복합 재해를 고려한 해상 풍력발전 손실 정량화 프레임워크 = Multi-Hazard Loss Quantification Framework for Offshore Wind Farms

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 복합 재해에 대한 해상 풍력발전단지의 손실을 정량화 하는 확률론적 프레임워크를 제안한다. 앞서 진행되어온 선행연구들은 단순히 해상 풍력발전단지에서의 풍력발전기나 변전소에 대해서 각각의 재해에 대한 취약도 곡선 도출 및 시나리오 기반의 전력 손실이나 실제 운영자료를 기반으로 하는 통계적인 데이터를 통해 수리 비용을 산출하는 연구가 되어왔다. 하지만 복합 재해에 의한 손상 및 발전단지에 생성된 발전량 손실을 정량화 하여 평가하는 연구는 충분히 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 통합적인 손실 정량화 프레임워크를 제시하고자 한다. 순서는 다음과 같다, 첫 번째로, 해상 풍력발전 요소에 영향을 주는 주요 재해를 선정하고 관련 데이터셋을 구축한다. 두 번째로, 구축된 데이터와 물리적 모델 기반의 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 해상 풍력발전단지 설계수명 동안의 무작위 재해 시나리오를 생성한다. 세 번째로는, 해상 풍력발전단지 성능 손실을 추정하기 위해 블레이드, 타워, 육상 변전소 변압기 등 풍력발전단지 구성 요소의 취약도 곡선을 적용하여 재해 강도에 따른 손상을 판단한다. 네 번째로, 손상에 따른 직접 수리 비용과 복구 기간 내 발전량 감소율을 도출하여 손실에 대하여 정량화 한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 배 경 이 론 및 자 료 6
• 2.1 태풍 모델 6
• 2.1.1 바람장 모델 7
• 2.1.2 형상 파라미터 8
• 2.1.3 코리올리 파라미터 10
• 2.1.4 기타 파라미터 10
• 2.1.5 해수면 풍속 11
• 2.1.6 풍속의 고도별 변화 11
• 2.1.7 태풍 자료 13
• 2.2 홍수 모델 14
• 2.2.1 강우량 자료 15
• 2.3 취약도 곡선 16
• 2.4 몬테카를로 시뮬레이션 18
• 제 3 장 손실 정량화 프레임워크 20
• 3.1 시스템 프레임워크 20
• 3.2 재해 시나리오 생성 23
• 3.2.1 태풍 시나리오 생성 23
• 3.2.2 홍수 시나리오 생성 24
• 3.3 손상 평가 24
• 3.3.1 태풍에 의한 손상 평가 25
• 3.3.2 홍수에 의한 손상 평가 26
• 3.4 손실 산정 27
• 3.4.1 수리비용 손실 27
• 3.4.2 발전량 감소 손실 28
• 제 4 장 수치해석 예제 30
• 4.1 입력 파라미터 30
• 4.2 입력 자료 분석 33
• 4.2.1 태풍 데이터 특성 33
• 4.2.2 기후변화에 따른 태풍 강도 36
• 4.2.3 홍수 데이터 특성 38
• 4.2.4 기후변화에 따른 홍수 강도 40
• 4.3 취약도 곡선 42
• 4.4 손실 해석 결과 44
• 4.4.1 단일 시뮬레이션 예시 44
• 4.4.2 재해별 발전량 감소율 45
• 4.4.3 재해별 수리비용 50
• 제 5 장 결론 54
• [참고 문헌] 56