KR 웹진 188호

1. 저소음-친환경 풍력단지 설계기술 개요

 

정부의 ‘재생에너지 3020 이행계획’에 따르면, 2030년까지 재생에너지 비중을 전체 발전량의 20%까지 목표로 하고 있으며, 그 중 풍력발전은 전체 재생에너지 설비용량의 28%를 목표로 할 만큼 상당히 높은 비율을 차지하고 있다.

 

그러나 2018년 말 기준으로 풍력발전단지 건설현황을 보면 전체(육·해상) 풍력발전 누적 설치용량은 약 1.3GW(목표: 17.7GW)에 불과하며, 이는 정부의 적극적인 로드맵과는 달리 풍력발전사업이 소음 등과 같은 민원과 환경적인 이슈가 점점 대두됨에 따라 진입장벽이 높아지고 있기 때문으로 알려지고 있다.

 

따라서 우리 KR은 정부의 재생에너지 정책에 이바지하고, 비선급분야 사업다각화를 위해 환경성과 주민수용성을 함께 고려한 ‘저소음-친환경 육상풍력발전단지 설계기술’을 현재 개발 중에 있다.

 

 

 

풍력단지설계는 기본적으로 해당 후보지에 대한 입지조사, 바람측정 및 분석, 풍력발전기 배치 시뮬레이션을 통해 최대 연간에너지생산(AEP: Annual Energy Production)을 할 수 있도록 설계를 한다.

 

그러나 우리나라처럼 국토가 좁고 인구밀도가 높은 환경에서는 저소음-친환경 설계 조건을 고려하게 되면 연간에너지를 생산량 저하를 피할 수는 없으며, 상황에 따라서는 사업타당성(경제성)이 없을 수도 있다. 또한 제한적인 단지 후보지 범위 안에서 소음 및 환경영향 만을 고려하다 보면 풍력발전기의 안전에 영향을 줄 수 있다.

 

따라서 본 연구에서는 저소음 친환경 설계조건을 고려하면서 연간에너지생산량 저하를 최소화하고 안전 또한 확보 할 수 있도록 다음의 저소음-친환경 풍력단지 설계기술을 개발 중에 있다.

 

o 저소음-친환경 풍력발전 설계기술 개발
   - 풍력단지 주요 소음원별 측정 및 소음저감 설계 기술 개발
   - 주변 환경을 고려한 단지운영기술(Sector Management) 기술 개발
   - 환경조건 및 터빈 후류 영향을 고려한 최적 단지배치(Micro-siting)기술 개발
   - 환경훼손 최소화를 위한 풍력터빈 운송·설치 기술 개발
   - 생태 환경조사 및 생태계 영향 최소화 방안 연구
 

 

2. 저소음-친환경 풍력단지 설계기술개발 주요결과

 

(1) 풍력발전기 소음영향을 고려한 단지설계기술

 

 본 연구에서 KR은 IEC61400-11의 풍력발전기 소음측정 국제표준에 따라 측정된 풍력발전기 소음데이터 및 ISO 9613-2에서 제시하는 소음전파모델을 이용한 풍력단지 소음영향 해석기술을 확보하였으며, 풍력발전단지 개발 후보지를 대상으로 본 기술을 적용하여 풍력발전기 최적배치 결과를 도출 하였다.

 

그 결과 대상후보지 내에는 총 5대의 풍력발전기가 설치 가능하였고, 최초 최대 AEP생산설계 안에서 소음영향을 고려한 최종 설계 안을 도출하였다. 설계결과 및 인근 주요 정온시설(펜션, 민가 등)에 대한 소음영향 해석 결과는 다음과 같으며, 풍력단지 후보지 인근 정온시설은 소음영향 해석결과 우리나라 생활소음기준인 45dB(A)를 넘지 않는 것으로 나타났다. 

  

 

Table 1. 풍력단지 후보지 인근 정온시설 소음해석 결과

Areas	A	B	C	D	E	F	G	H
	펜션	주택	펜션	축사	축사	주택	관광지	주택
Noise[dB(A)]	44.6	42.0	42.1	41.9	41.6	40.6	36.4	37.4

(2)그림자영향평가 및 환경훼손 최소화 단지설계기술

 

 최근 설치되는 대형풍력발전기는 블레이드 길이가 보통 50~80m에 달하며, 이는 풍력발전기 위치에 따라 인근 정온시설에 그림자 깜빡임(shadow flicker) 영향을 줄 수 있다. 그리고 풍력발전기가 위치하는 지역은 보통 산악지형이나 민가에서 떨어진 산림이 많은 지역에 설치되는 경우가 많아, 환경훼손을 최소화 하면서 최대 AEP를 생산할 수 있는 단지설계 기술이 필요하다. 본 연구에서 KR은 지구 공전 시뮬레이션 모델을 적용한 대상 후보지 인근 정온시설의 그림자영향 분석기술과 수치지형모델을 활용한 산림훼손영향을 최소화 할 수 있는 분석 기술을 확보하여 풍력단지 개발 후보지를 대상으로 다음과 같이 적용결과를 도출하였다. 

 

3. 요약 및 후속연구

 

 KR은 본 연구를 통해 풍력발전단지 건설단계에서 주민수용성 및 환경영향을 최소화 하는 저소음-친환경 풍력발전단지 설계기술을 개발 중에 있다. 현재 국제표준 소음전파 모델 및 시험데이터를 적용한 풍력단지 소음해석기술, 지구 공전 모델을 적용한 풍력발전기 그림자영향 분석기술, 산림훼손 영향분석 기술을 확보하였으며, 확보한 기술을 적용한 결과 소음영향 및 환경영향은 최소화 하면서 AEP는 1%이내로 저감하는 효과를 도출하였다.

 

KR은 후속연구로 풍력단지 풍황 및 지형특성을 반영한 소음해석 기술, 저주파 소음해석기술, 후류영향으로 인한 피로하중반응 분석기술 추가 확보를 통해 풍력단지 설계기술 고도화 및 사업다각화를 위한 경쟁력을 확보할 것입니다.

 

 

* 본연구는 정부지원사업(KETEP- 20193010025820 )으로 수행되고 있습니다.