타워형 집광태양열발전의 핵심요소인 헬리오스타트는 경량화를 통한 설비비 저감이 매우 중요한다. 반사판 면적 16m2의 기 존 헬리오스타트 대비 샌드위치 패널을 사용하여 무게를 50% 경량화한 헬리오스타트의 풍하중 평가를 수행하였다. 반사판이 수직, 45 도 경사인 경우에 대해 전산유체역학 해석을 하여 반사판에 작용하는 풍압을 산정하고 구조해석을 수행하여 최대응력의 발생부위 및 반사판의 변위에 의한 반사각도의 이격을 계산하였다. 45도 경사진 반사판이 바람이 불어오는 반대편으로 향한 경우가 바람을 마주보 는 배치보다 최대 풍하중이 더 크게 나타났으며, 반사판 풍하측으로의 유동박리에 의한 후류의 발달도 반사판의 배치에 따라 매우 상 이한 형태를 보였다. 경량화 모델의 경우 반사판 구동을 위한 기어의 배치를 변경하여 핵심 지지체인 기둥의 강성을 확보할 필요가 있 음을 확인하였다.

급경사 복잡지형 산체인 울릉도는 국지기상 특성이 매우 강하기 때문에 풍력자원평가에 사용되는 지상관측자료를 선택할 때 먼저 그 유효성을 평가하여야 한다. 본 논문에서는 종관기상자료인 재해석자료 또는 중규모 수치기상예측 자료와 지상관측자료의 상 관성 분석을 통하여 지상관측자료의 국지기상 대표성을 평가하였다. 또한 지형에 의한 유동장 변형을 정확하게 고려하기 위하여 전산 유동해석을 할 경우에, 종관기상자료를 축소화한 예측결과가 얼마나 지상관측자료와 일치하는지도 평가하였다. 이때 지형복잡지수를 이용하여 지형이 복잡해질수록 국소배치의 예측오차도 증가함을 확인하였다. 울릉도의 지상관측자료는 현포리의 고공 기상탑 측정자 료를 제외하고는 모두 국지기상 특성이 강하게 나타났으며, 전산유동해석으로 지형효과를 반영하더라도 풍계효과는 반영하지 못함에 따라 지상관측자료에 의존한 풍력자원평가에 불확도가 상당히 클 것으로 판단된다. 따라서 풍력발전 후보지에서 반드시 고공 기상탑 을 설치하고 IEC 61400-12를 준용한 측정을 수행하여야 할 것으로 사료된다.

한반도 풍력자원지도의 시계열 풍속벡터의 유사성을 유클리디안 거리로 정의하여 군집분석에 의해 바람권역을 분류하는 방법을 포항지역에 적용하였다. 풍력자원지도는 포항지역 기상탑 측정자료와의 비교를 통해 정확도를 검증하였다. 이때 풍력자원지도 와 기상탑 측정자료의 시간범위가 서로 상이하여, 재해석자료와의 측정-상관-예측을 이용하여 동기간으로 변환한 후 비교검증 하였다. 포항지역에 대한 바람권역 분류 결과, 계절별로 바람권역의 변화가 매우 큰 것으로 나타났으며, 이로부터 우리나라의 바람권역은 계절특성을 고려해야함을 확인하였다. 풍력자원지도의 공간해상도에 따른 바람권역 분류에서는 상대적으로 지형고도가 낮지만 바 람의 특성에 민감한 지형이 존재하며, 이러한 지형요소의 수치해석이 정확하게 반영되어야 바람권역 분류의 실질적인 설명력이 향상됨을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 구축된 국지적 바람권역 분류방법은 풍력발전소 설계, 대기환경영향평가, 풍환경평가 등에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

태양광 패널의 최적 경사각은 한국의 경우 위도 범위인 30∼40도로 상당히 크기 때문에 패널을 지나가는 바람은 필연적으로 유동박리가 수반된다. 본 연구에서는 유동박리가 수반되는 대기유동장 해석시 난류강도 모델링이 우수한 대와류모사(LES)를 이용하여 풍동실험용 축소모형 및 실제규모 태양광 패널에 대한 수치해석을 수행하였다. 태양광 패널에 작용하는 풍하중이 최대가 되는 풍향인 0도와 180도에 대해 해석하고 압력계수를 실측자료와 비교하였다. 패널 경사면을 타고 올라가는 풍향 0도의 경우는 실측자료와 LES로 예측한 압력계수가 잘 일치하였으나 반대로 패널에 부딪쳐 타고 내려가는 풍향 180도의 경우는 실측값과 상당한 차이가 있었다. 패널 위, 아래면의 압력계수의 차이로 정의되는 순압력계수를 산출하고 이를 건축구조기준의 독립된 편지붕의 최소 설계기준과 비교하였으며, 설계기준 범위 이내인 것을 확인하였다.

본 연구는 지표항력모수화법과 공간해상도 설정에 대한 WRF 중규모모델내 지표풍속모의 성능을 평가하였다. 지표풍속 보정효과는 지형이 복잡한 한반도를 대상으로 연구하였다. 두 가지 새로운 지표항력모수화법과 수평 및 연직해상도를 가지고 총 5가지 실험(CTRL, Exp_JD, Exp_MO, Exp_h2, 그리고 Exp_l38)을 수행하였다. 1995년 한 해 동안 10m와 1000hPa에서 모의된 풍속을 검증 하였다. 실험결과, 지표풍속모의에 대한 최고성능은 WRF 모델내 아격자규모의 지표항력모수화법을 적용하고 연직층을 38개로 설계 한 실험 Exp_l38에서 나타났다. 10m 고도(1000hPa)에서 풍속 Bias와 RMSE가 각각 0.18(-2.65), 0.83(2.73)m/s였다. 이 연구에서 제안 한 MO의 지표항력모수화법과 연직층의 상세화가 풍속모의 설계는 WRF 모델을 활용하여 보다 정확한 바람정보를 생산하고 활용하는데 있어서 도움이 될 것이다.

풍력보급의 급성장에 따라 풍력자원평가의 핵심자료인 풍력자원지도의 수요도 증가하고 있다. 이에 따라 전세계를 대상으로 한 상업용 풍력자원지도 서비스가 본격화되고 있다. 고가의 상업용 풍력자원지도를 선택하기에 앞서 그 신뢰도를 확인할 필요가 있다. 본 연구에서는 남한을 대상으로 해외 상업용 풍력자원지도 2종과 한국에너지기술연구원의 풍력자원지도를 비교분석하였다. 특히 기상통계학적으로 해발고도에 따른 풍속 및 풍력밀도의 상관성, 시계열 풍속분포의 척도인 와이블 형상계수, 연직 풍속분포의 척도인 풍속분포지수 등에 대해 체계적인 일치성을 비교분석함으로써 상업용 풍력자원지도의 신뢰도를 평가할 수 있는 방법을 제시하였다.

해안 풍력단지 개발에 이어 해상 풍력단지 개발이 추진되고 있는 전라남도 신안군 비금도에 대한 장기간 풍력자원평가를 수행하였다. 해당 권역의 측정자료에 대한 상관분석을 통하여 신안풍력발전소 SCADA 자료와 LIDAR 측정자료를 유의한 풍력자원 측정자료로 선정하였으며, MERRA 재해석자료를 참조자료로 선택하여 Matrix Time Series MCP로 장기보정하였다. 장기보정 자료로부터 34년간의 바람인덱스를 산정하였는데 풍속과 풍력발전량의 변동률은 각각 2.0%, 5.4%이며 그 불확도는 각각 1.2%, 2.8%로 산정되었다. 특히 2010년부터 라니냐의 영향이 증대되며 바람인덱스가 평년 대비 높은 수준을 보이고 있음을 확인하였다.

국가 풍력자원지도는 풍력분야 정책·산업·연구섹터 전반에 걸쳐 핵심적 기반자료로서 활용된다. 그렇기 때문에 재생에너지 선진국에서는 지속적으로 국가 풍력자원지도의 시·공간해상도 및 연도별 갱신을 진행하고 있다. 본 논문에서는 최신 2010년도 한반도 풍력자원지도 갱신자료로부터 한반도의 평균풍속, 최대풍속, 계절별 풍속분포, 평균 풍력밀도, 풍속분포지수, 와이블 등급계수와 형상계수 등의 공간분포 특성을 분석하였다. 또한 해모수 해상풍황탑 설치지점과 영덕 풍력발전단지를 대조지점으로 선택하여 시계열 격자점 자료를 분석하였다.

The Ministry of Trade, Industry and Energy is now placing emphasis on the importance of a new and renewable energy resource map service as an essential means of promoting the dissemination and adoption of renewable energy and other related industrial activities. To raise satisfaction with the new and renewable energy resource map service and promote its utilization, a survey was conducted on a sample group with an academic research background, i.e. employees of the Korea Institute of Energy Research (KIER) who have a thorough understanding of the technological concepts behind the new and renewable energy resource map. Statistical analysis of the survey results showed a high level of overall satisfaction with the web service for the new and renewable energy resource map. Therefore, it was concluded that the development of practical contents rather than the enhancement of web service convenience is required. A statistically significant trend was also observed whereby, the longer the professional career of the survey respondents, the greater their perception and utilization of, and satisfaction with, the enhanced service, which indicates that their level of understanding and utilization of technological concepts corresponds to their research experience record. In addition, the results obtained from the questionnaires regarding the evaluation of the utilization value of the resource map service indicated that use of the service was equally high in terms of political, business and academic applications. The results confirmed the need to develop multidimensional resource map contents that can be applied to as many fields as possible, rather than focusing on a specific terrain.

In order to analyze the effect of environmental protection on wind energy dissemination quantitatively, the onshore wind resource potential is estimated using Environmental Conservation Value Assessment Map and Korea Wind Resource Map. The onshore wind resource potential of 11 GW is calculated if wind farm development is prohibited within Class 1 area of Environmental Conservation Value Assessment plus 500 m buffer area. Therefore it is worried that environmental protection would be a practical barrier of accomplishing 4,155 thousand TOE target of wind energy dissemination until 2030.