지구온난화에 대응하기 위한 대안으로 신재생에너지는 기존의 화석연료를 대체하게 될 친환경적이면서 지속가능한 에너지원으로서 이용할 수 있는 잠재 가능성이 큰 에너지원으로 평가받고 있다. 따라서 전 세계적으로 신재생에너지의 개발 및 보급 사업이 활성화되고 있으며, 이러한 신재생 에너지원 중 경쟁력을 가지면서 시장이 가장 활성화된 사업이 풍력발전이다. 본 연구에서는 향후 지속성장 가능성이 높은 국내 해상풍력단지 활성화에 대비하여, 극한조건인 국내 태풍환경에서 대형해상풍력발전기 해상 시공 시 고 려되어야 하는 주요 설계인자를 검토하였다. 3MW 해상풍력발전기 시공 후 한 반도에 영향을 준 4개 태풍환경에서 관측된 해상풍력발전기 시공설계에서 가장 중요한 파고 및 풍속을 분석하여, 향후 국내 해상에 설치되어야 할 대형해상풍 력발전기 규격을 제안하고자 한다. 본 연구 대상인 3MW 해상풍력발전기는 2011년 해상에 시공하였으며, 2012 년 06월 시운전을 완료한 후, 2013년 12월 현재까지 정상운전 중이다. 해상에서 운전되는 3MW 해상풍력발전기의 실시간 운전 데이터는 광케이블을 통하여해 상풍력발전기 원격제어 장치인 SCADA에 저장된다. 본 연구에 활용된 데이터는 3MW 해상풍력발전기용 SCADA 및 3MW 해상풍력발전기 인근에 설치된 해상 기상탑으로 측정된 자료를 분석하였다. 유럽과 다르게 국내에서 대용량 해상풍력발전기를 시공하기 위해서는 태풍 조건을 고려하여야 한다. 매년 한반도에는 연평균 3개 정도 태풍이 영향을 미 치고 있으며, 최근 10년간 태풍분석에서 점차 강도가 강해지는 경향을 볼 수 있다. 본 실험 대상인 3MW 해상풍력발전기 시공 이후 2012년 8월 태풍 ‘볼라벤’은 전남 완도에서 최대순간풍속 51.8m/s를 기록하며, 역대 영향력 5위의 태풍에 기록되었다.
대형 해상풍력발전기 시공을 위한 해상환경 주요설계인자는 풍속과 파고이다. IEC 61400-01 규격에서 제안하는 ClassIA의 50년 주기 극한풍하중의 10분 평균 최대풍속의 설계값은 50m/s이다. 또한 50년 주기 3초 최대풍속의 설계값은 70.0m/s이다. 역대 태풍분석 결과 태풍 매미는 최대풍속 설계값에 약간 못 미치는 60m/s를 기록하였으며, 역대 5위를 기록한 태풍 볼라벤의 10분 평균 최대풍속은 48.59m/s를 기록하여 설계값인 50m/s에 근사한 풍속이 관측되었다.
본 해상풍력실증단지에서 관측된 난류강도는 풍속 28m/s에서 IEC CategoryA의 0.16을 상회하고 있으며,30m/s에서 난류강도 ClassIA의 난류강도 0.16에 근접하고 있음이 분석되었다.
태풍 볼라벤 통과시 풍속 30m/s이상에서는 파고가 7m～10m까지 강한 파도가 관측되었으며, 10분 평균 최대풍속이 39m/s을 기록한 태풍 산바는 태풍 볼라벤에 비해 상대적으로 풍속은 약하였으나, 해면기압이 급격히 감소하여 최고 파고가 11.01m을 기록하였다. 이는 IEC 61400-03에 규정 따른 설계값인 1년 주기 최대 파고인 13.80m을 근접한 결과가 관측하였다. 본 연구 대상인 3MW 해상풍력발전기는 시공 후 4개의 태풍통과 시 인위적인 정지조치 없이 정상운전모드로서 운전하였으며, 태풍 통과 시 고풍 속 영역인 10분 평균 25m/s이상에서 정상적으로 정지 후, 풍속이 낮아져 운전영역 풍속인 10분 평균 25m/s이하에서 정상적으로 재 운전되는 상태를 관측하였다. 특히 2012년 8월 태풍 볼라벤 통과 시 운전정지(Cut-out) 모드상태에서 순간 최대풍속 50.82m/s이 관측되었다.
또한 해상풍력실증단지 조성 이후 4개의 태풍통과 후 해저구조물의 환경을 조사한 결과 재킷 기초구조물, 기상탑 기초구조물, 해저전력선 사석 되메우기 등에는 영향이 없음을 확인하였다. 반면 해저구조물이 인공어초 역할을 수행하여 다양한 어종이 군락을 이루어 서식하는 등 해상풍력실증단지 해저면에는 새로운 어장이 형성되어 있음을 확인하였다.
이상의 본 연구를 통한 해상풍력실증단지에서 관측된 측정자료 분석 결과 국내 해상에 시공되어야 할 대용량 해상풍력발전기는 IEC 규정의 ClassI급이 시공되어야 하며, 특히 최근에는 태풍이 서해안으로 북상하는 경향이 높아 정부에서 추진하는 서남해안 2.5GW 해상풍력단지에도 ClassI급 해상풍력발전기 시공이 추천된다.
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