본 연구는 육상풍력 입지지도를 고도화하기 위하여 초고해상도 풍력이용률 자원지도와 풍력시장 경제성 모델을 활용하여 풍력자원 분류지도를 개발하였다. 풍력자원 분류는 경제성의 유무에 따라 적합성을 상, 하로 구분하되 적합성 상내에서도 우수지역을 추가 분류하여 우선 검토대상지역을 제시하였다. 국내 풍력입지를 분석한 결과, 전국의 25.1%는 경제성이 있었으며 이중에서 1.7%는 우수지역에 해당하였다. 풍력자원의 경제적 적합성 평가 결과는 이용률 지도의 정확도, 설비설치비용(Capital expenditure, CAPEX), 그리고 계통한계가격의 변동성에 따라 적합성 상 지역은 –7.6%p ~ 12.6%p(적합성 우수 지역은 –1.1%p ~ 2.7%p)까지 변화하였다. 풍력 자원은 보조금, 이용률에 가장 크게 영향을 받는 반면, CAPEX의 변화는 경제성 없는 지역이 경제성 있는 지역으로 바뀔 수 있는 확률이 크다는 것도 확인했다.

고리 원자력발전소 1호기 폐쇄 후 잉여 계통접속 용량을 활용한 해상풍력단지를 개발함에 있어서, 본 논문은 해안 단기간 라이다 측정자료를 이용한 해상 풍력자원평가 방법을 제시하였다. 이를 위해 전산유체역학을 이용한 복잡지형에서의 라이다 측정오차 보정, 제3세대 재해석자료를 이용한 장기간 보정, 그리고 후류모델에 따른 발전량 예측오차를 분석하였다. 해안 평탄지형에서 라이다 측정이 수행되었기 때문에 복잡지형 보정오차는 풍속 MAE로 0.03m/s에 불과하였으나 최종 연간에너지생산량은 미보정시에 비해 10% 의 차이가 발생하였다. 특히 장기간 보정과 해안 기상자료를 해상 기상자료로 전달하는 과정의 불확도가 큰 것으로 평가되었다. 풍력 터빈 이격거리가 충분할 경우 기존 육상풍력용 후류모델은 후류손실이 없다고 예측한 반면 심층배열 후류모델은 6%의 후류손실을 예 측하였다. 정리하자면 해상풍력사업의 불확도 최소화를 위해서는 해상기상탑을 설치하고 장기간 측정을 수행하는 것이 필수적임을 재확인하였다.

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.

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.

유럽 및 미주의 풍력자원조사는 풍황탑에 라이다 및 소다와 같은 지상기반 원격탐사를 병행하여 측정불확도를 경감하는 방향으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 서해안 김제평야에서 원격탐사 캠페인을 수행하였으며, 풍력자원 평가용 원격탐사장비인 윈드큐브 라이다와 메텍 PCS.2000-64 소다의 상호비교를 통하여 측정불확도를 평가하였다. 소다는 200m 높이에서 자료가용률이 80%로 저하되었으나 결손자료를 처리한 후 라이다와 동일한 로그법칙 풍속분포를 나타내었으며 두 측정장비 간의 평균풍속은 기울기 0.94, R2=0.94로 상관성이 높게 접합되었다. 그리고 풍속오차의 상대표준편차 및 풍향오차의 표준편차는 각각 14%와 25도로 전 측정높이에 대하여 균일하게 나타났다.

최근 관심을 받는 풍력자원개발에 대한 기초적, 실용적인 연구를 수행하고 자료를 확보하기 위해서는 실제 그 지역 주위 유동특성에 대한 지식이 매우 중요하다. 두 개의 초음파 유속계와 널리 사용되고 있는 컵유속계와 풍향기를 유동방향에 수직하게 설치하여 높이가 약 4.5m에서 풍속의 평균과 변동성분을 측정하였다. 실험 결과 레이놀즈 수는 약 6.7×105, 그리고 마찰유속, u*는 약 0.32m/s로 측정되었다. 수평 및 수직 평면 풍속에 대한 파워 스펙트럼 분석은 다양한 주파수 범위의 값들을 조합하여 넓은 주파수 범위에 대해 분석 할 수 있었다. 스펙트럼 분석 결과 4개의 지배적인 와류 에너지 피크 값을 관찰 할 수 있는데, 각각의 피크 값들은 약 1~2분, 8시간, 24시간 그리고 100시간의 주기로 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 이 피크들 사이에 넓은 스펙트럼 갭이 0.2~10 cycle/hour 주파수 범위에 걸쳐 나타나고 있다.

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.

We classified wind sectors according to the wind features in South Korea. In order to get the information of wind speed and wind direction, we used and improved on the atmospheric numerical model. We made use of detailed topographical data such as terrain height data of an interval of 3 seconds and landuse data produced at ministry of environment, Republic of Korea. The result of simulated wind field was improved. We carried out the cluster analysis to classify the wind sectors using the K-means clustering. South Korea was classified as 8 wind sectors to the annual wind field.