해상풍력발전단지해역 선박 통항 허용기준 설정에 관한 연구

온성욱,이창현,김철승 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.7

Since global energy consumption and demand for energy have dramatically risen, a focus on environmental problems and sustainability has become more important. Clean and renewable energy sources such as offshore wind power generation have received attention among new renewable energy options as alternative energy resources. Due to maintenance and operational perspectives, offshore wind farms have been planned for installation in many coastal waters. However, development of offshore wind farms faces interference from existing maritime traffic along the planned areas. In order to safely and effectively govern marine traffic in the vicinity of wind farms and inner areas, standard criteria are suggested to allow vessels to sail the internal waters of offshore wind farm areas. Therefore, the purpose of this study is to establish allowable criteria for sailing vessels and safety zones for offshore wind farms by investigating the local regulations of various offshore wind farm cases overseas. The commended inner safety zone of wind farms is proposed to be a distance of 150% of the rotation diameter of the wind turbine rotor and a distance of 200m from the outer wind turbine for the outer safety zone. Besides this, the allowable criteria for sailing vessels within a wind farm is proposed to have an air draft of 14.47m south-west wind farm sea areas for a minimum margin to avoid hull contact through evaluation of the tide and height of a wind turbine. further studies will be needed to establish vessel sailing criteria among adjacent offshore wind farms as well as vessel sailing criteria within a single offshore wind farm. 세계 에너지 소비와 에너지 수요가 급격히 증가함에 따라 환경문제와 지속가능성에 대한 관심이 요즘 더욱 중요해지고 있다. 신재생에너지 중 해상풍력발전과 같은 깨끗하고 재생가능한 에너지자원은 대체에너지 자원으로 주목받고 있다. 유지보수 및 운영상의 관점에서 해상풍력발전은 일반적으로 연근해해역에 설치될 계획이지만 해상풍력발전단지의 개발은 계획된 풍력단지를 따라 기존의 해상교통으로부터 다양한 해상교통 간섭에 직면해 있는 실정이다. 해상풍력발전단지 인근해역 및 단지 내에서 해상교통을 안전하고 효과적으로 통제하기 위해 선박이 해상풍력단지 내에서 통항할 수 있도록 표준 기준을 제안한다. 따라서, 본 연구의 목적은 국외 해상풍력발전단지의 현지 규정을 조사하여 해상풍력발전단지에 대한 선박통항 허용 및 안전구역 기준을 수립 하는데 있다. 풍력단지의 내측 안전구역은 풍력터빈 날개 회전직경의 150%를 적용한 거리와 외측안전구역으로는 외곽에 위치한 풍력터빈으로부터 200m의 범위의 거리를 제시하였으며, 또한 풍력단지 내 선박통항 허용기준은 풍력터빈 날개의 높이와 조위를 평가하여 향후 서남해 해상풍력발전단지의 실증단지 해역에서 Air draft 14.47m가 선체 접촉을 피할 수 있는 최소 마진을 가진 기준을 제시하였다. 향후 연구과제로서, 단일 해상풍력단지 내의 선박통항 기준과 더불어 인접한 해상풍력단지 간의 선박통항 기준마련을 위한 후속연구가 필요하다.

풍력-기상자원지도에 기반한 제주 행원 풍력발전단지 효율성 평가

변재영,강미선,정현숙 한국지구과학회 2013 한국지구과학회지 Vol.34 No.7

This study evaluates wind farm efficiency at Haengwon in Jeju Island. The actual energy production at Haengwon wind farm is compared with the estimated energy production based on Korean wind map which is developed at the National Institute of Meteorological Research/KMA. The validation of wind map at Gujwa located near the Haengwon wind farm shows that the wind speed is overestimated. The diurnal variation of wind speed shows a maximum value in the afternoon due to the effect of sea-land breeze. The ratio of the actual energy production at Haengwon wind farm and the estimated energy production based on the Korean wind map is 24.8%, while the distribution of energy frequency is similar each other. The difference of energy production is caused by mechanical error of the turbine and the overestimation of the simulated wind map. This study will contribute to the repowering of turbines for improving the efficiency of wind farm in the future. 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 발전단지발전량의 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.

육상 풍력발전단지 개발 및 에너지생산량 예측기법에 대한 고찰

김용환,임희창 한국풍공학회 2010 한국풍공학회지 Vol.14 No.1

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. The successful development of a wind farm depends on a variety of factors, such as wind resource, optimization of wind turbine layout, noise and environmental impact, approval process, etc. With a burning investment of government on the renewable energy project, many respective plans are issued and taken into account for installing wind turbines. Some sites are more suitable for wind farms than others. Wind speed is the most important requirement; generally the most windy sites will generate the most electricity. For a successful development of on-shore wind farm, the development procedure should be well understood. However, due to the lack of information and experiences, many projects turn to be dismissed and unreliable. This paper introduces a guide procedure of wind farm development with emphasis on a typical process of approval and an estimation method of wind energy production.

해양풍력발전단지 표지등광의 등질선정에 관한 연구

양형선(Hyoung-Seon Yang) 한국항해항만학회 2014 한국항해항만학회지 Vol.38 No.2

정부는 2010년 신재생에너지발전전략을 수립ㆍ시행함에 따라 2011년 11월 "서남해안 2.5GW 해상풍력개발 종합추진계획"을 발표하였다. 이와 같이 친환경에너지 정책에 따라 해상에 설치되는 풍력발전단지는 계속 증가할 것이다. 해양풍력발전단지의 개발은 풍력뿐만 아니라 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 설치하도록 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. Korean government sets up a goal that jumps up to the third ranked powerful nation of offshore wind in the world until 2020 and announced "The plan for 2.5-gigawatt wind farm off the south-west coast by 2019". Such above, according to green energy policy, offshore wind farms(OWF) will be increased continuously. The development of OWF should be taken account of wind volume as well as marine traffic environment. Specially aids to navigation of OWF play a significant role in preventing collision between vessels navigating near waters and structures. For purpose of distinguishing OWF, IALA recommendations define installation of lights on SPS and IPS. However, there is no mention of light character that plays important role in identification of lights as marking offshore wind farm. Also the research on selection of proper light character has been insufficient state. Therefore in this paper, we analyzed internal and external regulations concerned marking with light on SPS and IPS in OWF. And suggested patterns and rhythms of light having not only easily recognized feature but also no confusion with other light of aids to navigation. The proposed light characters were verified by simulation, and the results were analysed that synchronism flickering of "Fl Y(4) 12s(SPS)" and "Fl Y 6s(IPS)" would be useful in combination of both lights.

지형에 따른 발전기 배치가 풍력 발전 성능에 미치는 영향에 관한 수치해석 연구

이명성(Myungsung Lee),이승호(Seung Ho Lee),허남건(Nahmkeon Hur) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.10

복잡한 지형에 위치한 풍력발전소의 유동장을 분석하기 위해 3차원 유동해석이 수행되었다. 본 논문의 목적은 복잡한 지형과 풍력발전기의 배치가 풍력발전소의 성능에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 자세한 블레이드 형상을 고려한 총 49대의 풍력발전기가 계산 도메인에 포함되었다. 풍력발전기의 회전운동을 고려하기 위해 고정회전자 기법이 사용되었고, 블레이드에 작용하는 토크를 계산함으로써 풍력발전기의 성능을 평가하였다. 수치해석 결과를 통하여 풍력발전소 전체의 자세한 유동장과 지형적 영향으로 풍속이 감소되는 국부적인 영역을 예측하였고, 상류의 발전기에서 발생하는 후류가 하류에 위치한 발전기의 성능에 미치는 영향도 분석되었다. 본 연구의 해석기법은 추후 건설되는 풍력발전소의 부지와 풍력발전기의 최적 위치를 선정하는 데 사용될 수 있을 것으로 사료된다. A three-dimensional flow simulation was performed to investigate the flow field in a wind farm on a complex terrain. The present study aims to examine the effects of mountainous terrain and turbine arrangement on the performance of wind power generation. A total of 49 wind turbines was modeled in the computational domain; detailed blade shape of the turbines was considered. Frozen rotor method was used to simulate the rotating operation. The torque acting on the turbine blades was calculated to evaluate the performance of the wind turbines. The numerical results showed details of the flow structure in the wind farm including the velocity deficit in the separated flow regions; this velocity deficit was due to the topographical effect. The effect of the wake induced by the upstream turbine on the performance of the downstream wind turbine could also be observed from the results. The methodology of the present study can be used for selecting future wind-farm sites and wind-turbine locations in a selected site to ensure maximum power generation.

한국에서 재생에너지의 한계점 및 개선사항

이순자(Lee, Soon-Ja) 강원대학교 비교법학연구소 2015 환경법과 정책 Vol.15 No.-

우리나라는 6월 30일에 유엔기후변화협약(UNFCCC)에 INDC(온실가스 자발적 감축목표)를 제출했다. 2030년 BAU 대비 25.7% 감축안을 기본으로 하고, 나머지 11.3%는 외부 탄소배출권을 사서 온실가스를 추가로 감축하기로 하였다. 이렇게 온실가스를 감축하기 위해서는 신?재생에너지를 이용하여 에너지를 생산하는 것도 하나의 방법이다. 하지만 한국은 전체 에너지 생산량의 약 3%만을 신?재생에너지를 이용하여 에너지를 생산하고 있다. 그 중에서 풍력에너지가 차지하는 비율은 신?재생에너지 생산량의 약 2.2%로서 아주 미미하다. 이 논문에서는 다른 선진국과는 달리 한국에서 풍력을 이용하여 에너지를 생산하는 비율이 왜 낮은지 풍력에너지 생산과 관련된 법률과 정책에 대해 분석해 보았다. 그리고 다른 재생에너지 생산과 달리 풍력발전을 저해하는 물리적인 요인에 대해서도 알아보았다. 또한 정부의 제6차 전력수급 기본계획에 따르면 2020년까지 육상과 해상에서 17GW의 풍력발전단지를 건설할 계획이지만 주민들의 반발로 계획에 차질이 빚어지고 있다. 어떤 이유로 주민들과 갈등을 빚고 있는지 원인을 분석하였다. 위와 같은 다양한 분석을 통하여 정책적 측면에서는 정부가 달성하고자 하는 재생에너지 목표를 위해서는 공급의무화정책(RPS)을 적용하고 많은 국민들이 참여할 수 있도록 발전차액지원제도(FIT)도 병행해야 한다. 그리고 풍력발전기 및 설비와 관련하여서는 풍력설비 인증 획득의 통합방안 및 기술개발을 위한 국제 공동연구 방안이 필요하다. 또한 풍력발전단지가 조성됨으로서 주민들의 생활환경에 영향을 주고 있는데 이를 완화시키기 위한 이격거리 및 소음기준이 필요하고 저주파 문제도 같이 연구되어야 한다. 무엇보다 풍력발전단지 주변 주민들의 수용성을 높이는 방안이 필요하다. 예를 들어 법률과 조례의 정비, 풍력발전을 통한 이익을 공유하는 방안, 절차적 참여를 보장하는 방안, 주민참여율에 따라 공급인증서에 가중치를 도입하는 방안, 해상풍력발전단지의 경우에는 ?발전소주변지역 지원에 관한 법률?의 개정을 통해 발전기로부터 5km 이상의 육지나 섬에서도 지원을 받을 수 있도록 법을 개정하여 어민들을 지원을 할 수 있는 구조로 변경하여야 한다. 이런 것들이 반영된다면 풍력발전의 활성화를 기대할 수 있으리라 본다. Korea submitted its INDC(Intended Nationally Determined Contributions) to the UN Framework Convention on Climate Change(UNFCCC) on 30 June of this year. Korea will mitigate its greenhouse gas emissions by 25.7% compared to BAU 2030, and will reduce its emissions by a further 11.3% by purchasing external certified emission reductions. But renewable energy production in Korea accounts for only about an insufficient 3% of the total energy production. Moreover, wind power accounts for a meager 2.2% of that ratio as well. For this reason, the current policy for supplying energy through wind power can be deemed to be lacking. The two policies of FIT(feed-in-tariff) and RPS(renewable portfolio standard) need to be appropriately “mixed”: RPS as it is currently stipulated in the “Act on the Promotion of the Development, Use and Diffusion of New and Renewable Energy” should be applied to large-scale projects, while FIT should be available to residents to encourage their participation. For the facilitation of wind power, this article suggests four improvements to be conducted: First, it is necessary to provide certification processes for wind power plants and technology development. Second, it is necessary to evolve from a government-led renewable energy policy system to one that allows the cooperation of local governments and citizens. For this purpose, it is necessary to establish a sustainable energy supply system centered around the local governments that is suitable for the development, supply and consumption of renewable energy according to the needs of the local community. Third, measures to increase the peoples acceptance of renewable energy are needed to be put into place. Acceptance can be gained by reorganizing the relevant laws and regulations. Fourth, in the case of offshore wind farms, evolution into a structure that can support the fishing community can be achieved by amending the “Act on Assistance to Electric Power Plants-Neighboring Areas” to allow support to those living on land or an island in a 5 km radius from generators.

해상풍력 발전용량 설계에 관한 연구

정문선(Moon Seon Jeong),문채주(Chae Joo Moon),장영학(Young Hak Chang),이수형(Soo Hyoung Lee),이숙희(Sook Hee Lee) 한국전자통신학회 2018 한국전자통신학회 논문지 Vol.13 No.3

풍력에너지는 청정 및 재생에너지의 가장 저렴한 모형중의 하나로 널리 알려져 있다. 실제로 몇몇 국가에서는 풍력에너지가 새롭게 건설되는 발전소들 중에서 화석연료 발전단가와 동등한 수준으로 만들어 오고 있다. 해상풍력 에너지 개발은 한국정부의 3020계획 목표달성을 위한 중요한 국내 에너지자원일 것으로 보인다. 풍력프로젝트의 개발단계 중에서 중심이 되는 항목은 풍력자원 평가이다. 풍력자원평가의 기본적인 3가지 등급 또는 단계는 예비부지확정, 부지 풍력자원 평가, 마이크로사이팅 등으로 나누어 분류할 수 있다. 본 연구에서는 6개소 해상기상탑 자료를 기반으로 3단계를 적용하여 전남 해상지역의 풍력발전 용량을 추정하는 것이다. 풍력프로젝트 개발을 위하여 소프트웨어 도구로 25년 이상 실적이 있고 풍력에너지 프로젝트 개발프로그램으로 잘 알려진 WindPRO를 사용하였다. 전남지역 해상풍력발전용량의 설계결과는 6개 풍력단지에서 총 2.52GW로 계산되었다. Wind energy is widely recognized as one of the cheapest forms of clean and renewable energy. In fact, in several countries, wind energy has achieved cost parity with fossil fuel-based sources of electricity generation for new electricity generation plants. Offshore wind energy development promises to be a significant domestic renewable energy source for the target of korea government 3020 plan. A pivotal activity during the development phase of a wind project is wind resource assessment. Several approaches can be categorized as three basic scales or stages of wind resource assessment: preliminary area identification, area wind resource evaluation, and micrositing. This study is to estimate the wind power capacity of chonnam province offshore area using three basic stages based on the six meteorological mast data. WindPRO was used, one of a well-known wind energy prediction programs and based on more than 25 years of experiences in development of software tools for wind energy project development. The design results of offshore wind power generation capacity is calculated as total 2.52GW with six wind farms in chonnam offshore area.

Analysis of Annual System Operating Characteristics at Hangwon Wind Farm on Jeju Island

Ko Kyung-Nam(고경남),Kang Mun-Jong(강문종),Huh Jong-Chul(허종철) 한국태양에너지학회 2008 한국태양에너지학회 논문집 Vol.28 No.2

제주 행원 풍력발전단지 내의 풍력발전시스템을 대상으로 연도별 풍력발전시스템의 운전특성과 고장원인이 분석되었다. 이용된 데이터는 2005년과 2006년 4월에서 9월사이의 기상데이터와 풍력발전기의 운전데이터이다. 그 결과, 풍력자원은 해에 따라 변동이 있음을 확인할 수 있었고, 풍력발전기의 발전량 역시 해에 따라 변동함을 알 수 있었다. 또한 풍력발전기의 고장 또는 정지로 인하여 발전량이 떨어지고 있음을 확인하였고, 후류로 인한 발전량 손실도 추정할 수 있었다. 같은 해에 풍력발전기 1, 2호기를 운전 개시하였지만, 고장 또는 정지원인은 일관성이 없이 다양함을 알 수 있었다. 이 연구에서 시스템이 가장 많은 시간동안 정지한 원인은 기어박스와 요잉장치의 고장으로 분석되었다.

국외 사례 분석을 통한 국내 해상풍력 발전단지의 선박통항 및 어로활동기준 설정에 관한 고찰

권유민,이창현,임긍수 해양환경안전학회 2018 해양환경안전학회지 Vol.24 No.1

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. According to the Global Wind Report of the Global Wind Energy Council (GWEC) in 2017, global wind power electricity generation capacity has been dramatically developing from 23,900MW in 2001 to 486,790MW in 2016. However, wind power generation in South Korea accounts for only 0.2% of total power generation. Nonetheless, electricity production by wind power generation is soon expected to reach the grid parity where the cost of generating electricity by wind power is equal to the cost of fossil fuels such as oil. In this study, we analyzed the criteria of vessel traffic and fishing activities of major offshore wind farms in Europe where 88% of the offshore wind power facilities are located. Finally, we suggest critical considerations based on the analysis.

해상기상부이 데이터를 이용한 딥러닝 기반 해상풍력단지 풍력 발전량 예측

이지연,임종태,유재수 한국콘텐츠학회 2023 한국콘텐츠학회논문지 Vol.23 No.5

Recently, the construction of offshore wind farms, which are relatively free compared to onshore wind power, is increasing. Offshore wind farms require a large amount of capital and go through various verification procedures, so an accurate wind power generation forecasting model is needed to operate them more efficiently. In this paper, we propose a highly accurate forecasting model by using the weather data near the offshore wind farm and the offshore meteorological buoy data together. In order to properly learn the collected time-series data, the LSTM technique was used in model learning, and RMSE was used as a performance indicator to compare from three perspectives to propose an optimal wind power generation prediction model in an offshore wind farm. As a result of performance evaluation, the one-way mid-term LSTM model, which was learned using the weather data and the offshore meteorological buoy data together, showed the most optimal performance. Therefore, it is expected that the model can be used to build offshore wind power generation complexes. 최근 육상 풍력에 비해 비교적 입지가 자유로운 해상 풍력 단지 조성이 증가하고 있는 추세이다. 해상 풍력 발전 단지는 대규모 자본이 투입되고 여러 검증 절차를 거쳐야 하므로 이를 보다 효율적으로 운용하기 위해 정확한 풍력발전량 예측 모델이 필요하다. 본 논문에서는 해상풍력단지 인근 기상 데이터와 해상기상부이 데이터를 함께 활용해 정확도 높은 예측 모델을 제안한다. 수집한 시계열 데이터를 적절히 학습하기 위해 모델 학습에서 LSTM 기법을 사용하였고, RMSE를 성능 지표로 활용해 세 가지 관점에서 비교를 진행하여 해상 풍력 단지 내 최적의 풍력발전량 예측 모델을 제안한다. 성능평가 결과, 일반 기상데이터와 해상기상부이 데이터를 함께 사용해 학습한 단방향 중기 LSTM 모델이 가장 최적의 성능을 보였다. 따라서 해당 모델을 해상 풍력 발전 단지 구축 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.