유무성 전력연구원 해상풍력연구사업단 선임연구원, ICT 기반 풍력단지 운영기술 개발로 “해상풍력 연구Hub 만든다”

해상풍력구조물은 바다 위에 설치되기 때문에 선박을 이용한 해상운송이 수반되고 측량원점이 멀리 떨어져 있어 정확한 위치선정에 어려움이 따른다. 바다라는 특수성으로 인해 동·수역학적 하중이 추가되고 수심과 조류에 따라 구조물 설계가 이뤄져야 하는 등 육상풍력과 달리 기본 고려요소인 설계인자가 많은 것이 특징이다. 특히 특수·대형 장비가 수반되기 때문에 사업비가 매우 크고 이로 인한 공정관리가 어렵다. 한전 전력연구원 해상풍력연구사업단은 전력연구원장 직속기구로 해상풍력 전주기에 걸친 해상풍력 입지분석 및 배치설계, 지지구조물 건전성평가, 터빈-지지구조 통합하중해석, 풍력단지 제어 및 운영기술, 계통연계기술 등을 수행하고 있으며, 해상풍력 발전단지 장기 환경모니터링 연구 등 사회수용성 향상과 정책지원 연구를 수행한다.

실규모 해상풍력 터빈 탑재 석션버켓 지지구조 실증연구
지지구조물 설치비 30% 절감… 사업관리 리스크 저감효과 

석션버켓 공법 적용 해상기상탑 구축

2014년 7월 해상풍력산업에 뜻깊은 행사가 열렸다. 전력연구원 해상풍력사업단에서 국내 최초로 석션버켓공법을 적용한 해상기상탑(HeMOSU-2) 구축을 기념한 준공행사가 개최됐다.

HeMOSU-2는 해상풍력시범 및 확산단지 배치설계를 위한 기초자료를 취득할 목적으로 설계된 구조물로 현재까지 안정적으로 기상 및 해양데이터를 수집·활용하고 있다. 또 해상풍력 사업의 경제성 향상을 위한 지지구조물 설계연구를 시행한 결과 부유이송과 Self-installation을 차용한 신개념 지지구조 설계구조 설계안을 도출해 축소모형시험을 준비하고 있다. 현재 진행하고 있는 석션버켓 현장실증 과제와 더불어 향후 해상풍력 지지구조물 설치비용 절감에 많은 기여를 할 것이라는 분석이다.

올해 해상풍력연구사업단은 석션버켓지지구조를 적용한 실규모 해상풍력 터빈시스템에 대한 실시설계를 완료하고 기초부 현장설치를 계획 중이다. 또 전년도에 완성한 신개념 지지구조 설계안에 대한 축소모형 시험을 통한 해상풍력 기초로 적용성 연구도 진행할 예정이다.

2017년까지 터빈탑재 석션버켓 지지구조 실증연구 수행

전력연구원 해상풍력연구사업단은 ‘실규모 해상풍력 터빈을 탑재한 석션버켓 지지구조 실증연구’를 2014년 12월부터 2017년 11월까지 총 36개월간 수행한다. 과제금액은 현물포함 210억원에 달한다.

유무성 연구원은 “석션버켓 지지구조 설계기술 및 시공기술 개발과 실규모 터빈을 적용한 해상풍력 시스템 실증 및 성능평가가 주된 연구과제로 ▲동특성 기반 석션버켓 지지력 해석모델개발 및 실증 ▲Geo-centrifuge를 이용한 석션버켓 모형시험 및 지진 시 거동평가 ▲해저케이블 설치 및 계통영향 평가 연구와 석션버켓 시스템을 활용한 발전단지 건설을 위한 사업전략수립 및 O&M 하이레벨 매뉴얼 작성 등이 포함돼 있다”고 설명했다.

석션버켓 공법 핵심 기술 은 대형(5~7m) 중공강관을 해저면에 거치한 후, 상부에 설치된 석션펌프를 통해 강관 내부의 물을 배출함으로써 발생된 파일 내·외부의 압력차를 이용해 구조물을 지반에 압입시키는 새로운 개념의 해상풍력 기초 설치방식이다. 전력연구원의 석션버켓 지지구조 설치기술은 기존 자켓공법과 달리 파일 항타를 수반하지 않기 때문에 소음·진동 등의 환경문제가 발생하지 않고, 해저면 평탄화 작업이 필요없는 친환경 공법이다.

유무성 선임연구원은 “HeMOSU-2는 전통적인 자켓방식으로 약 1개월의 기초공사가 소요되는데 비해 단 6시간만에 석션버켓으로 설치한 선행경험이 있다”며 “본 과제가 성공적으로 마무리 돼 석션버켓 설치공법을 해상풍력 기초에 확대 적용할 경우, 지지구조물 설치비의 약 30%를 절감할 것으로 기대되며 사업관리 리스크 저감효과 또한 매우 클 것으로 예상된다”고 설명했다.

ICT기반 육·해상 풍력단지 운영기술 개발 추진

실규모 해상풍력 터빈탑재 석션버켓 지지구조 실증연구가 2017년 완료되면 실규모 터빈(3MW급)이 탑재된 석션버켓 해상풍력 시스템이 설치될 예정이며, 실제 전력망에 연계돼 전력을 생산할 예정이다.

유무성 선임연구원은 “향후 본 시스템에는 상태감시시스템과 통합스카다 등이 설치돼 현장검증이 이뤄지고 풍력단지 핵심 운영데이터 축적과 O&M 기술개발의 연구Hub로 활용될 예정”이라고 소개했다.

전력연구원 해상풍력연구사업단은 지금까지 개발된 해상풍력 기반기술을 바탕으로 사업비 절감 및 해상풍력 사회 수용성 향상을 위한 연구를 지속적으로 수행할 계획이다. 또 해상풍력 사업비 및 사업관리의 핵심요소인 지지구조물에 대한 최적설계기법과 시공기술 개발을 추진하고 해상풍력단지 내 수산업 공존방안 연구와 지역주민 참여형 해상풍력 Biz-Model 개발 등 사회수용성 향상방안 연구와 조류관측기 운영을 통한 조류 이동특성 분석 등 환경영향에 대한 연구도 병행할 예정이다.

유무성 선임연구원은 “육·해상 터빈을 아우르는 소규모 풍력단지를 구축해 육·해상 풍력발전 전주기 핵심 운영데이터 축적 및 이를 통한 ICT 기반의 풍력단지 운영기술 개발을 추진할 계획”이라고 언급했다.