세계풍력발전협회(GWEC) 2017년도 Global Wind Report에 따르면 전세계 풍력에 의한 발전용량은 2001년도 23,900MW에서 2016년도 486,790MW로 비약적으로 발전하고 있다. 반면 국내 발전원별 총발전량 비중에서 풍력에 의한 발전은 0.2% 불과하다. 국내외 발전원별 정산단가가 풍력으로 전기를 생산하는 데 드는 발전원가가 석유 등 화석연료 발전원가와 같아지는 Grid Parity에 이미 도달하여 풍력발전에 의한 전기의 생산은 더욱 확대될 것이다. 본 연구에서는 전 세계 해상풍력설비의 88%가 위치하고 있는 유럽의 주요 해상풍력발전단지의 선박통항 규정과 어로활동에 대한 기준을 분석하여 향후 국내 해상풍력발전단지 설치 시 선박통항 및 어로활동 기준 설정 시 고려되어야 할 사항을 제시하였다.

우리나라 서남해역에서 추진될 해상풍력 발전 단지에서 생산된 전기와 기존의 전력망과의 계통연계를 위해서는 해저케이블 설치가 필수적인 요소이다. 특히 해저케이블 설치에 대한 경제성, 시공성 및 안정성 확보를 위해서는 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계가 이루어져야한다. 본 논문에서는 1979년부터 2002년까지 한국해양과학기술원에서 구축한 장기 파랑산출자료와 제3세대 파랑모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 이용하여 해상풍력단지가 조성될 해역에 대해 만조와 간조시 파랑시뮬레이션을 수행하여 해저케이블 경과지와 보호공법 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구결과, 서남해 해상풍력단지가 조성될 해역의 연평균 Hs는 1.03 m, Tz는 4.47s이고, 주파향은 북서(NW)와 남남서(SSW) 방향이다. NW에서 입사되는 조건(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 4.0~5.0 m, 간조시에 약 2.0~3.0 m로 계산되었다. SSW에서 입사되는 조건(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 3.5~4.5 m이고, 간조시에는 약 1.5~2.5 m로 계산되었다. 해저케이블 경과지 중 경도 UTM 249749~251349 구간 약 1.6 km에서는 NW로 입사되는 파랑의 영향이 크며, UTM 251549~267749 구간 약 16.2 km에서는 SSW로 입사되는 파랑의 영향이 지배적이다. 파랑집중 현상이 두드러지게 나타나는 해역은 위도와 하왕등도 사이 해역으로, 이 해역에서는 주변해역 보다 상대적으로 높은 파고를 나타내고 있다.

본 연구에서는 대정해상풍력단지 설치 해역과 인근수역을 이용하는 선박교통량과 해상교통흐름의 패턴을 분석하고 단지 조성 후 합리적인 대체통항로 지정에 따른 교통량을 예측하였다. 또한 예측된 교통량을 근거하여 통항로별 통항안전성을 평가하고 검토함으로써 선박의 안전운항에 필요한 제반조건 및 대책을 제시하였다. 풍력단지 설치 해역과 인근수역의 해상교통흐름 패턴을 분석한 결과 총 8가지의 교통흐름으로 분류되었고, 연간 교통량은 8,975 척으로 예측되었다. 이를 근거로 단지 조성 후 4가지의 대체 통항로 지정에 따른 교통량을 예측하였다. 예측된 교통량과 SSPA의 동력선충돌모델을 이용하여 통항안전성을 평가한 결과 충돌 및 침로이탈확률에 관한 국내 안전기준 10-4 이하를 만족하므로 계획된 대체통항로가 유용함을 확인하였다.

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.

풍력 발전단지의 효율성 평가를 위하여 풍력-기상자원지도로부터 이론적 잠재량을 계산하고 행원 발전단지 발전량과 비교하였다. 풍력-기상자원지도는 기상청 국립기상연구소에서 개발된 1 km 해상도 자료를 이용하였다. 풍력-기상자원지도와 AWS(구좌) 풍속의 비교 검증 결과는 풍속이 과대 모의되었으며, 행원 발전단지 풍속의 일 변동성은 해륙풍의 영향으로 오후에 최대가 되는 일 변동 특성을 보였다. 풍력-기상자원지도로부터 산출된 발전량과 행원 발전단지 발전량의 비율은 24.8%이나, 발전량 빈도수 분포 형태는 유사하였다. 발전량 차이의 원인은 터빈의 기계적 오류, 풍력-기상자원지도 풍속의 과대 모의에 기인한 것으로 생각된다. 본 연구는 향후의 발전단지 효율성 증가를 위한 터빈의 재배치에 기여 할 것이다.

최근 기상학은 사회와 경제, 신재생에너지 분야 전반에 걸쳐 중요한 영향을 미치고 있으며, 효율적인 에너지 생산을 위한 기상기술 개발이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 신재생에너지 분야, 특히 풍력에너지의 효율적 활용을 위해 독일과 미국은 고해상도(1km) 풍력자원지도를 개발하여 풍력발전단지 입지선정에 활용하고 있다. 풍력발전단지 입지에 적합한 바람은 풍속이 강하다고 이점을 갖는 것이 아니라, 평균 5m/s 이상의 빈도가 높고 풍향도 일정해야 풍력발전의 효율이 높다. 한반도는 전 세계적으로 풍력잠재에너지가 비교적 낮기 때문에 더욱 효율적인 입지선정 방법론 연구가 필요하다. 본 연구는 독일의 풍력발전단지 입지선정 평가기준을 적용하여 국립기상연구소의 풍력-기상자원지도를 활용해 한국형 입지선정 방안을 마련하는데 목적을 두고 있다.

최근 관심을 받는 풍력발전단지의 성공적인 설계는 풍력자원, 풍력발전기 설계, 소음 그리고 환경영향, 인증절차와 같은 여러 가지 인자들에 결정된다. 정부의 신재생에너지에 대한 지속적 투자로 인해 갖가지 형태의 장단기 계획들이 쏟아져 나오고 있으며 풍력발전단지설계와 관련해서 사업들이 진행되고 있다. 풍력발전단지는 지역에 따라 그 에너지생산량의 편차가 크게 달라지는데, 일반적으로 풍속이 높은 지역에서 많은 전력이 생산되므로 풍속이 가장 중요한 요구조건이라고 판단된다. 육상풍력 발전단지가 완공되기 위해서는 그 개발과정에 대해 완전히 이해되어야한다. 그러나, 과정상의 정보나 경험이 부족하면 많은 단지개발 과제는 무산되거나 신빙성을 잃을 수 밖에 없다. 본 기고문에서는 풍력에너지생산량 예측기법과 발전단지개발 절차를 강조하면서 육상에서의 풍력발전단지 설계에 대한 절차를 소개하고자한다.

To predict annual energy production (AEP) accurately in the wind farm where located in Seongsan, Jeju Island, Equivalent wind speed (EQ) which can consider vertical wind shear well than Hub height wind speed (HB) is calculated. AEP is produced by CFD model WindSim from National wind resource map. EQ shows a tendency to be underestimated about 2.7% (0.21 m/s) than HB. The difference becomes to be large at nighttime when wind shear is large. EQ can be also affected by atmospheric stability so that is classified by wind shear exponent (). AEP is increased by 11% when atmosphere becomes to be stabilized ( > 0.2) than it is convective ( < 0.1). However, it is found that extreme wind shear ( > 0.3) is hazardous for power generation. This results represent that AEP calculated by EQ can provide improved accuracy to short-term wind power forecast and wind resource assessment.

In order to decide the location of appropriate onshore wind farm with higher potential wind energy, several decision processes using Geographic Information System (GIS) including Digital Elevation Map (DEM) were proposed and we also estimated the wind resources through the proposed decision process. Decision process consists with three steps. First step is excluding inappropriate location geographically using DEM data including SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) terrain data, landslide, land-use, roadway, and forest road data. And the second step of decision process is consideration of the difficulty caused by the natural environmental problem. This step is carried out using ECVAM (Environmental Conservation Value Assessment Map) data. And final step is determination of the most suitable location through the Moving Suitability Identification Method (MSIM) based on the moving potentially estimated wind resources area. Proposed decision process was applied over the Korean Peninsula. Wind resource potential estimated by the first and the second step is cases shows 35.09 GW and 7.17 GW, respectively, and the total evaluated energy from the all proposed step were 0.43 GW and 1.87 GW for the 3 ㎞and 1.5 ㎞geographical grid size, respectively.

정부는 2010년 신재생에너지발전전략을 수립·시행함에 따라 2011년 11월 “서남해안 2.5GW 해상풍력개발 종합추진계획”을 발표하 였다. 이와 같이 친환경에너지 정책에 따라 해상에 설치되는 풍력발전단지는 계속 증가할 것이다. 해양풍력발전단지의 개발은 풍력뿐만 아니 라 해상교통환경도 고려해야 한다. 특히 풍력발전단지의 항로표지는 인근지역을 항해하는 선박과 구조물의 충돌을 방지하는 중요한 역할을 한다. 국제항로표지협회에서는 풍력단지의 식별을 위해 해양풍력단지의 가장자리 구조물(SPS)과 외각 선의 중간 구조물(IPS)에 등광을 설치 하도록 규정하고 있다. 그러나 이들 등광을 식별함에 있어 중요한 역할을 하는 등질에 관해서는 언급하지 않고 있고 적합한 등질 선택에 관한 연구도 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 해양풍력발전단지를 표지하는 SPS와 IPS의 등광설치에 관한 국내외 규정을 검토하고 다른 항로표지 등광과 혼동되지 않으면서 식별이 용이한 등질의 패턴과 리듬을 제안한다. 제안된 등질은 시뮬레이션 검증을 수행하였으며, 그 결과 SPS의 등질 “Fl Y(4) 12s”와 IPS의 등질 “Fl Y 6s”의 조합 동기점멸이 유용한 것으로 분석되었다.

A case study for the design of a wind farm in complex terrain was carried out using the wind farm site analysis software OpenWind, which has an open-source platform and is free to use. The Youngdeok Wind Farm, constructed on mountainous terrain in Korea, was chosen as a model site; the design process reproduced using OpenWind. A comparison of the positions of the wind turbine derived from the OpenWind optimization process and the current positions were in good agreement. The annual energy production predicted by OpenWind compared with the prediction by the micrositing software, WindSim, were also validated to within 1%. Therefore, it was confirmed that OpenWind can be used for a practical wind farm design project. It is also anticipating that this paper will provide a prototype process for the design of a wind farm site and offer a database for the post-evaluation of a constructed wind farm in Korea.

This study has analyzed the scale, location, resource potential and feasibility of offshore wind farm scientifically and systematically based on the national wind map and GIS. For long-term wind power development, this study pursues siting strategy building, selection of target area and deciding development priority as well as the presenting a basis for assessment that are necessary for policy decision making by making theme layers under GIS environment. According to the analysis after organizing technological development by stages, even if only the most suitable sites are developed among the area of offshore wind farm candidates that can be developed under the current technological standard, it has been evaluated as being able to develop about 3 times of the wind power dissemination target until 2012. It is expected that about 5% of territorial water area can be developed in a short-term future while the southern offshore area possessing relatively favorable wind resource than the western offshore has been identified as the most feasible site. While about 23% of territorial water area has been classified as potential area for offshore wind farm development in a long-term future, even Jeju Island and offshore of Ulsan possessing excellent wind resource have been analyzed as feasible sites. The feasibility assessment of offshore wind farm development established by this study is expected to assist national strategy building for accomplishing the wind power dissemination target.