육상풍력 입지지도 I: 풍력자원 분류지도 개발 및 자원의 적합성 평가

김진영,황수진,임덕오,김현구 한국풍공학회 2021 한국풍공학회지 Vol.25 No.2

본 연구는 육상풍력 입지지도를 고도화하기 위하여 초고해상도 풍력이용률 자원지도와 풍력시장 경제성 모델을 활용하여 풍력자원 분류지도를 개발하였다. 풍력자원 분류는 경제성의 유무에 따라 적합성을 상, 하로 구분하되 적합성 상내에서도 우수지역을 추가 분류하여 우선 검토대상지역을 제시하였다. 국내 풍력입지를 분석한 결과, 전국의 25.1%는 경제성이 있었으며 이중에서 1.7%는 우수지역에 해당하였다. 풍력자원의 경제적 적합성 평가 결과는 이용률 지도의 정확도, 설비설치비용(Capital expenditure, CAPEX), 그리고 계통한계가격의 변동성에 따라 적합성 상 지역은 –7.6%p ~ 12.6%p(적합성 우수 지역은 –1.1%p ~ 2.7%p)까지 변화하였다. 풍력 자원은 보조금, 이용률에 가장 크게 영향을 받는 반면, CAPEX의 변화는 경제성 없는 지역이 경제성 있는 지역으로 바뀔 수 있는 확률이 크다는 것도 확인했다. In order to advance the onshore wind energy siting atlas, we developed the national wind resource classification map using ultra-high resolution wind resource maps and market economics models. The wind resource map was classified into fair and poor class suggesting presence or absence of economic feasibility, and good class in fair class was additionally recategorized with high priority areas. About 25.1% of the country had economic feasibility(fair class), of which 1.7% was superior to the result(good class). These amounts has been influenced by accuracy of capacity factor map as well as changes of Capital expenditure(CAPEX) and subsidy derived by system marginal prices up to -7.6%p ~ 12.6%p for fair class(-1.1%p ~ 2.7%p for good class). It had the greatest impacts on the subsidy change derived SMP and capacity factor than CAPEX. We also identified that with CAPEX affects on overcoming economic feasibility within limited capacity factor.

풍력자원평가용 윈드큐브 라이다와 메텍 소다의 비교·검증 - 김제평야 원격탐사 캠페인

김현구,조강표,안해준,전완호 한국풍공학회 2012 한국풍공학회지 Vol.16 No.1

The technical trend of wind resource measurement in Europe and North America is employing a ground-based remote sensing such as LIDAR or SODAR in addition to a meteorological tower to reduce measurement uncertainty. This paper presents uncertainty assessment of Leosphere WindCube LIDAR and Metek PCS.2000-64 SODAR through a mutual comparison from a field campaign at Gimje Plane. Compared with LIDAR, the data availability of SODAR decreased about 80% at 200m altitude which distort mean wind profile, but after filtering out missing data, mean wind speed profile of SODAR was well fitted to a logarithmic profile. The wind speed measurement of SODAR was fitted to a slope of 0.94 and R2 of 0.94 to the LIDAR measurement. The relative standard deviation of mean wind speed error and standard deviation of wind direction error were evaluated to be 14% and 25 degrees, respectively over the whole measurement heights. 유럽 및 미주의 풍력자원조사는 풍황탑에 라이다 및 소다와 같은 지상기반 원격탐사를 병행하여 측정불확도를 경감하는 방향으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 서해안 김제평야에서 원격탐사 캠페인을 수행하였으며, 풍력자원평가용 원격탐사장비인 윈드큐브 라이다와 메텍 PCS.2000-64 소다의 상호비교를 통하여 측정불확도를 평가하였다. 소다는 200m 높이에서 자료가용률이 80%로 저하되었으나 결손자료를 처리한 후 라이다와 동일한 로그법칙 풍속분포를 나타내었으며 두 측정장비 간의 평균풍속은 기울기 0.94, R2=0.94로 상관성이 높게 접합되었다. 그리고 풍속오차의 상대표준편차 및 풍향오차의 표준편차는 각각 14%와 25도로 전 측정높이에 대하여 균일하게 나타났다.

해안 라이다 측정자료를 이용한 고리원전 앞 해상 풍력자원평가

김현구,김하양,김석우 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.1

In order to develop an offshore wind farm by reusing the surplus grid connection capacity after the closure of the Gori Nuclear Power Plant, this paper proposes a method of assessing offshore wind resources with the short-term lidar measurement data obtained from the nearby onshore area. For this purpose, the correction of the lidar measurement error in complex terrain using computational fluid mechanics, the long-term correction using the third-generation reanalysis data, and the wake loss estimation using the wake models were analyzed. Since the lidar measurement was carried out on flat onshore terrain, the error correction was only 0.03 m/s in terms of wind speed MAE, but the final annual energy production showed a 10% difference compared to the uncalibrated results. In particular, it was assessed that the process of long-term correction and climatology transfer of onshore meteorological data to offshore was highly uncertain. If the wind turbines were far enough apart, the conventional wake models for inland wind farm predicted no wake loss, while the deep array wake models predicted a wake loss in the order of 6%. Therefore, it will be necessary to install an offshore meteorological tower and conduct long-term measurements in order to minimize uncertainty in offshore wind power projects. 고리 원자력발전소 1호기 폐쇄 후 잉여 계통접속 용량을 활용한 해상풍력단지를 개발함에 있어서, 본 논문은 해안 단기간 라이다 측정자료를 이용한 해상 풍력자원평가 방법을 제시하였다. 이를 위해 전산유체역학을 이용한 복잡지형에서의 라이다 측정오차보정, 제3세대 재해석자료를 이용한 장기간 보정, 그리고 후류모델에 따른 발전량 예측오차를 분석하였다. 해안 평탄지형에서 라이다측정이 수행되었기 때문에 복잡지형 보정오차는 풍속 MAE로 0.03m/s에 불과하였으나 최종 연간에너지생산량은 미보정시에 비해 10% 의 차이가 발생하였다. 특히 장기간 보정과 해안 기상자료를 해상 기상자료로 전달하는 과정의 불확도가 큰 것으로 평가되었다. 풍력터빈 이격거리가 충분할 경우 기존 육상풍력용 후류모델은 후류손실이 없다고 예측한 반면 심층배열 후류모델은 6%의 후류손실을 예측하였다. 정리하자면 해상풍력사업의 불확도 최소화를 위해서는 해상기상탑을 설치하고 장기간 측정을 수행하는 것이 필수적임을 재확인하였다.

울릉도 풍력자원평가를 위한 지상관측자료 평가

김현구,강용혁,윤창열,김건훈 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.1

Since Ulleungdo, which is a steep complex terrain island, has very strong local wind characteristics, the validity of surface observation data should be evaluated first when applying surface observation data to wind resource assessment. In this paper, the local meteorological representations of surface observation data were evaluated by analyzing the correlation between the reanalysis data or the mesoscale numerical weather prediction results as synoptic meteorological input data versus the surface observation data in Ulleungdo. We also estimated how consistent the predicted results of the synoptic meteorological data are with the surface observation data when computational flow analysis is performed to account precisely for flow deformation caused by the topography. The prediction error of micrositing is confirmed to increase as the terrain becomes complex, which is expressed as terrain complexity indices. The surface observation data of Ulleungdo showed strong local wind characteristics, except the data of Hyunpori where a highrise meteorological tower was erected. Since computational fluid dynamics would not simulate the wind system effect even if the terrain complexity is accurately considered, the uncertainty of wind resource assessment relying on surface observation data is deemed considerably large. Therefore, installing a high-rise meteorological tower in the candidate wind farm site is inevitable in accordance with the IEC 61400-12 guideline. 급경사 복잡지형 산체인 울릉도는 국지기상 특성이 매우 강하기 때문에 풍력자원평가에 사용되는 지상관측자료를 선택할 때먼저 그 유효성을 평가하여야 한다. 본 논문에서는 종관기상자료인 재해석자료 또는 중규모 수치기상예측 자료와 지상관측자료의 상관성 분석을 통하여 지상관측자료의 국지기상 대표성을 평가하였다. 또한 지형에 의한 유동장 변형을 정확하게 고려하기 위하여 전산유동해석을 할 경우에, 종관기상자료를 축소화한 예측결과가 얼마나 지상관측자료와 일치하는지도 평가하였다. 이때 지형복잡지수를이용하여 지형이 복잡해질수록 국소배치의 예측오차도 증가함을 확인하였다. 울릉도의 지상관측자료는 현포리의 고공 기상탑 측정자료를 제외하고는 모두 국지기상 특성이 강하게 나타났으며, 전산유동해석으로 지형효과를 반영하더라도 풍계효과는 반영하지 못함에따라 지상관측자료에 의존한 풍력자원평가에 불확도가 상당히 클 것으로 판단된다. 따라서 풍력발전 후보지에서 반드시 고공 기상탑을 설치하고 IEC 61400-12를 준용한 측정을 수행하여야 할 것으로 사료된다.

풍력단지 운영자료와 재해석자료를 이용한 신안군 비금도 장기간 풍력자원평가

김현구,강용혁,윤창열,장문석 한국풍공학회 2013 한국풍공학회지 Vol.17 No.4

Long-term wind resource assessment has been carried out for Shinan-gun Bigeum-do where an offshore wind project is planning in succession of the onshore wind farm development. SCADA data of the Shinan Wind Power Plant and LIDAR measurements were selected as trustful wind resource datasets representing the local climatology by correlation analysis. Long-term correction has been carried out by the matrix time-series MCP taking MERRA reanalysis data as a reference dataset. The 34-year wind index was calculated from the long-term correction data sop that the variability of wind speed and wind power generation were evaluated as 2.0% and 5.4%, respectively, and its uncertainty were 1.2% and 2.8%, respectively. It is noticeable that wind index increased since 2010 comparing with long-term average for 34 years possibly due to an enforcement of La Niña effect. 해안 풍력단지 개발에 이어 해상 풍력단지 개발이 추진되고 있는 전라남도 신안군 비금도에 대한 장기간 풍력자원평가를 수행하였다. 해당 권역의 측정자료에 대한 상관분석을 통하여 신안풍력발전소 SCADA 자료와 LIDAR 측정자료를 유의한 풍력자원 측정자료로 선정하였으며, MERRA 재해석자료를 참조자료로 선택하여 Matrix Time Series MCP로 장기보정하였다. 장기보정 자료로부터 34년간의 바람인덱스를 산정하였는데 풍속과 풍력발전량의 변동률은 각각 2.0%, 5.4%이며 그 불확도는 각각 1.2%, 2.8%로 산정되었다. 특히 2010년부터 라니냐의 영향이 증대되며 바람인덱스가 평년 대비 높은 수준을 보이고 있음을 확인하였다.

육·해상 풍력자원평가를 위한 ERA-Interim 재해석 데이터의 적용

변종기(Byun Jong-Ki),고경남(Ko Kyung-Nam) 한국태양에너지학회 2017 한국태양에너지학회 논문집 Vol.37 No.2

The investigation on reliability of ERA-Interim reanalysis wind data was conducted using wind data from the five met masts measured at inland and coastal areas, Jeju island. Shinchang, Handong, Udo, Susan and Cheongsoo sites were chosen for the met mast location. ERA-Interim reanalysis data at onshore and offshore twenty points over Jeju Island were analyzed for creating Wind Statistics using WindPRO software. Reliability of ERA-Interim reanalysis wind data was assessed by comparing the statistics from the met mast wind data with those predicted at the interest point using the Wind Statistics. The relative errors were calculated for annual average wind speed and annual energy production. In addition, the trend of the error was analyzed with distance from met mast. As a result, ERA-Interim reanalysis wind data was more suitable for offshore wind resource assessment than onshore.

풍력발전단지 조성 및 운영 사레 연구

변효인(Byun, Hyo-In),조주석(Cho, Joo-Suk),류지윤(Ryu, Ji-Yoon),김두훈(Kim, Doo-Hoon) 한국신재생에너지학회 2006 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2006 No.06

2005년 말 현재, 국내의 상업운전 중인 풍력발전기는 93.5MW(KPX 2005)에 불과하여 민간의 풍력에너지 개발 참여를 위한 사업타당성 조사에서 상업운전에 이르는 풍력발전단지 개발절차에 대한 사례 연구가 미비하다. 최근 신재생에너지 보급을 위한 정부의 강력한 의지와 맞물려 민간의 대규모 풍력발전단지 개발 계획이 속속 진행되고 있는 여건에서, 국내 최초의 대단위 상업용 풍력발전단지인 영덕풍력발전의 개발 및 운영사례를 통해 국내 풍력발전단지 개발 시 고려사항과 발생 가능한 문제점 및 해결방안을 제시한다.

풍력자원 계측자료 분석용 상용 소프트웨어 비교분석

김현구(Kim, Hyun-Goo) 한국신재생에너지학회 2010 신재생에너지 Vol.6 No.2

This paper reviews three commercial softwares for wind climate data analysis in wind resource assessment; WAsP/Observed Wind Climate, WindRose and Windographer. Windographer is evaluated as the best software because of its variety of input data format, analysis functions, easiness of user interface, etc. For a quantitative understanding of uncertainty depending on software selection, a benchmark is carried out with the met-mast observation dataset at the Gimnyeong Wind Turbine Performance Test Site. It is found that Weibull parameter calculation and air density correction have a dependency on the software so that such uncertainty should be considered when an analysis software is selected. It is confirmed that annual energy production calculated by WAsP using a statistical table of frequency of occurrence may have some error compared to a time-series calculation method used by the other softwares.

국내 해역의 해상풍력 가능자원 평가 및 예비부지 선정

김지영(Kim, Ji-Young),강금석(Kang, Keum-Seok),오기용(Oh, Ki-Yong),이준신(Lee, Jun-Shin),유무성(Ryu, Moo-Sung) 한국신재생에너지학회 2009 신재생에너지 Vol.5 No.2

Recently, developing the offshore wind farm in Korean peninsula is widely understood as essential to achieve the national target for the renewable energy. As part of national plan, KEPRI (Korea electric power research institute) is performing the front running project for the offshore wind farm development that is dedicated to investigate the possible resources based on the economy considering current technological status. It also includes the selection of the first sea area among candidates and optimal design of the offshore wind farm, etc. In this paper the interim results of the project are summarized that the possible capacity for the offshore wind farm can be estimated conservatively around 18 GW regarding the wind power class, sea depth and social constraint. The five western sea areas near Taean, Gunsan, Gochang, Yeonggwang, Sinan were chosen for the candidating sites. Detailed analysis for these sites will be conducted to finalize the first-going offshore wind farm in Korea.

풍력자원평가용 윈드큐브 라이다와 씬텍 소다의 비교.검증 - 잠실 원격탐사 캠페인

김현구(Kim, Hyun-Goo),김동혁(Kim, Dong-Hyuk),전완호(Jeon, Wan-Ho),최현정(Choi, Hyun-Jeong) 한국신재생에너지학회 2011 신재생에너지 Vol.7 No.2

The only practical way to measure wind resource at high-altitude over 100 m above ground for a feasibility study on a high-rise building integrated wind turbine might be ground-based remote sensing. The remote-sensing campaign was performed at a 145 m-building roof in Jamsil where is a center of metropolitan city Seoul. The campaign aimed uncertainty assessment of Leosphere WindCube LIDAR and Scintec MPAS SODAR through a mutual comparison. Compared with LIDAR, the data availability of SODAR was about 2/3 at 550 m altitude while both showed over 90% under 400 m, and it is shown that the data availability decrease may bring a distortion of statistical analysis. The wind speed measurement of SODAR was fitted to a slope of 0.92 and R² of 0.90 to the LIDAR measurement. The relative standard deviation of wind speed difference and standard deviation of wind direction difference were evaluated to be 30% and 20 degrees, respectively over the whole measurement heights.