업의 경제성을 평가하는 요
인중중요한변수중하나이다.
이에 본 연구에서는 발전기의 연간에너지 생산량
을 추정하기 위해 발전기 배치 방법에 따른 AEP을
산정하고자 한다. 이는 해상풍력발전단지설계에서
기본계획단계에서해상풍력발전단지를결정하는데
중요한 요인 중에 하나이다. 풍력발전단지의 연간
에너지 생산량(AEP)의 추정을 위해 국내외에서 많
이쓰이고있는풍력발전단지설계용상용소프트웨
어인WindPRO을이용하였다.
AEP산정에있어서적용된발전기는현재상용된
국내외해상풍력발전기중대형인Vestas의V90을
적용하였으며, 발전기의 출력곡선(Power Curve)
은 WinPro에서 제공하는 출력곡선을 적용하였다.
에너지 생산량 산정을 위해 예상 발전 단지 내 반경
20km에 대한 지형을 묘사하였으며, 반경 5km에
대한장애물을입력하였다. 육상지역은낮은수목과
저층건물지역으로 이루어진 지역으로 가정하였다.
또한, Roughness length을 0.03으로 가정하였
으며 높이에 따른 α는 0.015로 산정하였다. Wake
Model은해수면에서거의일어나지않는다고가정
하여 wake Decay constant 값은 0.04를 사용
하였다. wake Model은 N.O. Jensen을 사용하였
다. 이는발전기후류의wake을선형으로가정한것
으로 이에 대한 상세한 내용은 본 연구의 내용과 맞
지않아생략하기로한다.
허브 높이에서의 공기 밀도는 1.216kg/m3으로
가정하였고 압력은 1,003.8hpa로 가정하였다. 위
의가정은단지배치의에너지효율변화비교에있어
서 공통된 조건으로 가정하였다. 발전기의 배치는
풍황분석을 통해 북북서, 북풍이 주 풍향 방향을 파
악되어, 해안선 라인과 주 풍향과 직각을 이루는 배
치를기본안으로산정하였다.
4.1 간격에 따른 에너지 효율 변화
풍력 발전기 간격에 따른 영향을 고려하기 위해
본 연구에 적용된 3MW의 회전자(rotor)의 크기는
90.0m이지만, 직경(D)은 100m로 가정하였다. 발
전기 간격은 2D(200m), 2.5D(250m), 3.0D
(300m), 3.5D(350m), 4D(400m), 5D(500m)
에따른발전기위치의대략적위치는 [그림4]와같
다. 일반적인 발전기의 간격은 주풍 방향에 대해 직
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해상 풍력 발전단지 배치
[표 4] 단기 측정과 장기 측정의 상관성
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각방향으로는3D 이상, 주풍방향으로는6D 이상을
추천한다.
본연구에서는북풍이주방향이므로간격은주풍
방향의직각방향으로가정하였다. 발전기에의해야
기되는후류에대해서도고려되었다. 풍력발전기간
격에따른연간에너지생산량(AEP)은아래[표6]과
같다. PARK값은 발전기 10개의 상호 간섭을 고려
한 연간 에너지생산량이며, 손실은 여러 전기적인
및 기타 손실을 10%로 일률적으로 가정하였다. 발
전기간격이2D에서5D까지넓어질수록단지의효
율성은 93.6%에서 98.3%까지 증가한다. 이는 간
격이 넓어질수록 발전기의 wake turbulence에
의한상호간섭이줄어들어발전기의생산량이증가
하는것을알수있다. 실제사업에서는발전기사이
간격이 증가하면 발전기의 생산량은 증가하지만 전
체적인 사업구역이 넓어져 사업의 경제적 타당성이
떨어진다.
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[표 6] 발전기 간격에 따른 연간 에너지 생산량
또한,지나치게발전기간격을줄이면에너지생산
량 감소 및 발전기 블레이드, 타워의 피로문제 등이
발생할수있다. 이에따라발전단지계획시이에대
한 고려를 하여야 한다. 2D에서 2.5D로 간격이 넓
어지면 연간 에너지생산량의 증가가 크지만 2.5D
이후로는대략일정한비율로연간에너지생산량이
증가함을알수있다. 이는일정한거리이후에는발
전기의후류에의한영향을덜받을것으로판단된다.
구 분 2D 2.5D 3D 3.5D 4D 5D
result PARK(MWh/y) 90,610 92,384 93,605 94,571 95,395 96,932
result -10%(MWh) 81,549 83,145 84,245 85,114 85,856 87,238
GROSS(MWh/y) 96,853 97,005 97,200 97,467 97,786 98,650
efficiency(%) 93.6 95.2 96.3 97.0 97.6 98.3
mean WTG(MWh/y) 8,154 8,314 8,424 8,511 8,585 8,723
Full load hours(Hours/year) 2,718 2,772 2,808 2,837 2,862 2,908
Capacity factor(%) 31.0 31.6 32.0 32.4 32.6 33.2
[그림 5] 발전기 간격에 따른 발전기 생산량
[그림 4] 간격에 따른 발전기 위치
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인할수있다. 이는일반적으로지장물은최소지장
물높이의10배까지바람의흐름에영향을주고, 해
안에 위치한 건물은 주로 4~5m 이하의 낮은 건물
로구성되어있고, 높은수목등이없는지형이다.
일반적인 배치 형상이라면, 발전 단지의 배치는
주 풍향에 직각 방향으로 배치하는 것이 생산량 측
면에서는 유리하다. 그러나, 본 해석 결과 기울기가
52.5도부터60.0도까지는오히려생산량이감소함
4.2 기울기에 따른 에너지 효율 변화
계측풍속의분석결과주풍향(main direction)
이 북(N)방향으로 풍력발전기의 배치는 주 풍향과
직각방향으로배치하는것이에너지생산량을극대
화시킬수있지만다른여러가지고려사항(지형, 수
심)으로직각방향으로는배치할수없다. 이에진북
(진북)방향에서 47.5도에서 60도까지 2.5도 간격
으로배치하여검토하였다.
일반적인배치형상이라면, 발전단지의배치는주
풍향에직각방향으로배치하는것이생산량측면에
서는 유리하다. 그러나 육상발전 단지나 육지에 근
접한 해상풍력발전 단지의 경우 주 풍향과 주변 지
형및장애물에의한영향을고려하여야한다.
기울기에따른분석결과주풍향방향과의경사각
이클수록(즉, 주풍향방향에직각배열에가까울수
록) 발전기 각각의 위치에서의 효율이 좋아짐을 확
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해상 풍력 발전단지 배치
[그림 6] 기울기에 따른 발전기 위치
[표 7] 발전기 기울기에 따른 연간 에너지 생산량
구 분 47.5도 47.5도 47.5도 47.5도 47.5도 47.5도
result PARK (MWh/y) 93,333 93,605 93,852 93,812 93,654 93,399
result -10% (MWh) 83,999 84,245 84,467 84,431 84,289 84,059
GROSS (MWh/y) 97,496 97,200 97,044 96,728 96,3776 95,987
efficiency (%) 95.7 96.3 96.7 97.0 97.2 97.3
mean WTG (MWh/y) 8,400 8,424 8,446 8,443 8,428 8,405
Full load hours (Hours/year) 2,800 2,808 2,816 2,814 2,810 2,802
Capacity factor (%) 31.9 32.0 32.1 32.1 32.1 32.0
[그림 7] 기울기에 따른 발전기 생산량
06-60~72기술05해상풍력1.ps 2012.12.26 19:58 페이지69
을알수있다. 이는발전기의기울기가커지면서최
외각발전기가해안으로접근하면서해안에있는지
장물과지형의영향을받아에너지생산량이감소하
게 된다. 이는 추후 발전 단지 배치 시에 주 풍향과
발전기배치시고려되어야할것이다.
4.3 해안선 이격거리에 따른 에너지 효율
변화
해안선으로부터 이격거리가 떨어질수록 해저 케
이블 길이 및 수심이 깊어져 공사비 증가 및 작업성
에 영향을 주게 된다. 또한 해안선으로 이격거리가
가까워질수록 해안선에 있는 장애물(건물, 수목)의
영향을받을수있고, 해안민가에소음등의민원을
유발할 수 있다. 이에 해안선의 영향을 살펴보기 위
해 해안선으로부터 이격거리를 500m에서 900m
까지 100m 간격으로 배치하였다. 기준 발전기를
중심으로 민가로부터 이력거리를 산출하였고. 발전
기 배치는 주 풍향과의 기울기는 50.0도를 하였고,
발전기간의간격은3D를기준으로하였다.
민가에서의이격거리는한국환경정책평가연구원6)
에서 제시한 최소이격거리 500m이격거리와 환경
정책기본법4)에 따른 45db 이하를 만족하는 이격거
리 800m 이상을 제시하여 이 범위 내에서의 이격
거리의변동에따른영향을고려하고자하였다.
해안선이격거리에따른연간에너지생산량의변
화는 발전기가 해안선으로부터 멀어질수록 발전기
의 이용률이 증가함을 알 수 있다. 이는 사업구간의
해안선에주로단층으로구성된민가가주로구성되
어있는지역임에도근접한발전단지의에너지생산
량에 영향을 미침을 알 수 있다. 그러나 해안선으로
부터 충분한 이격거리를 가질 경우 수심의 급격한
70_제19호
유신기술회보 _ 기술자료
[그림 8] 이격거리에 따른 발전기 위치
구분 900m 800m 700m 600m 500m
result PARK (MWh/y) 93,605 93,228 92,723 92,187 91,655
result -10% (MWh) 84,245 83,906 82,451 82,968 82,490
GROSS (MWh/y) 97,200 96,788 95,239 95,659 95,092
efficiency (%) 96.3 96.3 96.3 96.4 96.4
mean WTG (MWh/y) 8,424 8,390 8,345 8,296 8,249
Full load hours (Hours/year) 2,808 2,797 2,782 2,766 2,750
Capacity factor (%) 32.0 31.9 31.7 31.5 31.4
[표 8] 이격 거리에 따른 연간 에너지 생산량
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증가가 발생할 수 있다. 따라서 발전단지 계획 시에
는이러한고려도함께되어야할것이다.
이격 거리에 따른 에너지 생산 효율을 살펴보면
해안선으로멀어질수록효율은증가한다. 이는해안
의 지장물의 영향을 덜 받기 때문으로 판단된다. 허
나, 해안에서 멀어질수록 수심이 증가하고 공사비,
구조적안정성에영향을줄수있다.
5. 결론
본 연구에서는 계획풍력발전단지의 관측 자료와
인근기상대(제주, 고산)의장기풍속(11년치)자료와
의 MCP분석을 실시하여 발전기 허브 높이에서의
평균풍속을산정하였다. 이를이용하여계획풍력발
전단지계획에 있어서 발전기의 간격, 주 풍향 방향
과의기울기, 해안선에서의이격거리등에대한연간
에너지생산량(AEP)을산정하였다.
1. 제주 기상대에서 측정된 기상자료 분석 결과 주
풍향 방향은 NNW방향이며 Scale parameter
(C)는 3.8, Shape parameter(K)는 1.78임을
알수있다.
2. 고산 기상대에서 측정된 기상자료 분석 결과 주
풍향 방향은 NNW, N방향이며 Scale
parameter(C)는 8.2, Shape parameter(K)
는1.59임을알수있다.
3. 해상풍력발전단지에서의단기자료와장기기상
대자료와의상관성은97.5%를보였으며발전기
허브높이(80m)에서의 장기 풍속은 7.9m/s임을
알수있다.
4. 발전기 간격(D=100m)에 따른 에너지 생산량은
간격이넓어질수록생산량이증가함을보였다.
5. 주풍방향에대한기울기에따른에너지생산량은
주풍향과의경사각이켜질수록에너지생산량이
증가하나경사각이너무커져해상풍력발전기가
해안에근접하게되면오히려생산량이감소하게
되어해안의근접도와경사각에대한고려가필요
하다.
6. 해안에서의이격거리에따른에너지생산량의비
교는해안선으로근접할수록에너지생산량이감
소함을 보였다. 이는 해안의 장애물에 의한 영향
임을알수있다.
참고문헌
1. 김현구, “포항지역풍속전단형태분석과측정-
보정-예측법의 응용”. 한국신재생에너지학회,
Vol1, No, pp.26-33, 2005.
2. 김현구, 장문석, “한반도바람지도구축에관한
연구Ⅱ. 저해상도바람지도화및풍력자원정보
체계”, 한국신재생에너지학회, 3(1), pp.20-
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해상 풍력 발전단지 배치
[그림 9] 이격거리에 따른 발전기 생산량
06-60~72기술05해상풍력1.ps 2012.12.26 19:58 페이지71
26, 2007
3. 황병선. “풍력터빈의 이해”. 도서출판 아진,
pp.72
4. 환경정책기본법
5. 김건훈. “풍력자원 정밀조사 및 풍력단지 개발
기술 증진연구”. 한국신재생에너지학회, 제17
회워크샵및추계학술대회, 2005
6. 한국환경정책평가원구원, “환경성을 고려한 태
양광, 풍력발전소입지선정가이드라인”, 연구
보고서, 2008
*본 내용은 대한토목학회 2012년 학술대회에 수록된 내용임.
72_제19호
유신기술회보 _ 기술자료
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