[국내논문]서남해 해상풍력발전단지 내 항로형태에 따른 선박통항 위험도 평가에 관한 연구 Study on Vessel Traffic Risk Assessment according to Waterway Patterns in a Southwest Offshore Wind Farm원문보기
서남해 해상풍력발전단지 내 선박 통항 금지와 조업 제한으로 인해 사업자와 어민간의 갈등이 심화되고 있다. 이러한 문제 해결을 위하여 국내에서도 유럽의 해상풍력발전단지와 같이 발전단지 내 선박 통항과 어로작업 허용을 검토하고 있다. 이 연구는 서남해 해상풍력발전단지 내 선박 통항을 가정하여 항로의 형태에 따른 해상교통위험도 발생비율을 ES 모델과 IWRAP을 이용하여 분석하였다. 또한, 항로의 형태(십자형 항로 및 격자형 항로)와 선박 통항량(현재, 3배, 5배, 10배)에 변화를 주어 위험도를 정량적으로 평가하였다. 주요 평가결과는 다음과 같다. 현재의 교통량에서 십자형 항로와 격자형 항로를 운영할 경우 조선부담감(종합환경스트레스치가 750 이상)이 높은 구간은 발생하지 않았으며, 연간 충돌확률도 큰 차이가 발생하지 않았다. 그러나 통항량이 현재보다 3배, 5배, 10배 증가함에 따라 교차지점에서 조선부담감과 연간 충돌확률이 급격히 증가함을 확인하였으며, 이를 통해 격자형 항로에서 교통류 분리를 통해 위험도를 효과적으로 분산시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 서남해 해상풍력발전단지 내에서 항로설정, 항로운영방식, 안전대책 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
서남해 해상풍력발전단지 내 선박 통항 금지와 조업 제한으로 인해 사업자와 어민간의 갈등이 심화되고 있다. 이러한 문제 해결을 위하여 국내에서도 유럽의 해상풍력발전단지와 같이 발전단지 내 선박 통항과 어로작업 허용을 검토하고 있다. 이 연구는 서남해 해상풍력발전단지 내 선박 통항을 가정하여 항로의 형태에 따른 해상교통위험도 발생비율을 ES 모델과 IWRAP을 이용하여 분석하였다. 또한, 항로의 형태(십자형 항로 및 격자형 항로)와 선박 통항량(현재, 3배, 5배, 10배)에 변화를 주어 위험도를 정량적으로 평가하였다. 주요 평가결과는 다음과 같다. 현재의 교통량에서 십자형 항로와 격자형 항로를 운영할 경우 조선부담감(종합환경스트레스치가 750 이상)이 높은 구간은 발생하지 않았으며, 연간 충돌확률도 큰 차이가 발생하지 않았다. 그러나 통항량이 현재보다 3배, 5배, 10배 증가함에 따라 교차지점에서 조선부담감과 연간 충돌확률이 급격히 증가함을 확인하였으며, 이를 통해 격자형 항로에서 교통류 분리를 통해 위험도를 효과적으로 분산시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 서남해 해상풍력발전단지 내에서 항로설정, 항로운영방식, 안전대책 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
Domestic southwest offshore wind farms have problems such as the reduction in fishing rights by prohibiting vessel traffic, which delays their development. As such, there is a need to develop offshore windfarms in Europe to permit the passage of vessels and fishing operations in specific offshore wi...
Domestic southwest offshore wind farms have problems such as the reduction in fishing rights by prohibiting vessel traffic, which delays their development. As such, there is a need to develop offshore windfarms in Europe to permit the passage of vessels and fishing operations in specific offshore windfarm areas. In this study, we used the environmental stress (ES model) and the IALA Waterway Risk Assessment Program (IWRAP) to determine the ratio of risk to the route type (cross pattern, grid pattern) and traffic volume (present, 3 times, 5 times and 10 times) to derive the risk factors of specific vessels for offshore windfarms. As a result, ship operators' risk related to offshore windfarms did not rise in both route types and there was no significant difference in the annual probability of collision in the present traffic volume. In conditions that increased traffic volume by 3 times, 5 times and 10 times, the risk ratio increased as ship operator risk and collision probability increased at the crossing points. Furthermore, when the traffic volume of the ship increased, the risk could be more effectively distributed in the grid route compared to the cross route. The results of this study are expected to apply to the operation type, route operation method, safety measures, etc. in offshore wind farms.
Domestic southwest offshore wind farms have problems such as the reduction in fishing rights by prohibiting vessel traffic, which delays their development. As such, there is a need to develop offshore windfarms in Europe to permit the passage of vessels and fishing operations in specific offshore windfarm areas. In this study, we used the environmental stress (ES model) and the IALA Waterway Risk Assessment Program (IWRAP) to determine the ratio of risk to the route type (cross pattern, grid pattern) and traffic volume (present, 3 times, 5 times and 10 times) to derive the risk factors of specific vessels for offshore windfarms. As a result, ship operators' risk related to offshore windfarms did not rise in both route types and there was no significant difference in the annual probability of collision in the present traffic volume. In conditions that increased traffic volume by 3 times, 5 times and 10 times, the risk ratio increased as ship operator risk and collision probability increased at the crossing points. Furthermore, when the traffic volume of the ship increased, the risk could be more effectively distributed in the grid route compared to the cross route. The results of this study are expected to apply to the operation type, route operation method, safety measures, etc. in offshore wind farms.
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문제 정의
그러나 현재까지 대상해역 내 항로형태에 따른 선박운항자의 조선부담감(스트레스)을 토대로 한 위험도 평가 연구는 아직까지 없다. 따라서 본 연구에서는 풍력터빈의 배치형태가 기존의 국내 해상풍력단지와 달리 직사각형의 형태로 건설 예정인 서남해 해상풍력발전 실증단지를 대상으로 항로의 형태에 따른 선박통항 위험도를 ES Model(Environment Stress Model, 이하 ES 모델)을 통해 위험도를 평가하였다. 또한, IWRAP(IALA Waterway Risk Assessment Programme, 이하 IWRAP) 프로그램을 이용하여 대상해역 내항로에서의 연간 충돌확률을 분석하였다.
본 연구는 서남해 해상풍력발전단지 내 1차 실증단지에 항로를 설정하고 선박운항자의 환경적 스트레스를 기반으로 한 ES 모델과 좌초 및 충돌의 해양사고확률을 계산하는 IWRAP을 통하여 특정선박의 통항에 대한 위험도를 평가하였다. 본 논문에서 도출된 항로형태에 따른 선박운항자의 위험도와 선박간의 충돌확률에 대한 분석결과는 다음과 같다.
또한, IWRAP(IALA Waterway Risk Assessment Programme, 이하 IWRAP) 프로그램을 이용하여 대상해역 내항로에서의 연간 충돌확률을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 대상해역 내 항로의 지정 및 계획 시의 안전대책을 검토하고자 한다.
가설 설정
, 2017). 한편, 장래 통항량 증가 및 향후 해상풍력발전단지 내 선박 통항량을 제한할 것을 가정하여 현재의 교통량, 현재보다 3배, 5배, 10배 증가한 경우에 대하여 시뮬레이션을 실시하여 비교 분석하였다.
제안 방법
서남해 해상풍력발전단지 내 가상으로 설정된 2개의 통항로에 통항할 선박은 해상교통조사 결과를 기반으로 하여 선박 교통량, 선박크기, 선박속력을 구성하였다. 교통량은 통항이 가장 많았던 피크타임(Peak time) 시간대에 각 Gate line 별로 Table 4와 같이 발생시켜 재현하였다.
직선항로에 있어 동일한 통항척수일 경우 항행 폭이 증가되면 선박운항자가 느끼는 위험도는 낮아진다는 연구결과를 바탕(Park et al., 2006)으로 통항로 내 가항수역의 폭은 터빈간의 설계계획상 이격거리 800 m에 선박의 보호를 위한 내측안전구역(Inner safety zone)을 제외한 최대 범위로 설정하였다. 통항로의 내측 안전구역 설정은 터빈날개 회전직경(100 m)에 터빈으로부터의 여유수역(Margin) 150 %를 적용(Ohn et al.
데이터처리
따라서 본 연구에서는 풍력터빈의 배치형태가 기존의 국내 해상풍력단지와 달리 직사각형의 형태로 건설 예정인 서남해 해상풍력발전 실증단지를 대상으로 항로의 형태에 따른 선박통항 위험도를 ES Model(Environment Stress Model, 이하 ES 모델)을 통해 위험도를 평가하였다. 또한, IWRAP(IALA Waterway Risk Assessment Programme, 이하 IWRAP) 프로그램을 이용하여 대상해역 내항로에서의 연간 충돌확률을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 대상해역 내 항로의 지정 및 계획 시의 안전대책을 검토하고자 한다.
시뮬레이션에 대한 위험도 평가는 ES 모델(Inoue, 2000)을 이용하였다. 또한, 동일한 시뮬레이션 조건을 기반으로 IWRAP(Peter Friis Hansen, 2008)을 프로그램을 이용하여 대상 해역에서의 충돌 확률을 분석하여 비교하였다. ES 모델은 운항 중 선박을 둘러싸고 있는 자연, 지형, 시설, 교통 조건등의 주변 환경으로부터 선박가 느끼는 조선부담감을 정량화한 모델이다.
이론/모형
시뮬레이션에 대한 위험도 평가는 ES 모델(Inoue, 2000)을 이용하였다. 또한, 동일한 시뮬레이션 조건을 기반으로 IWRAP(Peter Friis Hansen, 2008)을 프로그램을 이용하여 대상 해역에서의 충돌 확률을 분석하여 비교하였다.
성능/효과
6 %의 감소 효과가 있음을 알 수 있다. 교통량이 10배 증가한 경우 십자형 항로에서의 위험도를 100 %로 볼 때 격자형 항로에서의 조선부담감으로 인한 위험도는 약 62.2 %, 선박간의 연간 충돌확률은 61.5 %의 감소효과가 있음을 알 수 있다. 또한, 각 항로형태에서 교통량이 증가함에 따라 교차지점에서의 위험도가 공통적으로 높아짐을 확인할 수 있었다.
현재의 교통량에서는 선박운항자의 조선부담감이 위험한 구간은 없는 것으로 나타났으며, 연간 충돌확률도 큰 차이가 없었음을 확인하였다. 교통량이 3배 증가한 경우 십자형 항로에서의 위험도를 100 %로 볼 때 격자형 항로에서의 운항자의 조선부담감으로 인한 위험도는 약 55.6 %, 선박간의 연간 충돌확률은 22.0 %의 감소 효과가 있음을 알 수 있었다. 교통량이 5배 증가한 경우 십자형 항로에서의 위험도를 100 %로 볼 때 격자형 항로에서의 운항자의 조선부담감으로 인한 위험도는 약 62.
5 %의 감소효과가 있음을 알 수 있다. 또한, 각 항로형태에서 교통량이 증가함에 따라 교차지점에서의 위험도가 공통적으로 높아짐을 확인할 수 있었다.
서남해 해상풍력발전단지 해역의 교통현황 조사결과 통항선박 대부분은 10톤 미만의 소형어선으로 분석되었다. 일반적으로 어선은 어로작업 및 어획물 수송이 주된 목적으로 통항경로대의 설정에 있어 일정한 교통흐름이 존재하지 않아 통항로의 형성이 어렵다.
평가결과, 선박 침로 범위 내에 고정 장애물인 터빈과 타선의 분포가 밀집되는 항로의 교차구간에서 공통적으로 위험도가 높아졌다. 또한, Fig.
현재의 교통량에서는 선박운항자의 조선부담감이 위험한 구간은 없는 것으로 나타났으며, 연간 충돌확률도 큰 차이가 없었음을 확인하였다. 교통량이 3배 증가한 경우 십자형 항로에서의 위험도를 100 %로 볼 때 격자형 항로에서의 운항자의 조선부담감으로 인한 위험도는 약 55.
후속연구
향후 서남해 해상풍력발전단지 내 항로의 지정 및 계획에 있어 본 연구의 결과를 토대로 대상해역 내 어업활동으로 인한 교통량 증가를 고려한 다수의 항로확보와 교차구간을 최소로 하여 설계할 필요가 있다고 판단된다. 또한, 본 연구에서 검토된 조건 이외 대상해역 내 통항선박에 대하여 어로작업 중인 선박과의 위험도, 양식장 설치 등을 추가적으로 평가한다면 향후 해상풍력발전단지 내 항로설정, 조업 형태 및 운영방안 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
격자형 항로형태는 교통량을 분산시킴으로써 전체해역에 대한 위험도는 낮으나, 대상해역 내 선박의 진입과 동시에 교차구간에서의 선박간의 충돌위험이 발생할 수 있기 때문이다. 향후 서남해 해상풍력발전단지 내 항로의 지정 및 계획에 있어 본 연구의 결과를 토대로 대상해역 내 어업활동으로 인한 교통량 증가를 고려한 다수의 항로확보와 교차구간을 최소로 하여 설계할 필요가 있다고 판단된다. 또한, 본 연구에서 검토된 조건 이외 대상해역 내 통항선박에 대하여 어로작업 중인 선박과의 위험도, 양식장 설치 등을 추가적으로 평가한다면 향후 해상풍력발전단지 내 항로설정, 조업 형태 및 운영방안 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
항로의 형태에 따른 해상교통위험을 분석하고 위험도를 정량적으로 평가한 본 연구의 결과는?
주요 평가결과는 다음과 같다. 현재의 교통량에서 십자형 항로와 격자형 항로를 운영할 경우 조선부담감(종합환경스트레스치가 750 이상)이 높은 구간은 발생하지 않았으며, 연간 충돌확률도 큰 차이가 발생하지 않았다. 그러나 통항량이 현재보다 3배, 5배, 10배 증가함에 따라 교차지점에서 조선부담감과 연간 충돌확률이 급격히 증가함을 확인하였으며, 이를 통해 격자형 항로에서 교통류 분리를 통해 위험도를 효과적으로 분산시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과는 서남해 해상풍력발전단지 내에서 항로설정, 항로운영방식, 안전대책 등에 활용이 가능할 것으로 기대된다.
ES 모델은 무엇인가?
또한, 동일한 시뮬레이션 조건을 기반으로 IWRAP(Peter Friis Hansen, 2008)을 프로그램을 이용하여 대상 해역에서의 충돌 확률을 분석하여 비교하였다. ES 모델은 운항 중 선박을 둘러싸고 있는 자연, 지형, 시설, 교통 조건등의 주변 환경으로부터 선박가 느끼는 조선부담감을 정량화한 모델이다. ES 모델은 선박 침로를 중심으로 ± 90도 범위를 탐색하여 본선 주변의 지형적인 제약 조건 및 타선의 분포 등을 감안하여 시간적 여유를 산출하며, 이 시간적 여유를 선박운항자가 느끼는 스트레스 치로 단계적으로 정량화한다.
국외의 몇몇 해상풍력발전단지들은 특정 선박의 통항을 허용하고 있는데, 그 예로는?
이러한 문제를 해결하기 위하여 관련 기관에서는 발전사업자와 해역 이용자가 서로 공존하고 협력할 수 있는 방안을 찾고 있다. 국외의 몇몇 해상풍력발전단지들은 특정 선박의 통항을 허용하고 있으며, 대표적으로 영국의 Greater Gabbard 해상풍력발전단지에서는 어선 및 소형선박(작업용, 레저 등)의 통항을 허용하고 있다. 이처럼 국내 해상풍력발전단지에서도 특정 선박에 대한 풍력단지 내 통항 허용과 어선의 어로작업이 가능한 방향으로 제도를 마련할 필요성이 대두되고 있다.
참고문헌 (9)
Inoue, K.(2000), Evaluation Method of Ship Handling Difficulty for Navigation in Restricted and Congested Waterways, The Royal Institude of Navigation, Vol. 53, No. 1, pp. 167-180.
Kim, K. S. and J. B. Oh(2018), Experts Survey of Technology level and Industry status of Korea Offshore Wind Power, Journal of Wind Energy, Vol. 9, No. 2, pp. 5-11.
MOF(2017), Ministry of Ocean and Fisheries, Port and Harbor Design Standards, p. 13.
Ohn, S. W., C. H. Lee and C. S. Kim(2018), A Study on the Establishment of Allowable Criteria for Sailing Ship at Offshore Wind Farms, Journal of the Korean Society of Maritime Environment & Safety, Vol. 24, No. 7, pp. 841-847.
Park, J. S., Y. S. Park and H. K. Lee(2017), Marine Traffic Engineering, pp. 81-86.
Park, Y. S., J. Y. Jeong and J. S. Park(2006), A Study on the Validity of Proper Maximum Navigation Speed in a Straight Waterway, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 12, No. 2, pp. 139-144.
Peter Friis Hansen(2008), IWRAP Mk II Basic Modelling Principles for Prediction of Collision and Grounding Frequencies, Technical University of Denmark.
Yang, H. S.(2014), Study on the Vessel Traffic Safety Assessment for Routeing Measures of Offshore Wind Farm, Journal of the Korean Society of Maritime Environment & Safety, Vol. 20, No. 2, pp. 186-192.
Yoo, S. R. and J. Y. Jeong(2017), A Study on Traffic Safety Assessment for Fishing Vessels Near the Southwest Sea Offshore Wind Farm, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 23, No. 3, pp. 231-241.
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