보고서발간번호 : BSPE9956F-11720-7
해상풍력단지 에너지발전단가(LCOE) 최적화 원천기술 확보 기획연구
- 고정식 구조물을 중심으로 -
Planning research on base technologies for optimizing LCOE of the offshore wind farm
- focus on fixed support structures -
2018.02.28.
한 국 해 양 과 학 기 술 원
제 출 문
한국해양과학기술원장 귀하
본 보고서를 “해상풍력단지 에너지발전단가(LCOE) 최적화 원천기술 확보 기획연구 - 고정식 구조물을 중심으로” 과제의 최종보고서로 제출합니다.
2018. 02. 28
총괄연구책임자 : 윤 길 림 참 여 연 구 원 : 이 진 학
“ : 한 택 희
“ : 김 선 빈
“ : 조 상 길
“ : 문 종 훈
보고서 초록
과제고유
번호 PE9956F 해당단계
연구기간
2017.08.01. ∼
2017.10.31 단계 구분
연구사업명 중사업명 2017년도 창의사업(기획과제)
세부사업명
연구과제명 대과제명 해상풍력단지 에너지발전단가(LCOE) 최적화 원천기술 확보 기획연구 -고정식 구조물을 중심으로-
세부과제명
연구책임자 윤 길 림
해당단계 참여연구원수
총 : 6 명 내부: 3 명 외부: 3 명
해당단계 연구비
정부: 4,500천원 기업: 천원 계 : 4,500천원 총연구기간
참여연구원수
총 : 6 명 내부: 3 명 외부: 3 명
총 연구비
정부: 4,500천원 기업: 천원 계 : 4,500천원 연구기관명
및 소속부서명
한국해양과학기술원
연안개발연구센터 참여기업명
국제공동연구 위탁연구
요약(연구결과를 중심으로 개조식 500자 이내) 보고서 면수
○ 해상풍력 지지구조물 LCOE 분석에 필요한 요소 정립
- 유럽과 북미 국가의 해상풍력에 대한 LCOE 산출방법 조사·분석
- 국내 해상풍력 지지구조물의 설치·운영 시 지지구조별 고려해야 하는 중요 인자 검토
○ 해상풍력 지지구조 최적설계 관련 기술동향 및 기술수준 조사
- 국내·외 해상풍력 지지구조 신뢰도 기반 최적화 연구 기술동향 조사·분석
- 해상풍력 지지구조 형식별 장비 및 운반·설치기술 연구동향 및 기술수준 조사·분석 - 국내·외 해상풍력 지지구조 관련 지식재산권, 표준화 및 인증 현황 조사·분석
○ 본 과제 추진을 위한 연구개발 추진방향 정립, 성과목표 및 연구내용 설정 - 해상풍력 지지구조 형식별 LCOE 산출방법 정립을 위한 연구계획 수립 - 서남해 해상풍력 발전단지 LCOE 저감을 위한 연구추진방향 수립 - 본 과제 연구수행을 위한 과제추진체계 및 단계별 추진방안 도출 - 본 과제 성과목표 및 지표설정, 소요예산 및 적정 연구기간 산출 - 본 과제에 대한 연구개발 제안요구서(RFP) 작성
○ 본 과제 연구개발사업 시행의 정책적, 기술적, 경제적 타당성 분석
- 정부지원의 필요성, 연구내용의 중복성 검토, 기술개발 가능성, 기대효과 등 분석 색인어
(각 5개 이상)
한 글 해상풍력터빈, 지지구조물, 에너지단가, 신뢰성설계, 최적설계
영 어 offshore wind turbine, support structure, LCOE, reliability based design, optimum design
요 약 문
Ⅰ. 제 목
해상풍력단지 에너지발전단가(LCOE) 최적화 원천기술 확보 기획연구 -고정식 구조물을 중심으로-
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
◦ 탈원전, 탈석탄 시대를 맞아 신재생에너지의 중요성이 강조되고 있으며, 특히 해상풍력에 대한 기대가 큼. 그러나 해상풍력발전의 높은 발전단가에 대한 우 려로 인하여 사업추진이 난항을 겪을 수 있음.
◦ 특히 국내에서는 해상풍력발전의 에너지발전단가(LCOE)에 대한 연구가 제한 적으로 진행되고 있어, 정확한 LCOE에 대한 자료도 부족한 상황임. 따라서 해상풍력발전 LCOE 분석 기법을 개발하는 것이 필요함.
◦ 해상풍력발전의 도입 및 확장을 위해서는 발전단가를 낮추기 위한 노력이 필요하 며, 특히 지지구조물 비용과 설치가 설치비용(CAPEX)에서 차지하는 비중이 높 기 때문에 LCOE 저감을 위한 최적 신형식 지지구조물에 대한 연구가 필요함.
◦ 현재 서남해안 해상풍력 실증단지의 경우 설치비용이 50억원/MW로 국외해상 풍력 설치비용보다 매우 높은 수준임. 따라서 향후 계획되어 있는 서남해 해상 풍력 시범단지의 LCOE를 절감할 수 있는 지지구조물을 제시할 필요가 있음.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
◦ 해상풍력단지 지지구조물별 LCOE 분석에 필요한 요소 정립
- 유럽과 북미에서 제시된 해상풍력에 대한 LCOE 산출방법 조사·분석 - 국내 해상풍력 지지구조물의 설치·운영 시 지지구조별 중요 인자 검토
◦ 해상풍력 지지구조 최적설계 관련 기술동향 및 기술수준 조사
- 국내·외 해상풍력 지지구조 신뢰도 기반 최적화 연구 기술동향 조사·분석 - 해상풍력 지지구조 형식별 장비 및 운반·설치기술 연구동향 및 기술수준 조사·
분석
- 국내·외 해상풍력 지지구조 관련 지식재산권, 표준화 및 인증 현황 조사·분석
◦ 본 과제 추진을 위한 연구개발 추진방향 정립, 성과목표 및 연구내용 설정 - 해상풍력 지지구조 형식별 LCOE 산출방법 정립을 위한 연구계획 수립 - 서남해 해상풍력 발전단지 LCOE 저감을 위한 연구추진방향 수립 - 본 과제 연구수행을 위한 과제추진체계 및 단계별 추진방안 도출 - 본 과제 성과목표 및 지표설정, 소요예산 및 적정 연구기간 산출 - 본 과제에 대한 연구개발 제안요구서(RFP) 작성
◦ 본 과제 연구개발사업 시행의 정책적, 기술적, 경제적 타당성 분석
- 정부지원의 필요성, 연구내용의 중복성 검토, 기술개발 가능성, 기대효과 분석
Ⅳ. 연구개발결과
◦ 유럽과 북미 국가의 해상풍력발전 LCOE 조사·분석 수행
◦ 국내 해상풍력 관련 LCOE 연구사례 조사·분석 및 문제점 검토
◦ 해상풍력 선진국인 유럽에서 수행한 최적화 연구기술 동향 조사·분석 수행
◦ 해상풍력 지지구조 형식별 제조·운반·설치에 관한 연구동향 조사·분석 수행
◦ 국내·외 관련 지식재산권, 표준화 및 인증 현황 조사·분석 수행
◦ 해상풍력 지지구조물 LCOE 산출을 위한 구체적 연구계획 수립
◦ 서남해 해상풍력 발전단지 LCOE 저감을 위한 구체적 연구계획 수립
◦ 본 과제 연구수행을 위한 연구목표 및 구체적 추진계획 수립
◦ 본 과제의 성과목표 및 연구기간, 소요예산 산출
◦ 연구개발 제안요구서(RFP) 작성
◦ 연구개발사업의 타당성 분석 수행
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 (향후 본 과제 추진 시 연구내용)
◦ 연구목표
￭ 1단계 (2018년~2020년) : 해상풍력발전 LCOE 분석 핵심기술 및 지지구조 최적설계 원천기술 개발
- 해상풍력발전 LCOE 분석 핵심기술 개발
- 해상풍력발전 고정식 신형식 지지구조물 및 최적설계 원천기술 개발
￭ 2단계 (2021 ~2023년) : 서남해 해상풍력 시범단지 지지구조물 설계 - 해상풍력터빈 구조물 설계, 설치, 운영 및 유지관리 등 전 주기적 신기술 적용 - 해상풍력 LCOE 정기 워크숍 등을 통한 기술검증 결과 홍보
- QA/QC를 통한 계측자료 검보정 및 공유, 공개
◦ 연구내용 [1차년도]
◦ 해상풍력 에너지발전단가(LCOE) 기준 정립
- 유럽과 북미의 해상풍력에 대한 LCOE 산출방법 조사·분석
- 국내 해상풍력 지지구조물의 설치·운영 시 지지구조별 중요 인자 검토
◦ 국내·외 해상풍력 하부 지지구조물 형식별 LCOE 특성 분석 - 유럽 해상풍력 하부구조물 형식별 특성 분석 (신형식 포함) - 국내 해상풍력 설치단지 현황 및 운영 실태파악
◦ 서남해안 해상풍력 시범단지의 해양환경 조사 및 특성 분석 - 서남해 해양환경 특성 분석 및 해저지반 역학적 특성 분석
◦ 통합하중해석을 통한 하부구조물 형식별 상부 반력 산정
◦ 서남해안 해상풍력 시범단지 모노파일/재킷/석션식 지지구조물의 기본설계 - 일반도 작성, 구조해석, 신뢰성해석, 개략수량 산출 등
[2차년도]
◦ 해상풍력 에너지발전단가(LCOE) 분석 기법 개발
◦ 서남해안 해상풍력 시범단지 모노파일/재킷/석션식 지지구조물의 실시설계 - 상세도면 작성, 구조해석, 신뢰성해석, 수량 산출 등
◦ 지지구조물 형식별 실시설계(안)에 대한 수량산출 및 비용분석
◦ 지지구조물 형식별 실시설계(안)에 대한 LCOE 상세분석
◦ 서남해안 풍향, 수심 및 지반조건과 유사한 해외 해상풍력단지 LCOE 분석
◦ 기존 지지구조물 형식 적용 시의 설계 및 제작 개선 사항 제시
[3차년도]
◦ 서남해안 해상풍력발전 시범단지 LCOE 반영한 신형식 지지구조물 설계
◦ 신형식 지지구조물 일반도 작성, 구조설계 및 신뢰성해석
◦ 신형식 지지구조물에 대한 수량산출 및 비용분석을 통한 LCOE 분석
◦ 서남해안 해상풍력발전 시범단지에 대한 신형식 지지구조물 LCOE 분석
◦ 서남해안 해상풍력발전 시범단지의 최적 하부 지지구조물 형식 및 표준모델 개발
제 1 장 서론
1. 연구개발의 필요성
가. 기술적 측면
○ 해상풍력 지지구조물은 해상풍력 발전기 타워에 작용한 하중을 안전하게 해저지반으로 전달하는 구조물로 설치비용을 포함하여 해상풍력발전단지 건설 시 총 비용의 40%까 지 차지하는 핵심 구조물임(Statkraft 2012, BWE 2016). 주요 지지구조 형식으로는 모 노파일식, 자켓식, 트라이포드식, 중력식 지지구조물이 대표적이며, 최근에는 석션 기초 형식이 개발되어 현장 적용성이 검토되고 있음.
○ 다양한 에너지(원전, 석탄, 가스, 태양광 등)를 생산하기 위한 에너지기술 간의 생산단 가를 비교하기 위해 표준화된 지수로 LCOE 개념이 사용됨.
○ 에너지저감을 위한 2020년 로드맵에 따르면 총 LCOE 30% 저감(시나리오 1) 및 40%
저감(시나리오 2)에서 지지구조물 및 설치 부분에서 각각 9.1%p, 11.6%p 저감을 목표 로 하고 있음. 그러므로 향후 LCOE 저감을 위해서 무엇보다 지지구조물과 설치부분 에서 적극적인 연구개발이 필요(Prognos/Fichtner, BWE 2016).
○ 국내에서 해상풍력 지지구조물 형식에 대한 LCOE 연구는 아직까지 초보적인 수준이 며, 국내 해양환경 및 지반조건에 적합한 경제성과 안정성을 고려한 시공 기술 및 장 비 개발이 부족한 실정임. 다만 해양플랜트에서 경험이 많은 자켓식의 경우 관련 설계, 장비 및 시공기술이 확보되어 있어 현재까지 대부분의 해상풍력터빈 지지구조물 형식 은 자켓 형식을 고려하고 있음. 따라서 기존 해상풍력터빈 자켓 형식의 LCOE를 기준 으로, 지지구조물 및 관련 설치공법의 최적화를 통하여 총 LCOE의 5% 이상을 저감할 필요가 있음.
○ 이에 따라 해상풍력단지의 지지구조물 최적설계와 시공을 위해 국내 여건을 반영한 지 지구조물 형식별 LCOE 분석기법에 대한 원천기술의 확보가 우선적으로 필요하며, LCOE 저감을 위한 방안을 마련하는 것 또한 시급한 과제임.
나. 경제·산업적 측면
○ 해상풍력단지 조성 시 우리나라 근해의 해양환경과 해저지반 특성을 고려하여 재료비 및 제작비 절감이 가능하고 시공이 용이한 지지구조물 형식 선정과 설치방법 개발이 필요함.
○ LCOE는 에너지원으로부터 단위 에너지 생산을 위하여 필요한 장기적인 비용 개념으 로 설치시공비(Capital Expenditure, CAPEX)와 운영유지비(Operating Expenditure, OPEX) 및 연간발전량(AEP, Annual Energy Production) 등을 종합적으로 고려하여 산정되므로 해상풍력단지 조성 시 최적의 지지구조물 형식을 선정하는데 유용하게 활 용될 수 있음.
○ LCOE를 고려한 최적의 국내 해상풍력 지지구조물 형식이 개발 또는 제안되어 설계 분야에 적용할 경우, 2025년까지 목표로 하고 있는 2조원 이상 규모의 서남해 해상풍 력단지 조성사업에서 500억~1,000억원 이상의 예산절감 효과를 기대할 수 있음.
다. 사회·문화적 측면
○ 신규 원전건설계획의 대체 사업으로 풍력을 포함한 신재생에너지사업이 적극 육성될 것으로 전망되는 가운데, 신재생에너지사업을 합리적이고 효율적인 방향으로 추진하기 위한 선제적인 대응으로 해상풍력발전단지 조성에 대한 LCOE 분석은 필수 요소임.
2. 연구개발의 목적
가. 해상풍력 에너지발전단가 분석기법 정립
○ 국내 주요해안 해상풍력단지 조성 시 지지구조물 최적설계를 위하여 발전단지의 해양 환경, 지반조건 및 발전조건, 제작, 운반, 설치조건 등을 고려한 에너지단가(Levelized Cost of Energy, LCOE) 분석기법 정립
나. 해상풍력 에너지발전단가 최적화 원천기술 개발
○ 국내 해상풍력발전단지에 적용되고 있는 재킷형 지지구조물을 비롯하여 신형식 지지구 조물 등에 대한 표준모델을 선정하고 이에 대한 LCOE를 산출
○ 해상풍력 에너지발전단가 최적화를 위한 지지구조물 분야의 원천기술 개발
다. 서남해 해상풍력발전 확산단지에 대한 신형식 지지구조물 제시
1. 최종목표
○ 국내 주요해안 해상풍력단지 조성 시 지지구조물 최적설계를 위하여 발전단지의 해양 환경, 지반조건 및 발전조건, 제작, 운반, 설치조건 등을 고려한 에너지단가(Levelized Cost of Energy, LCOE) 분석방법 원천기술 개발
○ 주요 해상풍력발전 지지구조 형식별 표준모델 선정, LCOE 산출 및 이를 토대로 서남 해안 발전단지의 LCOE 저감을 위한 최적 지지구조물 형식 및 운반·설치기술 제안
2. 최종목표
○ 해상풍력 지지구조물 LCOE 분석에 필요한 요소 정립
○ 국내·외 해상풍력 지지구조물 최적설계 관련 연구개발 동향 및 환경 분석
○ 본 과제 추진 시 연구개발사업의 목표 설정 및 연구개발 추진계획 수립
○ 연구개발사업 시행의 정책적, 기술적, 경제적 타당성 검토 분석
○ 신규과제 연구개발 제안요구서(RFP) 작성
제 2 장 국내외 기술개발 현황
1. 국외 동향
○ 유럽을 중심으로 해상풍력 LCOE 분석 및 LCOE 저감을 위하여 해상풍력단지의 표준 화 및 각 지지구조별 최적화에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있음(Statkraft, 2012;
DONG energy, 2013; RAMBOL, 2013).
○ Statkraft에서는 LCOE 분석의 기본자료가 되는 CAPEX 및 OPEX를 각 항목별로 분 석하여 다음과 같은 결과를 제시함(Statkraft, 2012; BlueWind Engineering, 2016).
○ 전체적으로 볼 때 CAPEX가 전체 비용의 2/3를 차지하고 있으며, 특히 기초구조물과 설치가 CAPEX의 40% 가까이 차지하고 있음을 알 수 있음. 따라서 LCOE 저감을 위 해서는 CAPEX를 줄여야 하며, 특히 기초구조물과 설치에 있어 혁신적인 기술 개발이 필요함을 알 수 있음.
그림 2.1 해상풍력 CAPEX/OPEX 분석(Statkraft, 2012, BlueWind Engineering, 2016)
○ 유럽의 대표적인 운영사인 DONG Energy에서는 2012년 현재 160Euro/MWh인 해상풍 력의 LCOE를 2020년까지 100Euro/MWh로 줄이기 위하여 터빈, 기초, 계통연계, 운송, O&M 등 분야별 기술혁신을 강조함(Dong Energy, 2013).
그림 2.2 해상풍력 LCOE 저감 목표 (DONG Energy, 2013)
○ 한편, RAMBOL에서는 LCOE 저감을 위하여 CAPEX의 25% 이상을 차지하고 있는 기 초구조물 최적화를 위하여 대표적인 기초구조물 형식인 모노파일과 재킷을 대상으로 최적화 관련 연구를 수행한 바 있음 (RAMBOL, 2013).
그림 2.3 재킷구조물에 대한 최적화 시나리오 (RAMBOL, 2013)
○ 한편, 영국의 Carbon Trust에서는 고정식 해상풍력과 부유식 해상풍력에 대한 LCOE 분 석연구를 진행한 바 있으며, 또한 기존 Oil&Gas 산업에서 비용절감 사례를 근거로 고정 식과 부유식 해상풍력에 대한 LCOE 절감에 관한 가이드를 제시함(Carbon Trust, 2015).
그림 2.4 고정식 및 부유식 해상풍력 LCOE 분석 사례(Carbon Trust, 2015)
2. 국내 동향
○ 국내에서는 산업통상자원부에서 해상풍력 분야별 비용 구성을 분석한 바 있으나, 국외 와 같이 CAPEX, OPEX 등으로 분류하지 않음. 다음은 산업통상자원부에서 발표한 2015년과 2035년 해상풍력 분야별 비용구성으로, 아래 도표에서도 지지구조물이 전체 비용에서 차지하는 비중이 2015년과 2025년 각각 17%, 22%로 매우 중요함을 알 수 있음.
그림 2.5 해상풍력 분야별 비용구성 (산업통상자원부, 2014)
○ 한편, 성진기 등(2013)은 해상풍력발전의 에너지단가 절감과 관련하여 단지개발 시나리 오, 그리고 각 분야별 기술혁신 속도에 따른 에너지단가 절감과 관련한 연구를 수행한 바 있음.
절감이 가능할 것으로 전망한 바 있으며, 전체적으로 기술혁신 시나리오에 따라 2030 년 에너지단가를 88.8~119.26원/kWh로 예측.
- 지지구조물 분야에서는 신개념 구조시스템, 최적설계, 제작표준화 등에서의 기술혁신 이 가능할 것으로 전망.
○ 또한 여러 기초형식의 장단점에 대한 조사 분석 결과는 제시되어 있으나, 경제성 평가 등을 위한 상세한 분석은 설치해역 조건 등에 따라 크게 영향을 받을 수 있기 때문에 상세하게 분석하지는 않음.
표 2.1 해상풍력 지지구조물에 따른 장단점 비교(산업통상자원부, 2014)
○ 최근 에너지경제연구원(임덕오, 2017)에서는 문재인 정부에서 논란이 되고 있는 탈원전 등과 관련하여 여러 에너지원에 대한 LCOE를 분석한 바 있음. 그러나 여러 에너지원 에 대한 LCOE 분석을 수행하였기 때문에 각 분야에 대한 추가적인 분석이 필요한 상 황임.
- 이 연구에 따르면 국내 원자력발전의 LCOE가 가장 낮게 평가되었는데, 이는 국내 원자력발전 상황이 외국과 크게 다른 환경에 기인하는 것으로 분석함.
- 또한 해상풍력은 국외보다 매우 높게 분석되었는데, 이 역시 우리나라의 인허가 등 비기술적 요인에 의한 것으로 이러한 문제를 해결할 경우 외국과 유사한 수준의 LCOE가 될 것으로 예측됨.
그림 2.6 에너지원별 LCOE 분석결과(임덕오, 2017)
제 3 장 본 과제 연구개발 추진방향 및 연구내용
1. 최종목표
○ 해상풍력발전 LCOE 분석 기술 개발
○ 서남해안 해상풍력 시범단지의 에너지단가(LCOE) 절감을 위한 지지구조물 최적설계 원천기술 개발
2. 단계별 연구목표
가. 1단계 (2018년~2020년)
○ 해상풍력발전 LCOE 분석 기술 개발
○ 해상풍력발전 고정식 지지구조물 최적설계 원천기술 개발
- 신규 해상풍력발전 또는 운영 중인 해상풍력발전을 대상으로 운영사와 협의 - 신기술 적용을 위한 과제 공고 및 선정
나. 2단계 (2021년~2023년)
○ 해상풍력터빈 설계, 설치, 운영 및 유지관리 등 전주기에서의 신기술 적용
○ 정기 워크숍 등을 통한 기술검증 결과 홍보
○ QC를 통한 계측자료 검보정 및 공유, 공개
1. 연차별 연구내용
가. 1차년도
○ 해상풍력 에너지발전단가(LCOE) 기준 정립
- 유럽과 북미의 해상풍력에 대한 LCOE 산출방법 조사·분석
- 국내 해상풍력 지지구조물의 설치·운영 시 지지구조별 중요 인자 검토
○ 국내·외 해상풍력 하부 지지구조물 형식별 LCOE 특성 분석 - 유럽 해상풍력 하부구조물 형식별 특성 분석 (신형식 포함) - 국내 해상풍력 설치단지 현황 및 운영 실태파악
○ 서남해안 해상풍력 시범단지의 해양환경 조사 및 특성 분석 - 서남해 해양환경 특성 분석 및 해저지반 역학적 특성 분석
○ 통합하중해석을 통한 하부구조물 형식별 상부 반력 산정
○ 서남해안 해상풍력 시범단지 모노파일/재킷/석션식 지지구조물의 기본설계 - 일반도 작성, 구조해석, 신뢰성해석, 개략수량 산출 등
나. 2차년도
○ 해상풍력 에너지발전단가(LCOE) 분석 기법 개발
○ 서남해안 해상풍력 시범단지 모노파일/재킷/석션식 지지구조물의 실시설계 - 상세도면 작성, 구조해석, 신뢰성해석, 수량 산출 등
○ 지지구조물 형식별 실시설계(안)에 대한 수량산출 및 비용분석
○ 지지구조물 형식별 실시설계(안)에 대한 LCOE 상세분석
○ 서남해안 풍향, 수심 및 지반조건과 유사한 해외 해상풍력단지 LCOE 분석
○ 기존 지지구조물 형식 적용 시의 설계 및 제작 개선 사항 제시
다. 3차년도
○ 서남해안 해상풍력발전 시범단지 LCOE 반영한 신형식 지지구조물 설계
○ 신형식 지지구조물 일반도 작성, 구조설계 및 신뢰성해석
○ 신형식 지지구조물에 대한 수량산출 및 비용분석을 통한 LCOE 분석
○ 서남해안 해상풍력발전 시범단지에 대한 신형식 지지구조물 LCOE 분석
○ 서남해안 해상풍력발전 시범단지의 최적 하부 지지구조물 형식 및 표준모델 개발
2. 성과목표(정성적, 정량적 성과)
구분 항목 단위 개발 목표치
1차
년도 2차
년도 3차 년도
성과지표사업별
지지구조물 형식별 기본설계(안) 건 1
지지구조물 형식별 실시설계(안) 건 1
신형식 지지구조물 기본/실시설계(안) 건 1
기본설계에 대한 지지구조물 형식별 LCOE 분석 건 1
실시설계에 대한 지지구조물 형식별 LCOE 분석 건 1
신형식 지지구조물에 대한 LCOE 분석 건 1
특허 국내 출원 건 1 1
등록 건 1 1
학술 SCI급 게재논문 건 1 1
비SCI급 게재논문 건 1 1 1
1. 기본방안
가. 다학제간 연구 및 산학연 공동연구를 통한 실용화 연구 추진
○ 해양, 구조, 지반 등의 다양한 분야의 연구
○ 대학, 산업체, 연구소 등의 산․학․연 공동연구 추진
나. 한국해상풍력(주) 등 공기업과의 협력
○ 서남해 해상풍력 시범단지 사업자인 한국해상풍력(주)와 한국전력 등 관련 공기업과의 협력을 추진
다. 에너지경제 분야 전문가와의 협력
○ 객관적인 LCOE 분석기법 개발을 위하여 에너지경제 분야 전문가와의 협력을 추진
2. 추진전략
가. 해상풍력 연구경험이 풍부한 산-학-연 연구팀 협력
○ 성공적인 연구수행을 위해 해상풍력 연구경험이 풍부한 산-학-연 전문연구팀의 상호 협력체계 구축 및 연구팀 간 정보공유 및 소통을 통해 추진
○ 서남해안 특성별 검토 대상위치 해양환경 및 해저지반자료 확보 - 해상풍력 관련 발주처, 연구기관, 용역사의 협조를 통한 자료 확보 - 수집된 자료를 활용하여 해양환경 및 해저지반에 대한 상세 분석
○ 국내·외 해상풍력 터빈 및 지지구조물 설계시공 자료 확보 - 국내 터빈 제조사 협조 또는 미국 NREL 자료 활용
- 해상풍력 관련 발주처, 용역사의 협조를 통한 지지구조물 설계시공 자료 확보
○ 해상풍력단지의 LCOE 분석과 관련하여 국내 최고 수준의 전문가를 활용하여 LCOE 분석의 객관성을 확보
- 최적의 서남해안 풍력단지 조성용 최적 지지구조물 형식 검토
- 기 개발된 “해상풍력 지지구조물 신뢰성 해석 프로그램, FROW” 적극 활용하여 신뢰 성 분석
나. 한국전력 등 공기업과의 협력
○ 해상풍력발전 관련 신기술 적용 및 기술검증, Track Record 확보를 위하여 실제 운영 중인 또는 실제 건설이 예정인 서남해 해상풍력 시범단지를 대상으로 하여야 하므로, 발전사업허가를 가지고 있는 한국전력 발전자회사 또는 서남해해상풍력단지 건설사업 을 주관하고 있는 한국해상풍력(주) 등의 관련 공기업과의 협력을 추진
다. 에너지경제 분야 전문가와의 협력
○ 해상풍력발전에 대한 객관적인 LCOE 분석을 위하여 에너지경제 분야의 전문가와 협 력을 추진
3. 추진체계
해상풍력단지 에너지발전단가(LCOE) 최적화 원천기술
한국해양과학기술원 에너지 경제 분야 전문기관
수 행 내 용 수 행 내 용
- 최근 해상풍력발전 에너지 동향 분석 - 서남해 해상풍력발전 시범단지 해양환경
조사 및 분석
- 국내 해상풍력발전 LCOE 분석을 위한 기존 지지구조 형식 검토
- LCOE 저감을 위한 신형식 지지구조물 제안
- 국내·외 해상풍력 에너지 시장 동향 및 외부환경 분석
- 해상풍력발전 LCOE 산정식 조사·분석 - 국내 해상풍력발전 내·외부 환경을 고려한
LCOE 분석기법 개발
- 서남해 해상풍력 시범단지 LCOE 분석
전문가 자문단 (산업계, 학계)
- 해상풍력 관련 발주처, 용역사의 협조를 통한 지지구조물 설계시공 관련 자료 확보 - 서남해 해상풍력발전 검토 대상위치 해양환경 및 해저지반자료 확보
- 서남해 해상풍력발전 시범단지 지지구조 기존형식 및 신형식 표준모델 검토 - 서남해 해상풍력발전 LCOE 분석결과 검토
제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도
1. 연구목표 대비 달성내용
연구목표 연구내용 달성실적 달성율
(%) 해상풍력
지지구조물 LCOE 분석에 필요한
요소 정립
유럽과 북미 국가의 해상풍력에 대한 LCOE 산출방법 조사·분석
유럽과 북미 국가의 해상풍력발전 LCOE 조사·분석 수행 국내 해상풍력 지지구조물의 100
설치·운영 시 지지구조별 고려해야 하는 중요 인자 검토
국내 해상풍력 관련 LCOE 연구사례 조사·분석 및 문제점
검토
해상풍력 지지구조 최적설계 관련
기술동향 및 기술수준 조사
국내·외 해상풍력 지지구조 신뢰도 기반 최적화 연구 기술동향 조사·분석
유럽에서 수행한 최적화 연구기술 동향 조사·분석 수행
100 해상풍력 지지구조 형식별 장비 및
운반·설치기술 연구동향 및 기술수준 조사·분석
해상풍력 지지구조 형식별 제조·운반·설치에 관한 연구동향
조사·분석 수행 국내·외 해상풍력 지지구조 관련
지식재산권, 표준화 및 인증 현황 조사·분석
국내·외 관련 지식재산권, 표준화 및 인증 현황 조사·분석 수행
본 과제 추진을 위한 연구개발 추진방향 정립, 성과목표 및 연구내용 설정
해상풍력 지지구조 형식별 LCOE 산출방법 정립을 위한 연구계획 수립
해상풍력 지지구조물 LCOE 산출을 위한 구체적 연구계획 수립
100 서남해 해상풍력 발전단지 LCOE
저감을 위한 연구추진방향 수립
서남해 해상풍력 발전단지 LCOE 저감을 위한 구체적 연구계획 수립 본 과제 연구수행을 위한 과제
추진체계 및 단계별 추진방안 도출
본 과제 연구수행을 위한 연구 목표 및 구체적 추진계획 수립 본 과제 성과목표 및 지표설정,
소요예산 및 적정 연구기간 산출
본 과제의 성과목표 및 연구기간, 소요예산 산출
본 과제에 대한 연구개발
제안요구서(RFP) 작성 연구개발 제안요구서(RFP) 작성 연구개발사업의
정책적, 기술적, 경제적 타당성 분석
정부지원의 필요성, 연구내용의 중복성 검토, 기술개발 가능성,
기대효과 등 분석
연구개발사업의 타당성 분석 수행 100
2. 질적 완성도
○ 해상풍력발전의 LCOE 분석과 지지구조물의 최적설계에 관한 국내·외 기술동향 및 기 술수준의 사전 분석을 통해 본 과제 추진 시 중점 수행이 필요한 연구개발 내용을 RFP 상에 제시함.
○ 해상풍력발전 지지구조에 대한 합리적 LCOE 분석을 위하여 대표적 지지구조 형식인 모노파일/재킷/석션식 지지구조물에 대해 기본·실시설계를 수행하며, 관련 분야 학회 발표 및 전문가 집단의 자문을 통해 LCOE 분석결과의 객관성을 확보할 수 있도록 함.
○ 국내 해상풍력 발전사업은 초기단계이고 서남해 해상풍력단지 조성에 2.5조원을 투자 하여 시범단지와 확산단지가 차례로 건설될 예정이므로, 서남해 해상풍력발전 시범단 지를 LCOE 분석 대상해역으로 선정한 본 과제의 추진방향은 적절하며, 효율적인 해상 풍력발전사업을 추진케 하는데 기여할 수 있으므로 연구개발사업의 타당성 및 정부지 원의 필요성이 확인됨.
1. 연구성과의 우수성
○ 해상풍력발전의 LCOE 분석과 지지구조물의 최적설계에 관한 국내·외 기술동향 및 기 술수준 분석을 통해 국가 예산절감에 획기적인 전환기회로 연구내용을 제시함.
○ LCOE 경제성 분석이 이루어지지 않은 서남해 해상풍력발전 시범단지에 적용이 가능 한 대표적 지지구조 형식에 대해 기본·실시설계를 수행하여 그 결과를 토대로 해상풍 력발전 LCOE를 분석하고, 관련 분야 학회 발표 및 전문가 집단의 자문을 통해 분석결 과의 질적 수준 제고와 완성도를 높일 수 있도록 함.
○ 문재인 정부에서 추구하는 탈원전, 탈석탄 시대를 맞아 신재생에너지의 중요성이 강조 되고 있고 해상풍력발전의 높은 발전단가에 대한 우려가 있는 가운데, 본 연구개발사 업의 추진을 통해 해상풍력발전단지의 LCOE 분석기법을 정립함으로써 객관적인 해상 풍력발전의 경제성을 비교할 수 있고 LCOE를 절감할 수 있는 방안을 제시할 수 있음.
2. 관련분야 기여도
○ 본 과제 추진을 통해 국내에서 처음으로 해상풍력발전단지의 LCOE 분석기법을 정립 함으로써 객관적인 해상풍력발전의 경제성을 비교할 수 있도록 함.
○ 또한, 해상풍력 에너지발전단가 최적화를 위하여 신형식 지지구조물을 개발하고, 이러 한 원천기술을 개발함으로써 향후 진행될 예정인 서남해 해상풍력 시범단지에 최적화 된 지지구조물을 제시할 수 있음.
○ 당 과제를 통한 연구성과를 최적 지지구조물을 서남해안 확산 및 검증단지에 적용하는 경우에 LCOE 절감 5%를 확보한다면 약 1000억원이 예산 절감이 기대됨.
1. 연구결과의 기대효과
○ 서남해 해상풍력 발전단지 조성 시 지지구조물 최적화를 위한 에너지발전단가(LCOE) 분석 원천기술 확보
○ 해양과기원의 5년간의 해상풍력 연구성과(FROW 프로그램, 특허출원 5개 등)의 극대 화 및 개발기술의 실용화 촉진기대
○ 해상풍력 지지구조 형식별 LCOE에 대한 가이드라인 및 LCOE 절감방안 제시를 통해 해상풍력발전사업의 효율적 수행에 기여
○ 해상풍력 발전단지의 LCOE 절감기술 도입으로 해상풍력 지지구조 형식과 운반·설치 기술을 수요기업에 기술이전하여 기술료 수익 창출
2. 연구결과의 공공적 파급효과
○ 해상풍력 지지구조 형식별 LCOE 산출결과를 제공함으로써 초기 설계단계에서 최적 지지구조 선정을 위한 의사결정 지원도구로 활용
○ 서남해 해상풍력 실증단지 준공을 시작으로 시범단지와 확산단지가 차례로 건설될 예 정이므로 본 과제에서 제시될 지지구조 형식별 LCOE 분석결과를 비롯하여 LCOE 절
감방안이 합리적이고 효율적인 해상풍력발전사업을 추진케 하는데 기여할 것으로 기대
○ 국내 해상풍력발전사업에 해외 등록 특허형식 수입을 최소화함으로써 비용절감 효과 (개발사업당 약 2억원) 기대
○ 2025년까지 목표로 하고 있는 2.5조 규모의 서남해 해상풍력단지 조성사업에서 1,000억 원 이상의 예산절감 효과 기대
주 의
1. 이 보고서는 한국해양과학기술원에서 수행한 주요사업의 연구결과보 고서입니다.
2. 이 보고서 내용을 발표할 때에는 반드시 한국해양과학기술원에서 수 행한 주요사업의 연구결과임을 밝혀야 합니다.
3. 국가과학기술 기밀유지에 필요한 내용은 대외적으로 발표 또는 공 개하여서는 안됩니다.
