우리나라 서남해역에서 추진될 해상풍력 발전 단지에서 생산된 전기와 기존의 전력망과의 계통연계를 위해서는 해저케이블 설치가 필수적인 요소이다. 특히 해저케이블 설치에 대한 경제성, 시공성 및 안정성 확보를 위해서는 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계가 이루어져야한다. 본 논문에서는 1979년부터 2002년까지 한국해양과학기술원에서 구축한 장기 파랑산출자료와 제3세대 파랑 모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 이용하여 해상풍력단지가 조성될 해역에 대해 만조와 간조시 파랑시뮬레이션을 수행하여 해저케이블 경과지와 보호공법 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구결과, 서남해 해상풍력단지가 조성될 해역의 연평균 Hs는 1.03 m, Tz는 4.47s이고, 주파향은 북서(NW)와 남남서(SSW) 방향이다. NW에서 입사되는 조건(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 4.0~5.0 m, 간조시에 약 2.0~3.0 m로 계산되었다. SSW에서 입사되는 조건(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 3.5~4.5 m이고, 간조시에는 약 1.5~2.5 m로 계산되었다. 해저케이블 경과지 중 경도 UTM 249749~251349 구간 약 1.6 km에서는 NW로 입사되는 파랑의 영향이 크며, UTM 251549~267749 구간 약 16.2 km에서는 SSW로 입사되는 파랑의 영향이 지배적이다. 파랑집중 현상이 두드러지게 나타나는 해역은 위도와 하왕등도 사이 해역으로, 이 해역에서는 주변해역 보다 상대적으로 높은 파고를 나타내고 있다.
우리나라 서남해역에서 추진될 해상풍력 발전 단지에서 생산된 전기와 기존의 전력망과의 계통연계를 위해서는 해저케이블 설치가 필수적인 요소이다. 특히 해저케이블 설치에 대한 경제성, 시공성 및 안정성 확보를 위해서는 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계가 이루어져야한다. 본 논문에서는 1979년부터 2002년까지 한국해양과학기술원에서 구축한 장기 파랑산출자료와 제3세대 파랑 모델인 SWAN(Simulating WAves Nearshore)을 이용하여 해상풍력단지가 조성될 해역에 대해 만조와 간조시 파랑시뮬레이션을 수행하여 해저케이블 경과지와 보호공법 설계를 위한 기초자료를 제공하고자 하였다. 연구결과, 서남해 해상풍력단지가 조성될 해역의 연평균 Hs는 1.03 m, Tz는 4.47s이고, 주파향은 북서(NW)와 남남서(SSW) 방향이다. NW에서 입사되는 조건(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 4.0~5.0 m, 간조시에 약 2.0~3.0 m로 계산되었다. SSW에서 입사되는 조건(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 3.5~4.5 m이고, 간조시에는 약 1.5~2.5 m로 계산되었다. 해저케이블 경과지 중 경도 UTM 249749~251349 구간 약 1.6 km에서는 NW로 입사되는 파랑의 영향이 크며, UTM 251549~267749 구간 약 16.2 km에서는 SSW로 입사되는 파랑의 영향이 지배적이다. 파랑집중 현상이 두드러지게 나타나는 해역은 위도와 하왕등도 사이 해역으로, 이 해역에서는 주변해역 보다 상대적으로 높은 파고를 나타내고 있다.
Submarine cable installation is essentials for grid connection between existing power grid and newly produced electricity which will be from offshore wind farm in Southwest sea area of Korea. Especially, submarine cable route and protection method is designed in order to ensure the economical effici...
Submarine cable installation is essentials for grid connection between existing power grid and newly produced electricity which will be from offshore wind farm in Southwest sea area of Korea. Especially, submarine cable route and protection method is designed in order to ensure the economical efficiency, workability and stability of submarine cable installation. On this paper, we will give the basic information about the submarine cable route and protection method of offshore wind farm which will be built in Southwest sea area of Korea. For this, we have a numerical simulation at high and low tide based on the third-generation wave model SWAN(Simulating WAves Nearshore) using the long term wave data from Korea Institute of Ocean Science and Technology(KIOST). The results of the study, year mean Hs is 1.03m, Tz is 4.47s and dominant wave direction is NW and SSW When the incident wave direction is NW(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s), the distribution of shallow water design wave height Hs was calculated about 4.0~5.0m at high tide and 2.0~3.0m at low tide. When the incident wave direction is SSW(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s), the distribution of shallow water design wave height Hs was calculated about 3.5~4.5m at high tide and 1.5~2.5m at low tide. The wave direction on a dominant influence in the section of longitude UTM 249749~251349(about 1.6 km) and UTM 251549~267749(about 16.2 km) in the submarine cable route are each NW and SSW. Prominently, wave focusing phenomenon appears between Wi-do and Hawangdeung-do, in this sea area is showing a relatively high wave hight than the surrounding sea areas.
Submarine cable installation is essentials for grid connection between existing power grid and newly produced electricity which will be from offshore wind farm in Southwest sea area of Korea. Especially, submarine cable route and protection method is designed in order to ensure the economical efficiency, workability and stability of submarine cable installation. On this paper, we will give the basic information about the submarine cable route and protection method of offshore wind farm which will be built in Southwest sea area of Korea. For this, we have a numerical simulation at high and low tide based on the third-generation wave model SWAN(Simulating WAves Nearshore) using the long term wave data from Korea Institute of Ocean Science and Technology(KIOST). The results of the study, year mean Hs is 1.03m, Tz is 4.47s and dominant wave direction is NW and SSW When the incident wave direction is NW(Hs: 7.0 m, Tp: 11.76s), the distribution of shallow water design wave height Hs was calculated about 4.0~5.0m at high tide and 2.0~3.0m at low tide. When the incident wave direction is SSW(Hs: 5.84 m, Tp: 11.15s), the distribution of shallow water design wave height Hs was calculated about 3.5~4.5m at high tide and 1.5~2.5m at low tide. The wave direction on a dominant influence in the section of longitude UTM 249749~251349(about 1.6 km) and UTM 251549~267749(about 16.2 km) in the submarine cable route are each NW and SSW. Prominently, wave focusing phenomenon appears between Wi-do and Hawangdeung-do, in this sea area is showing a relatively high wave hight than the surrounding sea areas.
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문제 정의
Table 4에서 볼 수 있듯이 해상풍력 발전기와 해저케이블에 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 50년 주기 설계파랑의 제원은 NW 파향의 Hs 7.0 m, Tp 11.76s와 SSW 파향의 Hs 5.84 m, Tp 11.15s으로, 이 자료를 바탕으로 천해설계파를 산정하여 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계의 기초자료를 제공하고자 하였다.
본 논문에서는 서남해 해상풍력발전단지 해역의 해양환경 특성 분석과 천해설계파랑 파고 및 파향 분석을 통해 임의로 가정한 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계의 기초자료를 제공하고자 조수간만의 차를 고려한 파랑시뮬레이션을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
이에, 본 논문에서는 서남해 해상풍력발전단지 해역의 해양환경 특성 분석과 조수간만의 차를 고려한 파랑시뮬레이션을 수행하여, 임의로 가정한 해저케이블 경과지와 보호공법에 외력으로 작용하는 파고, 파향 분석을 통해 해저케이블 경과지와 해저케이블 보호공법 설계의 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
또한 만조와 간조시의 수심변화는 해저케이블 경과지와 보호공법에 외력으로 작용하는 파랑에 영향을 주게 된다. 이에 본 논문에서는 조수간만의 차를 고려한 천해설계파랑 산출을 위해 만조와 간조시 수심을 적용하여 파랑시뮬레이션을 수행하였다.
이에 우리나라 서남해안(전남 영광, 전북 부안해역)에 총 3단계로 나누어 9조 2천억원을 투자하여 2500MW 규모의 해상풍력 단지를 조성하기 위한 “해상풍력 추진 로드맵”을 발표하였다(Yoo, 2010).
한국해양과학기술원이 보유한 1979년에서 2003년까지 1/6° 격자로 구성된 우리나라 주변 해역의 심해 설계파 추산자료를 이용하여 서남해 해상풍력단지의 파랑특성을 산출하였다.
해저케이블에 적용되는 해양환경요인 중 파랑에 대한 특성을 파악하기 위하여 수치파랑모형을 이용한 파랑 분포를 계산하였다. 대상해역은 수심 약 20 m 이내의 천해역으로 파랑에 의한 파력이 해저케이블에 대한 위해요소로 작용될 수 있다.
대상 데이터
해저케이블에 적용되는 해양환경요인 중 파랑에 대한 특성을 파악하기 위하여 수치파랑모형을 이용한 파랑 분포를 계산하였다. 대상해역은 수심 약 20 m 이내의 천해역으로 파랑에 의한 파력이 해저케이블에 대한 위해요소로 작용될 수 있다. 계산에 사용된 모델은 SWAN(Simulating WAves Nearshore) 으로 바람, 수심 및 해류 조건으로부터 근해, 호수 및 강어귀에서 파랑의 특성인자를 추정하는 제3세대 수치 파랑모델로 파랑작용 평형방정식을 지배방정식으로 한다(Booji et al.
이론/모형
대상해역은 수심 약 20 m 이내의 천해역으로 파랑에 의한 파력이 해저케이블에 대한 위해요소로 작용될 수 있다. 계산에 사용된 모델은 SWAN(Simulating WAves Nearshore) 으로 바람, 수심 및 해류 조건으로부터 근해, 호수 및 강어귀에서 파랑의 특성인자를 추정하는 제3세대 수치 파랑모델로 파랑작용 평형방정식을 지배방정식으로 한다(Booji et al., 1999; Ris et al., 1999).
성능/효과
1. 서남해 해상풍력단지가 조성될 해역(N:35.49°, E:126.17°)의 연평균 Hs는 1.03 m, Tz는 4.47s이고, 주파향은 북서(NW)와 남남서(SSW) 방향이 우세하다.
2. 서남해 해상풍력단지 해역에 NW에서 입사되는 조건(Hs:7.0 m, Tp: 11.76s)에서 만조시 천해설계파랑 Hs의 분포는 약 4.0~5.0 m, 간조시에 약 2.0~3.0 m로 계산되었다. 그리고 SSW에서 입사되는 조건(Hs: 5.
3. 해저케이블 경과지 중 경도 UTM 249749~251349 구간 약 1.6 km에서는 NW로 입사되는 파랑의 영향이 크며, UTM 251549~267749 구간 약 16.2 km에서는 SSW로 입사되는 파랑의 영향이 지배적이다. 특히 이 구간에서는 SSW로 입사되는 경우가 NW로 입사되는 경우보다 평균 0.
4. UTM 265549~271449 구간 약 5.9 km는 조수간만의 차로인해 해저케이블 경과지가 수면위로 드러나게 되는 구간으로 이 구간이 시작되는 UTM 265549에서 Hs 분포는 만조시 SSW와 NW로 입사되는 경우 각각 1.58 m, 1.16 m로 나타났다.
5. 서남해 해상풍력단지 1단계 계통연계를 위해 임의로 가정한 해저케이블 경과지에서는 파랑집중 현상이 나타나지 않았지만 위도와 하왕등도 사이 해역에서 파랑집중 현상이 두드러지게 나타나 주변해역 보다 상대적으로 높은 파고를 보이고 있으며, 만조시 8해역(H1~H8), 간조시 7해역(E1~E7)에서 파랑집중 나타난다.
H1과 E1 해역은 315°로 입사되는 파랑이 수심에 의한 굴절현상과 하왕등도에 의한 회절현상이 복합적으로 작용하여 H1과 E1 해역에서 약 290° 파향의 파랑과 약 340° 파향의 파랑이 만나 파랑집중이 발생하는 것으로 나타났다.
H2, H3과 E2, E3 해역은 수심에 의한 파랑의 굴절효과로 파랑집중이 발생하는 해역으로 315°로 입사되는 파랑에 대한 수심의 효과가 상대적으로 큰 간조시에 파랑집중이 나타나는 해역이 만조시 보다 넓게 나타났다.
H5과 E5 해역은 67.5°로 입사되는 파랑이 상와등도와 하왕등도에 의한 회절현상으로 약 15°와 105° 파향의 파랑이 집중되고, H6과 E6 해역은 위도에 의한 회절현상과 수심에 의한 굴절효과로 약 60°와 350° 파향의 파랑이 집중되는 것으로 나타났다.
H7과 E7 해역은 수심에 의한 굴절효과로 약 15°와 60° 파향의 파랑이 집중되는 것으로 나타났다.
H1과 E1 해역은 315°로 입사되는 파랑이 수심에 의한 굴절현상과 하왕등도에 의한 회절현상이 복합적으로 작용하여 H1과 E1 해역에서 약 290° 파향의 파랑과 약 340° 파향의 파랑이 만나 파랑집중이 발생하는 것으로 나타났다. 이 결과 Fig. 5와 6의 Hs분포에서 볼 수 있듯이 주변 해역 보다 H1과 E1 해역에서 상대적으로 높은 파고를 보이고 있다. H4와 E4 해역은 315°로 입사되는 파랑이 위도에 의한 회절효과로 위도 남동쪽 해역에서 약 270° 파향의 파랑과 약 5° 파향의 파랑이 집중되는 모습을 보이고 있다.
16 m로 나타났다. 이상의 결과에서 알 수 있듯이 서남해 해상풍력단지 주변해역에서는 NW로 입사되는 파랑이 영향을 크게 미치며, 해저케이블 계통연계 및 보호공법에 영향을 미치는 파랑은 SSW로 입사되는 파랑으로 나타났다.
후속연구
6. 본 논문에서 제시한 서남해 해상풍력단지 주변해역의 천해 설계파 파고와 파향자료는 해저케이블 경과지 선정의 기초자료와 해저케이블 보호공법에 외력으로 작용하는 파력에 대한 설계자료로 이용 가능할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
HVDC 방식의 특징은 무엇인가?
HVAC는 상대적으로 저가인 변압기를 사용하여 기존의 계통망에 쉽게 연계가 가능하지만, 전력 전송 시 3상 전기공급을 위해 최소 세 개의 케이블이 필요하고, AC 케이블은 그 특성상 전기를 저장하는 커패시터 역할을 하기 때문에 장거리 전송 시 케이블 손실이 발생하여 전력 보상장치가 필수적으로 요구된다. 반면에, HVDC는 기존의 전력망에 연계하기 위해 고가의 변환기기가 필요하지만 2선의 케이블이면 전력전송이 가능하고 AC 케이블과는 달리 전력손실이 매우 적어 장거리 대용량 전력전송에 경제적으로 매우 유리한 특징이 있다(Ryu et al., 2010).
한국해양과학기술원의 심해설계파랑 자료란 무엇인가?
한국해양과학기술원의 심해설계파랑 자료는 ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)의 바람 자료와 태풍해상풍 모델을 이용한 바람자료를 이용하여 HYPA 모델과 WAM모델로 계산하여 우리나라 주변해역에 대해 약 1/6° 의 격자망에서 1979년에서 2003년까지 1시간 간격으로 유의파고(Hs), 정점주기(Tp), 파향(Dir)을 계산한 자료이다(Lee et al., 2005).
서남해 해상풍력단지는 어떻게 나누어 진행되는가?
서남해 해상풍력단지는 크게 3단계로 나누어 진행된다. 1단계는 실증 단계로 60MW 규모로 추진할 계획이고, 2단계는 운영기술 확보와 상업적 가능성 검증을 위한 400MW 시범단지 조성을 목표로 하고 있다. 마지막 3단계는 비용절감, 대규모 단지개발, 상업적 운영을 목표로 한 확산단계로 2000MW 규모의 해상풍력 단지를 조성할 계획이다. Fig.
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