부유식 조류-풍력 복합발전 시스템 개발 기획 보고서

본 보고서는 「부유식 조석풍 복합발전시스템 개발을 위한 기술계획서」의 최종 보고서로 제출된다.

연구개발 목표 및 필요성

연구 추진 배경

국내 해상풍력발전단지 건설사업은 지연되고 있지만 서남해 2.5GW, 전남 4GW 해상풍력단지 개발을 추진하고 있다. 정부의 해양에너지 인프라 개발 및 구성계획을 달성하기 위해서는 부유식 조석풍 복합발전 플랫폼 및 시스템 핵심기술 확보가 필요하다.

[그림 2] 2017년도 국내의 전원설비 현황

연구 목표

따라서 본 연구에서는 심해 해상풍력단지 건설의 핵심은 해상풍력발전기를 설치할 수 있는 부유식 플랫폼이라고 판단하고, 해양 에너지의 효율적인 사용. . 부유식 해상풍력계통 계측기반 운영분석 및 유지보수 기술 개발

부유식 복합발전의 필요성

해상풍력파병합발전의 경우 다양한 구조물에 대한 연구가 진행되고 있다. 그림 4] 결합파력 해상풍력발전 사례(덴마크 포세이돈, 영국 그린오션에너지).

[그림 4] 파력-해상풍력 복합발전 사례(덴마크 포세이돈 및 영국 Green Ocean Energy)

국내외 기술동향

해양에너지 기술동향

• 조력발전
• 파력발전
• 조류발전
• 해상풍력발전

조력발전은 무한히 사용할 수 있는 발전방식으로 대규모 발전이 가능하나 발전단가가 높다. 풍력발전은 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 기술입니다.

[그림 11] 국내 조력발전 시장 현황 및 전망

해양에너지 복합발전 기술 동향

• 파력-풍력 복합발전
• 조류-풍력 복합발전
• 기타 복합발전

현재 덴마크의 부유식 해상풍력 발전장치인 포세이돈이 시범 운영되고 있다. 영국 그린오션에너지가 개발한 웨이브 트레더는 해상풍력발전과 파력발전을 결합한 복합발전시스템이다. 출처: 녹색기술정보포털, 풍력융합기술동향.

출처: http://www.power-technology.com/projects/greenoceanenergywav) [그림 38] 조력 및 풍력 복합발전기 설계.

[그림 35] KRISO에서 연구 중인 10MW 복합발전(풍력-파력에너지) 플랫폼

국내외 산업동향

해양에너지 산업/시장 동향

• 조력발전
• 파력발전
• 해상풍력발전

조력발전은 대규모로 무한정 전력을 생산할 수 있지만 발전단가가 높다. 미국의 풍력 발전을 통한 전력 공급은 계속해서 증가하고 있습니다. Cape Cod Offshore Wind Farm 프로젝트는 미국 최초의 해상 풍력 단지를 만드는 프로젝트입니다.

일본 정부가 에너지 정책의 초점을 '비핵화'로 전환하면서 해상풍력발전 시장에 대한 기대감도 높아지고 있다.

[그림 43] 전 세계 해상풍력 시장 규모

부유식 조류-풍력 복합발전 시장 동향

최근에는 심해 단지 조성이 가능한 부유식 해상풍력 플랫폼 기술 개발에 특히 관심을 갖고 관련 기술에 대한 투자를 늘리고 있다. 덴마크의 부유식 해상풍력발전소인 포세이돈이 실증시험을 진행 중이며 영국의 그린오션에너지가 500kW급 부유식 '웨이브 트레더(Wave Treader)' 시제품을 개발해 확장성도 장점이다.

한편 스타토일은 에너지 분야에서의 기술력과 경험을 바탕으로 해상풍력발전 분야에서 두각을 나타내고 있다.

[그림 50] 세계 최초의 부유식 해상 풍력 발전소인 하이윈드 자료: 사이언스타임즈, 탈원전 시대, ‘해상 부유식’ 풍력 발전 주목, 2017.11.02

연구개발과제 도출

연구필요 기술

• 해양에너지 적지 분석 기술
• 부유식 구조체 거동 안정화 기술
• 부유식 플랫폼 기술
• 부유식 구조물 운영 및 유지관리기술

부유식 구조물 설계 고려 사항(일반). 해외 부유식 구조물 관련 설계기준 목록은 다음과 같다. 부유식 구조물의 운영 및 유지보수 기술.

최근 해상 부유식 풍력발전, 부유식 파력발전 등 부유식 구조물의 활용이 증가하고 있는 해양에너지 분야에서 모니터링 및 제어에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

[그림 53] 개발 조건 및 연구 필요 기술

기술개발 목표 및 내용

• 조류-해상풍력발전 적지 선정 기술개발
• 부유식 구조체 거동 안정화 기술
• 부유식 조류-해상풍력발전 플랫폼 개발
• 부유식 조류-해상풍력 발전시스템 운영/유지관리 기술 개발

조력-해상풍력 복합발전시스템의 거동 모델링 기술 개발 조력-해상풍력 복합전력생산시스템 거동 실험기술 개발 조력해상풍력발전시스템 분석기술 개발(I).

조력-해상풍력발전시스템 분석기술 개발(II).

로드맵 및 추진계획

경제성 분석

R&D과제 경제성분석 방법론 개요

• R&D과제 경제성 분석 개념 및 방법론
• 국가 R&D사업 예비타당성조사 경제적 타당성 분석 방법론

R&D 부문 예비타당성 조사에서 R&D 사업의 편익은 긍정적 편익(가치 창출 편익)과 부정적 편익(비용 절감 편익)으로 나뉜다. 원가절감 편익은 R&D과제를 통해 개발된 기술을 적용하여 특정 분야의 기존 원가를 절감하는 것과 관련이 있다. 생산자 중심 혜택) 시장 수요 접근법을 사용하여 추정.

개선된 기술 개발을 목표로 하는 R&D 프로젝트의 직접적인 경제적 이익은 신기술 적용으로 인한 생산 비용 절감으로 계산됩니다.

경제성 분석 방법론 설정

• 비용항목 도출
• 편익항목 도출
• 편익항목별 분석 모델
• B/C Ratio 산출 방법론

NTIS7)를 통해 비교과제를 검색한 결과, 부유식 해상풍력발전시스템 상용화를 위한 기술개발사업의 연구기간은 약 3년으로 나타났다. 혜택기간) 부유식 조석풍 복합에너지시스템의 기술수명주기를 혜택기간인 9년으로 설정한다. KISTEP 예비타당성조사보고서의 유사분야 기술인 발전시스템기술개발사업에서 수립한 기업의 기여율을 참고하시기 바랍니다. KISTEP 예비타당성조사보고서의 유사분야 기술인 발전기술개발사업에서 수립한 R&D 사업화 성공률을 참고하시기 바랍니다.

초임계 CO2 발전시스템 기술개발사업 예비타당성조사 보고서.

연구과제 경제성 분석

• 비용 분석

조류와 바람으로부터 에너지를 생산하는 부유식 시스템의 시장 규모 도출. 중동 프로젝트의 일환으로 개발된 부유 조력 및 풍력 발전 시스템의 시장점. 최근 국내외 해상풍력발전단지와 부유식 해상풍력발전단지 설치비용을 참고해 복합발전단가를 1MW당 50억원으로 산정해 시장 규모를 산정했다.

국회신재생에너지포럼/한국에너지기술평가원(2017) 해상풍력산업화 전망 및 과제.