3. 시장 동향
3.6. 지지구조에 따른 해상풍력 경제성 비교
3.6.2. 부유식 플랫폼
☐ 최적 수심
◦ 대부분의 플랫폼 운영 가능수심은 약 50m에서 시작함.
◦ 반잠수식과 복합발전 플랫폼의 경우 플로터의 draft(흘수)의 감소로 인하여 상대적으로 낮은 수심에서 운영이 가능함.
◦ TLP의 경우에는 낮은 수심에서는 계류와 앵커의 하중으로 인하여 약간 깊은 수심이 필요함.
◦ SPAR의 경우 높은 draft로 인하여 최소 100m의 수심이 필요함.
◦ SPAR의 경우 다른 플랫폼에 비하여 최대 500m의 깊은 수심에서도 운영이 가능하며, TLP, 반
잠수식, 복합/하이브리드 플랫폼의 경우 최대 400m까지 가능함.
◦ 수심이 깊은 곳에서 운영이 가능하지만 계류선이 길어짐으로 인하여 비용이 증가함.
◦ 대부분의 플랫폼의 최적 수심은 계류라인의 길이가 최적화 될 수 있는 100~150m정도로 나타 남.
[그림 3.15] Application of floating platforms by water depth
☐ 플랫폼 무게
◦ 구조물의 무게는 부유식 풍력발전 플랫폼 건설비용의 많은 부분을 차지하고 있으며, 사용되 는 강재와 콘크리트의 양을 최소화 하는 것이 중요함.
◦ 강재에 비해 콘크리트의 양이 매우 많기 때문에 그림에 나타낸 자료는 강재를 주재료로 한 콘셉트에 대한 것이다. 저작권 문제 등으로 인하여 콘크리트 플랫폼에 대한 자료가 충분하지 않으며, 콘크리트 구조물의 무게는 대략 2400~8700ton으로 나타남.
◦ 가장 무거운 구조물은 파력발전 시설의 무게의 추가된 멀티/하이브리드 플랫폼임.
◦ 가장 많은 부분을 차지하는 세 가지 플랫폼 중에서는 반잠수식 플랫폼이 가장 무거운 것으로 나타났으며, 이는 부력과 안정성 확보를 위한 큰 사이즈의 구조물의 무게가 유닛별로 약 2000톤 정도 되기 때문임.
◦ SPAR 역시 무게가 무거운 것으로 나타났으며, 반잠수식과 비교했을 때 SPAR의 종류별로 차 이가 많은 것과 적은 것이 있음이 확인됨.
◦ SPAR는 그 크기가 매우 크지만 대부분의 무게는 SPAR설치 시 추가되는 발라스트에 의한 것 이며, 이는 전체 구조물에 필요한 비용에서 많은 부분을 차지하지는 않음.
◦ TLP는 추가 발라스트가 필요하지 않으며, 평균 약 1000톤 정도로 타 플랫폼에 비하여 가벼운 것으로 나타남.
[그림 3.16] Platform weight, pre-ballast, by typology (steel concepts only)
[그림 3.17] Platform weight, post-ballast, by typology (steel concepts only)
◦ 대부분의 콘셉트는 추가 발라스트로 물만을 사용하거나, 비용을 최소화 할 수 있는 물과 석 재, 모래, 콘크리트를 혼합하여 사용함.
◦ 발라스트의 무게와 강재, 콘크리트의 무게가 시스템 성능에 영향을 미치지 않는 선에서 조화 를 이루어야 함.
[그림 3.18] Platform weight, post-ballast, by typology (steel concepts only)
☐ 플랫폼 비용
◦ 수집된 자료에 의하면, 많은 양의 강재가 필요하며, 파력에너지발전기의 추가로 인하여 복합/
하이브리드 플랫폼의 비용이 가장 높은 것으로 나타남.
◦ 세 가지 주력 플랫폼 중에서는 제작이 상대적으로 쉬운 낮은 등급 강재(모노파일과 유사하게) 사용이 가능한 SPAR의 비용이 가장 낮은 것으로 나타남.
[그림 3.19] Platform cost by typology
◦ 반잠수식 플랫폼과 TLP의 경우에는 제작의 어려움이 있는 상대적으로 높은 등급의 강재(재킷 의 기초와 유사하게)가 필요함.
◦ TLP의 경우 반잠수식 플랫폼에 비해 규모가 작아 비용이 더 낮으며, 결과적으로 반잠수식 플
랫폼의 비용이 가장 큰 것으로 나타남.
[그림 3.20] Platform weight vs. cost (steel only)
◦ 플랫폼 별 단위무게별 강재의 비용과 콘크리트의 단위무게별 비용을 나타낸 결과, SPAR의 경우 그 종류에 따라서는 단위무게별 강재비용이 가장 낮기도 하지만, 가장 비용이 높은 경 우에는 높은 등급의 강재를 사용하는 TLP의 경우와 비슷한 콘셉트도 있는 것으로 나타남.
◦ 확실한 것은 부유식 플랫폼의 무게는 전체 건설비용에 많은 비중을 차지하고 있는 것으로 나 타남.
[그림 3.21] Implied cost per tonne
[그림 3.22] Platform cost by weight (steel only)
◦ 강재와 콘크리트의 비교에서 콘크리트플랫폼의 CAPEX가 강재에 비해 낮게 나타남.
◦ 이러한 결과가 모든 경우에 해당되는 것은 아니며, 프로젝트의 플랫폼 디자인과 환경조건에 따라 주 부제가 선정되며, 강재위주의 부유식 플랫폼에서 벗어나야한다는 주장도 있음.
◦ 콘크리트는 강재에 비해 기초부가 부식에 강하여 현장 만족도와 유지 측면에서 장점을 지니 고 있음.
◦ 비록 현재까지는 해상풍력 산업에서 큰 스케일의 콘크리트 구조물 제작에 대한 경험이 많지 않아 강재가 주로 사용되고 있더라도, 정해진 예산으로 완공일 까지 구조물이 제작될 수 있 도록 건설시간의 책정에 주의를 기울여야함.
◦ IDEOL과 Hywind와 같은 몇몇 콘셉트의 경우 현지상황과 시공현장의 기반시설에 따라 시공이 유리할 수 있는 강재와 콘크리트가 이용됨.
[그림 3.23] Platform cost by primary material (semi-sub, SPAR, TLP only)
☐ 계류
◦ 계류방식은 반잠수식, SPAR, 복합/하이브리드 플랫폼의 계류에 사용되는 스틸체인 혹은 체인 와이어 catenary mooring이 가장 보편적으로 사용되는 것으로 나타남.
[그림 3.24] Mooring configurations and types used for floating platforms
◦ 몇몇 반잠수식 플랫폼에서는 합성수지 혹은 체인과 와이어 계류선으로 구성된 semi-taut mooring이 사용됨.
◦ TLP의 경우에는 taut-leg mooring 텐던이 사용되었으며, 일반적으로 합성수지 혹은 강재와이 어로 구성되어 있음.
◦ 계류선이 끊어지는 경우를 대비하고, 플랫폼 움직임을 최소화하며, 하중분배가 충분하도록 대 부분의 콘셉트 플랫폼은 최소 3개의 계류선이 요구됨.
◦ 멀티/하이브리드 콘셉트의 경우 한 개의 터빈 당 사용되는 계류선의 개수는 더 적을 수 있음.
◦ TLP의 경우에는 반대로 계류선과 앵커에 높은 하중이 실려, 타 콘셉트에 비해 많은 계류선이 필요함.
◦ 반잠수식, SPAR 플랫폼의 경우에는 부력에 의한 안정성이 어느 정도 확보되어있어, 긴 계류 라인으로 플랫폼을 고정 시킬 수 있다. 플랫폼 안정성을 위해서는 더 많은 계류선이 설치될 수 있음.
[그림 3.25] Average number of moorings per turbine
◦ catenary 계류선은 그림 3.1.12에서 확인할 수 있듯이 semi-taut, taut계류선보다 길고 무거움.
◦ semi-taut 계류선의 경우는 사용 재료로 합성수지를 이용하여 무게가 감소하였으나,
보통은 계류선의 길이가 무게를 결정함.
◦ taut leg 계류선의 경우에도 마찬가지로 합성수지 재질에 의한 무게 감소를 보임.
[그림 3.26] Mooring length and weight per unit
◦ 반잠수식, SPAR, 멀티/하이브리드 콘셉트의 더 긴 길이의 catenary 계류선과 몇몇 semi-taut 계류선은 더 넓은 계류 반경이 필요함.
◦ 특히 catenary 계류선의 경우 아래 부분의 체인이 해저바닥에 놓이게 되면서 해저바닥에 영 향을 미치게 되며, 계류선과 앵커에 의한 환경영향에 대한 분석이 필요함.
◦ 긴 계류선이 고려해야하는 또 다른 부분은, 50m까지 움직임이 가능한 수평 이동거리임.
◦ 주요 이슈는 아니지만, 풍력 단지의 경우 wake effect를 고려한 터빈 배열 시에 영향을 미칠
수 있음.
◦ TLP의 taut-leg 계류선의 경우 수평으로의 움직임은 적지만, yaw 모션이 더 큼.
◦ TLP를 디자인함에 있어서는, 예상되는 플랫폼 모션과 계류선에 미치는 영향에 대한 이해가 필수적임.
[그림 3.27] Radius of the mooring footprint
◦ TLP taut-leg 계류선의 경우 길이가 짧지만 수직방향의 하중이 더 크게 작용하며, 단위길이 당 비용도 더 비쌈.
◦ 그럼에도 불구하고, 길이가 짧을수록 비용이 더 적게 책정된 것은, 설치비용이 제외되어 나온 결과임.
[그림 3.28] Mooring cost per meter and per nuit by configuration
◦ catenary 식 배열에 많이 사용되는 체인, 체인-와이어 계류선이 단위 길이 당 무게가 더 무겁
지만, 가격은 더 저렴함.
◦ 반대로 합성수지 소재의 텐던은 단위 길이별 단가가 더 비싸게 나타남.
◦ 와이어 계류선의 경우에는 무게와 비용 모두 높게 나타남.
[그림 3.29] Mooring weight per meter and cost per meter, by type
◦ TLP의 경우, 한 개의 터빈에 taut-leg 계류선이 더 많이 필요하지만, 전체 CAPEX는 더 낮게 나타남.
◦ 합성수지는 아직 해상풍력 사례에서는 찾아볼 수 없으며, 여러 문제들로 인하여 요구 비용이 증가할 수 있음.
[그림 3.30] Mooring length and cost per unit, by type
[그림 3.31] Mooring cost per turbine by length
◦ 반잠수식 플랫폼과 SPAR는 계류선의 길이가 길고 비용 또한 높게 나타났으며, TLP의 경우에 는 상대적으로 비용은 더 비싸지만 짧은 길이의 계류선이 요구되며, 다른 종류의 플랫폼 보 다 터빈 당 요구되는 계류선 비용은 더 작게 나타남.
◦ 운영 중에 있는 TLP 해상풍력 플랫폼이 적어 불확실성이 존재하지만, 기존에 운영 중인 반잠 수식이나 SPAR와 비교함.
[그림 3.32] Mooring length and cost per turbine, by floater typology
☐ 앵커
◦ 앵커 선택은 항상 대상 지역을 기준으로한 평가가 필요함.
◦ 연약 지반과 단단한 지반, 모든 환경에 적합한 앵커종류를 조사함.
◦ catenary 계류선 형태와 함께 연약지반 조건에서 drag-embedded 앵커가 가장 널리 사용됨.
◦ 좀 더 단단한 지반조건에서는 drag-embedded 앵커를 삽입하기가 어렵기 때문에 gravity 앵커 와 driven 파일을 사용함.
◦ 석션파일의 경우에는 연약지반조건에서만 시공 가능.
[그림 3.33] Anchor type by soil density
◦ Drag-embedded 앵커는 앵커의 수평하중으로 인해 catenary 계류가 적용된 콘셉트에서만 사 용됨.
◦ 반대로 TLP에는 연약지반의 경우 석션파일이 적용 가능하며 수직하중에 유리한 gravity, driven 앵커가 필요함.
[그림 3.34] Anchor type by floater typology
◦ 앵커의 비용은 사용되는 강재의 양이 결정되는 무게와 밀접한 관계를 가짐.
◦ Drag-embedded 앵커는 driven앵커, 석션파일에 비해 가볍고 가격 역시 저렴함.
◦ Gravity앵커의 경우 매우 무거우나, 콘크리트를 사용하여 비용이 절감될 수 있음.
◦ 이러한 비용은 설치비가 포함되어있지 않으며, 시공에 따라 산정된 비용이 바뀔 수 있음.
◦ 예로서, gravity 앵커의 경우 발라스트를 설치시에 배가 더 필요한 경우 많은 추가비용이 더 해질 수 있음.
[그림 35] Anchor weight and cost per unit, by anchor type
◦ TLP의 경우 일반적으로 앵커비용이 높으며, 수직하중에 대한 플랫폼 안정성 유지에 유의하여 야 함.
◦ 반잠수식, 멀티/하이브리드 콘셉트에서 사용되는 drag-embedded 앵커는 상대적으로 저렴함.
◦ SPAR의 경우 앵커비용은 이와 비슷하지만, driven앵커, 석션앵커, gravity앵커가 적용되는 경 우에는 높은 비용이 발생함.
[그림 3.36] Anchor cost per unit and per turbine, by floater typology