단시간 허용전류와 설비고장을 고려한 해상풍력단지의 최적 내부망 구성에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

신재생에너지 중 해상풍력발전은 탄소중립 추진전략의 핵심적인 에너지원으로 주목받고 있다. 해상풍력발전은 육지에 비해 좋은 풍력자원을 얻을 수 있으며, 대규모화에 용이하다는 장점이 있지만 초기 건설비용 및 유지보수 비용이 매우 높기 때문에 초기 투자비용을 최소화 하는 것이 중요하다. 해상풍력단지 내부망의 연결구성 및 형태는 풍력터빈의 용량, 풍력터빈의 위치, 해상변전소의 위치에 따라서 달라지기 때문에 경제성 및 신뢰성을 동시에 고려하여 연결구성 및 형태를 결정해야한다. 본 논문에서는 초기투자비용 문제를 해결하기 위해 단시간 허용전류를 계산하고 Case 별 단락전류를 비교하여 내부망에 사용되는 해저케이블 최소규격을 선정하는 방법에 대해 설명하고, BIP(Binary Integer Programming) 모델링을 이용하여 해저케이블의 규격 별 방사형 구조일 때와 혼합형(방사형+스타형)구조일 때로 구분하여 설치비용이 최소일 때, 설치비용과 손실비용이 최소일 때의 경제성 평가를 진행하여 내부망 사례를 정리하였다. BIP 모델링의 제약조건에서 Sweep Line Algorithm 해석방식 중 Bentley–Ottmann algorithm을 이용하여 중복되는 구간을 최소화 한 뒤 내부망 연결 시 이중으로 교차되는 구간이 없도록 방지하여 내부망의 최적화를 진행하였다. 이후 내부망의 경제성 및 신뢰성을 동시에 고려하기 위해서 신뢰도 비용을 최소로 하였을 때 경우를 비교함으로써 설비고장을 고려한 최적의 해상풍력단지 내부망 선정에 대하여 연구고찰 하였다. 따라서 향후 대규모 해상풍력단지 구성에 초기투자비용과 손실비용 그리고 신뢰도 평가 비용을 최소화 하여 최적의 내부망 선정 방법에 도움이 될 것으로 생각한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1. 연구배경 및 필요성 1
• 1.2. 논문의 구성 3
• Ⅱ. 해상풍력단지 내부망 구성 및 최소규격선정 4
• 2.1 해상풍력단지 구성 4
• 2.2 해상풍력단지의 내부망 구조 5
• 2.2.1 방사형 구조 5
• 2.2.2 혼합형 구조 6
• 2.2.3 환상형 구조 7
• 2.3. 해저케이블 최소규격선정 9
• 2.3.1 단시간허용전류 9
• 2.3.2 단락전류 12
• 2.3.3 최소규격 선정 17
• Ⅲ. 해상풍력단지 내부망 경제성 평가 및 신뢰도 평가 18
• 3.1 내부망 경제성 평가 18
• 3.1.1 BIP 모델링 18
• 3.1.2 Bentley–Ottmann algorithm 24
• 3.1.3 전력손실을 이용한 손실비용 계산 예시 25
• 3.2 신뢰도 지수를 이용한 내부망 신뢰도 평가 27
• 3.2.1 내부망 신뢰도 지수 28
• 3.2.2 설비고장을 고려한 내부망 신뢰도 계산 예시 31
• Ⅳ. 사례연구 33
• 4.1. 95[mm²]의 60[MW] 해상풍력단지 내부망 33
• 4.2. 단시간 허용전류를 적용한 최소규격 내부망 34
• 4.3. 최소규격 기준별 내부망 구조 비교 36
• 4.3.1 95[mm²]의 내부망 구조 결과 38
• 4.3.2 45[mm²]의 내부망 구조 결과 48
• 4.3.3 해상풍력단지의 최적 내부망 선정 57
• 4.4. 신뢰도 비용을 포함한 최적 내부망 평가 58
• 4.4.1 45[mm²]의 방사형 구조 결과 58
• 4.4.2 45[mm²]의 혼합형 구조 결과 61
• 4.4.3 신뢰도 비용을 고려한 최적 내부망 선정 64
• Ⅴ. 결론 65
• 참고문헌 66
• Abstract 68