3. 시장 동향
3.6. 지지구조에 따른 해상풍력 경제성 비교
3.6.4. 부유식 플랫폼 설치
◦ 반잠수식의 경우 해양환경의 제약으로부터 자유로우며, 파랑높이 2m까지 설치가 가능.
☐ 설치 시간
◦ TLP의 설치는 복잡하고 기상조건에 영향을 많이 받기 때문에 타 플랫폼에 비해 설치시간이 최대 40시간으로 매우 긴 편임.
◦ 반잠수식과 SPAR의 설치시간은 20~24시간으로 짧음.
☐ 설치비용
◦ 위에서 언급한 어려움들이 복합적으로 작용하여 터빈 조립과정에서 더 큰 용량의 리프트 선 박이 필요하게 되면 SPAR의 설치비용이 더 증가.
◦ TLP의 경우 해양환경의 제약과 길어진 설치시간으로 인해 비용이 높음.
◦ 단순하며 환경조건에 유연한 반잠수식 플랫폼의 설치비용이 가장 낮게 나타남.
☐ 설치 과정
◦ 간략한 부유식 풍력발전 설치과정을 아래에 나타낼 수 있음.
1. 플랫폼의 진수가 드라이도크에 물을 채우거나, 조선대를 이용하거나, 대용량 리프트 선박을 이용하여 이루어진다.
2. 터빈이 항구 쪽에서 육상 크레인을 이용하여 조립된다. (SPAR의 경우는 제외)
3. Anchor handling tug(AHT)와 ROV를 원격으로 이용하여 앵커와 계류선이 미리 설치된 다. 계류선은 구조적으로 하중에 대하여 100% 검증된 상태이다.
4. 전력 케이블은 cable lay선박에 의해 미리 설치된다.
5. 예인선이나 바지선을 이용하여 구조물이 현장으로 이동한다. SPAR의 경우 발라스트 를 세우고 크레인 선박을 이용하여 터빈을 조립하기에 안전한 곳으로 이동한 뒤에 현 장으로 이동한다.
6. 완전히 조립된 구조물을 계류선과 전력케이블에 연결한다. 7. 플랫폼의 안정성을 위해 발라스트가 추가된다.
8. 계류선이 알맞게 정비된다.
9. 최종 시운전이 진행된다.
◦ 이러한 과정은 플랫폼 디자인, 적용된 계획, 가능한 기반시설 등에 의해 다를 수 있다.
☐ 육상에서의 조립과 해상에서의 조립
◦ 고정식 해상풍력에 비해 부유식 해상풍력이 갖는 최대 장점은 해상에서의 작업이 적다는 점
임.
◦ 따라서 대부분의 콘셉트들은 최대한 육상에서 작업하는 것이 많아지도록 노력함.
◦ 대부분의 콘셉트는 육상에서 터빈의 조립이 가능.
◦ SPAR의 경우에는 깊은 수심이 필요하기 때문에 육상에서의 조립이 불가능하지만, 육상 근해 역에서 조립하고 이동하기 때문에 고정식 해상풍력 보다는 유리.
[그림 3.46] Port-side vs. offshore assembly of floating wind components
[그림 3.47] Port-side vs. offshore assembly by typology
☐ 선박의 필요성
◦ 해상에서의 작업을 제한하면서 발생하는 최대 장점은 대형 잭업과 동적 제어가 가능한 선박 사용이 필요하지 않는 다는 점으로, 부유식 플랫폼에 필요한 예인선 사용에 비하여 비용을 약 80% 정도 절약할 수 있음.
◦ 다음의 그림은 예인선과 케이블 설치에 필요한 선박 이외에 각 콘셉트별로 필요한 부가적인
선박에 대한 것을 나타냄.
[그림 3.48] Vessel requirement during installation for floating wind structures
☐ 수심의 필요성
◦ 각각의 콘셉트에 따라 조립과정, 운반과정, 설치과정에 필요한 수심이 모두 상이함.
◦ 다음 그림과 같이 반잠수식 플랫폼은 TLP와 SPAR에 비해 무겁기 때문에 이송과정에서 보다 깊은 수심이 요구됨.
◦ 따라서 제조되는 장소와 설치 및 운송되는 조건에 따라 플랫폼 콘셉트를 선택하는 것이 필요 하며, 필요에 따라서는 부력을 증가시켜 흘수를 낮추는 방법을 사용하기도 함.
◦ SPAR의 경우는 깊은 수심이 필요하며, TLP의 경우 최소 50m, 반잠수식의 경우 35m정도의 수심이 요구됨.
[그림 3.49] Draft requirements during assemble, transit, and installation
☐ 해양환경의 제약
◦ 해양환경의 제약은 설치과정 중에 발생하는 작업 중단시간의 단축을 위해 매우 중요.
◦ 작업이 가능한 파랑의 높이는 설치시간과 비용 절감에 도움이 됨.
◦ SPAR의 경우에는 터빈 조립 시에 제한된 파랑의 높이는 1m로 매우 낮기 때문에 육상 근처 의 수심이 깊은 안전지대에서 조립 후 현장으로 이송.
◦ 하지만 일단 SPAR가 세워지고 난 뒤에는 더 좋이 않은 해상조건에서도 이송이 가능.
[그림 3.50] Met-ocean limitations during assembly, transit, and installation
◦ TLP의 경우 바지선으로 운반되기 때문에 4m 높이의 파랑조건에서도 운반이 가능.
◦ 하지만 설치시에는 파랑의 높이가 1.5m로 제한되어지며, 반잠수식 플랫폼의 경우는 해상환경 에 가장 자유로운 것으로 나타남.
☐ 설치 시간
◦ 해상에서의 작업량, 해상환경조건, 설치의 복잡성은 모두 비용과 밀접한 관련이 있는 설치 시 간에 영향을 미침.
◦ 프로토타입과 실제 운영되는 플랫폼간의 설치 시간은 설치 과정의 최적화를 통해 확실하게 줄어드는 것으로 기대됨.
◦ TLP의 경우 설치과정이 복잡하고 해양환경에 예민하여 설치시간이 상대적으로 길게 필요하 며, 반잠수식과 SPAR의 경우에는 상대적으로 설치시간이 짧음.
[그림 3.51] Installation time for prototype and commercial deployments
☐ 설치 요약
◦ 반잠수식 플랫폼의 경우가 설치에 있어서 가장 유연한 것으로 나타남.
◦ SPAR의 경우 육상에서 터빈이 조립되는 경우 비용이 증가하므로, 깊은 수심에서 조립이 진 행되어 수심에 가장 민감한 것으로 나타남.
◦ TLP는 대부분 육상에서 건조되지만 조립과정이 복잡하고 환경조건에 민감하여 설치 시간이 가장 오래 걸리는 것으로 나타남.
Typology Assembly (port vs offshore)
Vessel requirements
Draft requirements
Met-ocean limitations
Time to install
Semi-sub 3 3 3 2 3
SPAR 1 1 1 2 2
TLP 2 2 2 1 1
Multi/hybrid 2 3 2 2 -
[표 3.20] Summary of installation strengths & weaknesses by typology
☐ 설치비용
◦ 설치비용에 가장 중요하게 작용하는 것은 시간과 선박임.
◦ TLP의 경우 반잠수식 플랫폼과 마찬가지로 저렴한 비용의 선박을 사용하지만 설치시간이 길 기 때문에 비용이 증가. 따라서 TLP설계에 있어서 가장 중점이 되는 것을 설치 프로세스임.
◦ 이와는 반대로 SPAR의 경우 대용량 리프트 선박을 사용해야하기 때문에 많은 비용이 필요.
◦ 설치비용은 설계과정에서 간과되기 쉬우나, TLP의 경우에는 특히 더욱 신경써야하는 부분임.
[그림 3.52] Installation time vs. cost
◦ 그 외 설치시의 문제점은 다음의 표와 같음.
문제점 해결방안
설치시간 및 선박비용 플랫폼 디자인단계에서 설치 시 발생 가능한 제약에 대비하여 프로세스를 최적화
예인선과 바지선에 제약을 주는 환경조건 기상 모니터링과 설치계획의 최적화 맞춤형 설치 선박
깊은 수심의 계류선과 전력 케이블 설치 설치과정의 최적화 ROV의 사용
해저환경문제 해저환경에 알맞은 앵커의 개발
터빈과 구조물의 조립 조립 시스템의 개선
현장까지 운송을 위해 구조물을 예인선 혹은
바지선에 안착시키는 문제 새로운 솔루션이 필요
SPAR: 수평이동 시 롤에 의한 안전성 적절한 발라스트의 조절 TLP: 설치 시 플랫폼의 수평 포지셔닝
설치작업 전체에 대해 세부적인 내용을 디테 일하게 선정
설치과정 동안 발라스트 시스템을 이용 TLP: 해양 환경조건 (48시간) 바지선의 개선 혹은 특수 바지선을 이용
TLP: 앵커의 설치 테스트를 통해 얻은 내용을 적용
TLP: 설치시의 텐던의 장력 기상 모니터링과 적절한 계획의 수립 [표 3.21] Key installation challenges