해상풍력발전 전망 및 기초기술동향(51)

해상풍력발전해상풍력발전 전망전망 및및 기초기술동향기초기술동향

2009. 12.11

기술본부/ 지반팀/해상풍력TFT신 윤 섭

2009 연지회 학술포럼

1/50

목 차

I. 해상풍력발전 소개 및 전망

1. 풍력발전기 개요

2. 풍력발전 정책동향

3. 해상풍력발전 해외사례

4. 국내 해상풍력 전망

1. 해상풍력발전 요소기술 소개

2. 해상풍력 기초 개요

3. 해상풍력 기초 설계

4. 해상풍력 기초 시공

5. GS건설 향후 연구 계획

II. 해상풍력발전 기초기술 동향

2/50

목 차

1. 풍력발전기 개요

2. 풍력발전 정책동향


4. 국내 해상풍력 시장 전망

I. 해상풍력발전 소개 및 전망

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Ø 풍력발전은 공기의 유동이 가진 운동에너지를 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 전기에너지를 발생시키고 이러한유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 청정 발전 기술임.

Ø 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 또는 수직형으로 분류되며, 운전시스템을 제어하는 방식에 따라능동 제어형과 수동 제어형으로 나눔.

풍력발전 정의 및 구조풍력발전 정의 및 구조

uuoo

바람의운동에너지

바람의운동에너지

풍차날개(Blade)

풍차날개(Blade)

동력전달장치(Gearbox)

동력전달장치(Gearbox)

발전기(Generator)

발전기(Generator)

Blades

변전소/소비자(전기에너지)

변전소/소비자(전기에너지)

1. 풍력발전 개요

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발전기

사무실

날개

타워

발전기기초

제어기

원격제어계통

변전소

풍력발전 계통구성수평형 풍력발전기 수직형 풍력발전기


Ø 풍력발전기 종류는 설치위치의 바람조건, 지형조건, 에너지 공급요구량 등을 고려하여 적정한 발전기 종류를 선정하며

발전방식 및 모양에 따라 수평형 풍력발전기와 수직형 풍력발전기로 구분할 수 있음.

종류 및 계통구성종류 및 계통구성

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육상 풍력On Shore육상 풍력On Shore

해상풍력Off Shore해상풍력

Off Shore소형풍력

(건물일체형)소형풍력

(건물일체형)


Ø 풍력발전은 크게 육상풍력발전 및 해상풍력발전으로 구분할 수 있으며, 현재 육상풍력서 해상 풍력으로, 소형 풍력에서대형풍력 발전하고 있는 단계임.

설치위치별 종류설치위치별 종류

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국내 신.재생에너지 공급비중국내 신.재생에너지 공급비중

16%

10%

2.4%2.4%

한국

3.2

일본

14.6

덴마크

6.3

프랑스

4.8

미국

6.1

독일

77.0

13.9%

6.6%

1.4%기타0.3%

국내외 신.재생에너지 공급율(1차에너지 기준)국내외 신.재생에너지 공급율(1차에너지 기준)

자료: IEA 2007년 자료활용,한국은 2007년 기준(국제 기준은 0.5%)

발전원별 신. 재생에너지 공급비중(발전분야)발전원별 신. 재생에너지 공급비중(발전분야)

자료: KEPCO, 2008.6.30일기준

73 MW(3.5%)

1,528 MW(73.5%)

194 MW(9.3%)

159 MW(7.7%)

83 MW(4.0%)

30 MW(1.5%)

0.6 MW(0.03%)8 MW(0.4%)연료전지

소수력

풍 력

태양광

매립가스

부생가스

폐기물소각

일반수력l 2008년 6월 현재 신.재생에너지 발전설비현황 : 총 2,076 MW (풍력 – 194MW,9.3%)(총 발전설비 – 70,353 MW)

l 국내는 수력 및 폐기물 부분에 편중(약 90% 차지)

73.6%

2. 풍력발전관련 정책동향

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Ø 2004년 신재생에너지 원년선포하고 2030년까지 신재생에너지 비율 11% 달성 목표 수립(2008.8)Ø 2008년 12월 신재생에너지 3차 기본계획 수립, 2009년 8월 중장기 Action plan 수립

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l 신재생에너지 보급목표(11%) 및 RPS 기준 목표 도달

§ 2010년 이후 : 매년 400MW 건설 (1.2조)§ 2012년 이후 : 매년 800MW 건설 (2.4조)§ 2020년 이후 : 매년 3GW 건설 (9.0조)

l 신재생에너지 보급목표(11%) 및 RPS 기준 목표 도달

§ 2010년 이후 : 매년 400MW 건설 (1.2조)§ 2012년 이후 : 매년 800MW 건설 (2.4조)§ 2020년 이후 : 매년 3GW 건설 (9.0조)

Foreign Investment Forum 2009, KotraForeign Investment Forum 2009, Kotra

인천대교 공사비 약 2.0조

- 7.3GW(21.9조, 2030년)- 인천대교 약 10개 이상

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주요 해상풍력발전 단지 (2008년 기준)주요 해상풍력발전 단지 (2008년 기준)

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해상풍력발전단지운영

개시

터빈용량

(MW)총용량

(MW)총투자비

(€million)단위투자비

(€million/MW)연간

가동시간

발전단가

(€/MWh)전력가격*(€/MWh)

Horns Rev I (DK) 2002 2 160 272 1.7 4200 6266.9~79.5

Nysted (DK) 2004 2.3 165 248 1.5 3700 61

Scroby Sands (UK) 2004 2 60 121 2.0 3500 78134.9

Burbo Bank (UK) 2007 3.6 90 181 2.0 3550 74

Lillgrund (S) 2007 2.3 110 197 1.8 3000 78 61.9

공사비 항목 평균비율 %)

터빈 공사 (시공비 포함) 49

변압기 및 육상연결 케이블 공사 16

발전단지 내부연결 케이블 공사 5

기초 공사 21

설계 및 PM 6

환경영향평가 및 분석 3

기타 비용 <1

총 사업비 100

* KPMG Survey 2007 – Offshore wind farms in Europe

Denmark39%

UnitedKingdom

37%

Ireland2%

Netherlands10%

Sweden12%

409 MW404 MW

133 MW25 MW

108 MW

유럽 해상풍력발전사업 분포 (2007년)

덴마크에서 시작된 해상풍력발전사업은 현재 영국에서 가장 활발하고, 단위투자비는 2.0 €million/MW, 발전

단가는 74~78 €/MWh, 전력가격은 시장가격에 추가로 60 €/MWh의 프리미엄이 형성되어 있음.

2. 해상풍력 시장 및 정책동향 1) 유럽 풍력발전 현황 1/23. 해상풍력발전 해외사례

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- Horns Rev Wind Farm은 북해(North Sea)에 건설된 최초의 해상풍력단지로서, 1997년 조성된 Danish Offshore Action Plan에 의해 지정된 5개 시범 프로젝트 중 하나로 타당성 조사 후 실행됨.

< Horns Rev 해상풍력단지의 전경 >

< Horns Rev 해상풍력단지의 위치도 >

1) Horns Rev (Denmark) 1/24. 해상풍력주요프로젝트3. 해상풍력발전 해외사례

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Horns Rev (덴마크) 프로젝트 개요

프로젝트명 Horns Rev

국가 덴마크

투자자 Eltra (Danish transmission system operator, 전력송달시스템운영회사)Elsam (Denmark’s largest heat and power producer, 열생산/발전회사)

개발자 Elsam(wind farm, foundations, internal cabling)Eltra(offshore transformer substation, sub-marine cable to land, onshore cable to general transmission grid)

운영자 Elsam

위치 덴마크 서부해안의 Esbjerg 항 인근의 Horns Rev 암초 남쪽 해상

면적 20 km² (4 x 5 km)

수심 6 – 14 m

해안으로부터의거리

가장 북동쪽에 위치한 터빈이 덴마크 서해안의Blåvands Huk로부터 약 14km 떨어진 거리에 위치하고 있고, 터빈들은 8개씩 10줄로 배치되어 있음.

운영자 사이트 Elsam http://www.elsam.com

Horns Rev (덴마크) 기술 자료

터빈 종류 Vestas V80 – 2 MW

터빈 개수 80

풍력단지용량 160 MW

연간예상전력 600 GWh/a

회전자(rotor) 지름 80 m

허브 높이 60 m

회전날개 중량 6.5 t

엔진 중량 79 t

타워 중량 160 t

기초 중량 180-230 t

터빈 총중량 439-489 t

Cut-in 풍속 4 m/s

최대출력풍속 13 m/s

Cut-out 풍속 25 m/s

62m 높이에서의 평균풍속

9.7 m/s

터빈 간격 560 m

프로젝트 사업비 2억7800만 EUR (약 4900억원*)

프로젝트 개요 기술 자료

* 1 EUR = 1,768원 기준

4. 해상풍력주요프로젝트 1) Horns Rev (Denmark) 2/23. 해상풍력발전 해외사례

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- Lillgrund는 스웨덴 최대의 해상풍력단지로서 세계최대수준의 규모이며 2008년부터 공식 운전을 개시함.

< Lillgrude 해상풍력단지의 위치 및 전경 >

Sweden

Denmark

4. 해상풍력주요프로젝트 2) Lillgrund (Sweden) 1/23. 해상풍력발전 해외사례

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프로젝트 개요

프로젝트명 Lillgrund

국가/지역 스웨덴, Öresund Sound near Malmö, off Sweden’s south coast

투자자 Vattenfall

총사업비 SEK 1.8 billion

위치 10 km off the coast of southern Sweden

면적 6,800 m2

수심 4 – 8 m

해안 이격거리 10 km

운영자 사이트 www.vattenfall.com

기술 자료

터빈 종류 Siemens 2.3 MW

터빈 개수 48

풍력단지용량 110 MW

연간예상전력 330 GWh/a (60,000 가구 공급량)

타워 높이(날개 포함) 115 m

회전자(rotor) 지름 93 m

회전속도 6 – 16 rpm

Cut-in, out 풍속 3 – 25 m/s

평균 풍속 65미터 높이에서 8.5 m/s

Rotor 중량 60 t

Nacelle 중량 80 t

Tower 중량 120 t

프로젝트 사업비 SEK 1.8 billion (약 2890억원*)

프로젝트 개요 기술 자료

* 1 SEK = 289원 기준

4. 해상풍력주요프로젝트 2) Lillgrund (Sweden) 2/23. 해상풍력발전 해외사례

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4. 국내해상풍력 전망

Ø 국내에는 현재 육상 풍력발전단지가 다수 운영 중에 있으며, 향후 해상풍력발전 단지가 발주 예정임.Ø 현재 한전을 중심으로 100MW급 해상풍력 실증단지가 설계 중에 있으며, 해상 기상탑 공사가 조만간 진행되고 있음.

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Scenario ⅠScenario Ⅰ Scenario ⅡScenario Ⅱ Scenario ⅢScenario Ⅲ

HighMediumLow

HighMediumLow

HighMediumLow

l Development potential§ Scenario I : 7% 3.4GW§ Scenario II : 5% 2.2GW§ Scenario III : 23% of the territorial waters 48.7GW for high priority area

l Development potential§ Scenario I : 7% 3.4GW§ Scenario II : 5% 2.2GW§ Scenario III : 23% of the territorial waters 48.7GW for high priority area

l Scenario based on technology development stage of offshore wind turbine§ Scenario I : Present, Geographic factors are dominant constraints§ Scenario II : Near future, Intermediate stage passing to remote offshore wind farm§ Scenario III : Far future, Floating wind turbine, Relatively free from offshore distance

l Scenario based on technology development stage of offshore wind turbine§ Scenario I : Present, Geographic factors are dominant constraints§ Scenario II : Near future, Intermediate stage passing to remote offshore wind farm§ Scenario III : Far future, Floating wind turbine, Relatively free from offshore distance

4. 국내해상풍력 전망

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목 차



3. 해상풍력 기초 설계

4. 해상풍력 기초 시공

5. GS건설 향후 연구계획

II. 해상풍력발전 기초기술 동향

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1. 해상풍력발전개요 1) 개념도

육상변전소

계통연계

해저케이블설치

터빈과블레이드

해상기초

타워

해상풍력단지

해상풍력발전은 해저지반의 기초 위에 풍력발전기를 설치하여 해상에서 부는 안정된 바람을 통해 생산된

전력을 해저케이블을 통해 육상의 변전소를 통해 계통에 연계하거나 수요자에 직접 공급하는 사업임.


19/50

1. 해상풍력발전개요 2) 해상풍력 발전단지 시공단계

기초 설치를 위한 해저지반조사를 수행하고, 적합한 형태의 기초를 선정/시공한 다음, 타워, 터빈 및 블레이드

설치하고 최종적으로 터빈간 연결 및 육상으로의 전력케이블 연결이 끝나면 단지가 완성됨.

Horns Rev (Denmark)- 규모: 160 MW (2MW x 80)- 투자비: 272 €million

(1.7 €million/MW)- 수심: 6-14 m- 해안까지 거리: 14 km- 터빈직경: 80 m- 타워높이: 60 m

지질 및 지형 조사 기초 부재제작 타워 시공

풍력발전단지 완공 해저 케이블 시공 터빈시공

파일기초 해상시공

해상변압기 시공

Lillgrund (Sweden)- 규모: 110 MW (2.3MW x 48)- 투자비: 197 €million

(1.8 €million/MW)- 수심: 3-6 m- 해안까지 거리: 10 km- 터빈직경: 93 m- 타워높이: 70 m


20/50

§해상풍력단지를구성하기위한필요기술로는크게부지평가및계획기술, 터빈제작및시공기술, 유지관리기술및계통연계기술로구분할수있음.

I. 해상풍력 기술 분석

부지평가 및 계획기술부지평가 및 계획기술 터빈 제작 및 시공기술터빈 제작 및 시공기술

계통연계 기술계통연계 기술유지관리 기술유지관리 기술

• 경량화, 고효율화 Blade Nacelle 등 제품 기술

• 최적단면 설계 및장기거동에 대한 안전 검토기술

• 기초 거동분석 기술 및지지력 평가기술

• 해상풍력단지 전력계통연결 및 상변전소까지전력선 연계 기술

• 전력선 및 전력선망 설계및 시공, 풍력 단지 내변전소 설계기술, 육상송전 및 배전기술

• 풍력 가동율 및 전력생산량향상을 위한 시스템 운영 기술

• 원격모니터링 기술, 발전량측정 및 풍량 예보 모델개발기술

• 운전특성 및 고장특성 분석 및유지관리기술

• 풍량 및 풍속 변화에 대한상세 풍지도 제작 기술

• 환경 영향 평가 기술

• 음향탐사, 탄성파 탐사 이용해저 지형조건 파악 기술

1) 해상풍력 기술 구성1. 해상풍력발전 요소기술 소개

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풍량 및 풍속 평가풍량 및 풍속 평가 지형조건 평가지형조건 평가

발전설비 및 사업 인허가발전설비 및 사업 인허가환경요소 평가환경요소 평가

• 음향탐사 및 탄성파탐사기법을 이용하여해저지반 지형조건 평가

•조사장비 대형화 및 무인자동화에 따른 조사성과에대한 분석기술 필요

• 발전사업, 전원사업 및에너지개발사업에 대한 승인및 허가절차 필요

• 해상시공 시 선박 및항공장애에 따른 안전운항과관련한 허가절차 필요

• 지역별로 발생하는풍량 및 풍속의 변화에대한 상세한 풍량 지도를작성하는 기술

• 연간 지역별, 높이별풍량 및 풍속을 평가한데이터를 체계적 관리

• 최근 환경에 대한중요성 강조, 각종환경양향평가 필요

• 지역별 철새, 해상양식장, 주요갯벌 등보호조류 및 보호지역장기적, 체계적 조사

I. 해상풍력 기술 분석 2) 세부 기술 요소

-부지평가및계획기술은해상풍력발전을위한최적위치를선정하여시공성및경제성을확보하고발전효율을극대화하기위한기술임.


① 부지평가 및 계획기술① 부지평가 및 계획기술

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Turbine 제작 및 시공기술Turbine 제작 및 시공기술 Tower 제작 및 시공기술Tower 제작 및 시공기술

Grid Integration 구축기술Grid Integration 구축기술기초시공기술기초시공기술

• 발전기 대형화 Tower 대구경화 및 재료 복합

• 최적단면에 대한피로해석, 좌굴해석, 장기거동에 대한 안전성검토 기술

• 전력생산 방식 및위험도 분석 통한 손실율최소화 설계

• 전력 손실 최소화를위한 전력계통배열 및해저 시공 전용 장비

• 점차 소형화, 경량화, 고효율화 Blade, Nacelle 등 주요 제품파악

•적합한 제품 선정 및해상 공기를 최소화시공장비 및 시공방법

• 천해해상 말뚝(M,G) 및심해해상 말뚝에 대한 거동연구

• 기초지지력 평가기술, 기초 거동분석 기술 및지지력 평가기술 확보

I. 해상풍력 기술 분석 2) 세부 기술 요소1. 해상풍력발전 요소기술 소개

② 터빈 제작 및 시공기술② 터빈 제작 및 시공기술

- 터빈 제작 및 시공기술은 해상풍력발전 단지 조성을 위한 제품제작 및 해상시공기술을 확보하여 최적의 공사를 수행하기

위한 기술임.

23/50

시스템 모니터링 기술시스템 모니터링 기술 유지보수 기술유지보수 기술

• 정기검사, 문제해결 및 장비교체

• 터빈 접근/작업을 위한 특수장비

• 원격모니터링 기술 (*SCADA 시스템)

• 발전량 측정 및 풍량 예보 기술

• 운전특성 및 고장특성 분석기술

<원격감시시스템 SCADA> <선박 및 헬기를 이용한 유지보수>


- 유지관리기술은 해상풍력단지 건설 후 발전량 측정 및 예측 작업을 시스템화 하는 기술이며, 내부 또는

외부적인 원인에 의한 오작동과 장비 고장 및 노후 교체 등에 해당하는 기술임.

* SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) : 감시제어 및 데이터 취득


③ 유지관리 기술③ 유지관리 기술

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해상풍력단지 계통연계해상풍력단지 계통연계 육상 전력망 계통연계육상 전력망 계통연계

• 해저 전력선 설계 및 시공

• 변압 및 송전기술 (*HVAC, *HVDC)

• 전력선 및 전력선망 설계 및 시공

• 풍력 단지내 변전소 설계 및 시공

<육상 변전소로의 전력계통연계><풍력단지내의 전력계통연계> <해저 전력선 시공>


- 계통연계기술은 해상풍력단지 내의 전력계통 연결 및 육상 변전소까지의 전력선 연계 기술로 기존 전력

망과의 안정적인 연계기술 및 원활한 전력공급을 위한 기술임.

* HVDC (High Voltage Direct Current) : 고압직류

* HVAC (High Voltage Alternating Current) : 고압교류


④ 계통연계기술④ 계통연계기술

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<Gravity based foundation>

§ 해상풍력기초로 가장 많이 시공되는 기초형식은 Monopile이며, 수심이 깊어질수록 Tripod pile, Jacket pile,Suction pile 등을 적용할 수 있고, 현재 부유식 해상풍력 구조물도 시험 시공 중임.(Hywind project)

<Suction pile>

<Mono pile>

<Jacket Pile>

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3) 해상풍력 사업특성1. 해상풍력발전개요

해상풍력기초시공

1) 해상풍력 기초시공

2) 시장 동향

• 해상풍력의 경우 건설비 비중 49%

• 건설비 중 기초시공비 19% (19억/1기)

(육상 풍력발전기의 경우 6%)

• 시공비 절감 위해 기초공법 효율화 필요

• 근해에서 원해로 진출 경향

• 규모 점차 대형화 경향

• 향후 부유식 해상 풍력 발전기 개발에 따른

적정 기초공법 개발 필요

• 국내시장

- 2010년 : 근해 해상풍력 (중력식, Mono pile) 적용

- 2020년 : 원해 해상풍력 (Suction, Tripod, 부유식) 적용예상

Turbine, 51%

SupportingStructure, 19%

OffshoreElectrical

System, 9%

Installation,15%

ConstructionManagement,

4%

Insurance, 2%

* 해상 풍력발전 공비 비율

* 육상 풍력발전 공비 비율


§ 육상풍력은 발전기 터빈이 사업비의 대부분을 차지하지만, 해상풍력은 터빈의 비중이 상대적으로 낮고 해상기초,타워 및 케이블 시공 등의 건설사 참여 비중이 높기 때문에 사업 매력도가 큼.

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(1) 개 요

- 가장 일반적으로 사용, 국내외적으로 상용화

- 타기초 형식에 비하여 경제적인 공법

(2) Mono Pile 설계 및 시공

- 적용 수심 : 수심 25m까지 가능

- 시공방법

· 강관말뚝 직경(4.5~5.0m), 항타 및 굴착 시공 가능

- 특징

· 해저지반 정리할 필요 없이 시공 가능

· 제작이 상대적으로 간단함

· 호박돌 분포시 항타 불능, 설치를 위한 특수장비 필요▶ Blyth & Barrow 풍력 발전기

Mono pile14-17mDenmark2002160 MWHorns Rev ITech-Wise/ Eltra

Mono pile20-25mUK2010300MWThanet Offshore

WindThanet Offshore Wind Ltd.

Mono pile5-12mUK200360MWNorth HoyleVestas Celtic Ltd.

Mono pile10mUK2008250MWLynn&Inner Dowsing

Centrica Renewable Energy

Mono pile15mUK200690 MWBarrowVestas/KBR

FoundationWater depthNationInstallat

ionCapacityProjectCompany


Mono pileMono pile

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(1) 개 요

- 수심이 다소 깊은 곳에 적용 가능

- Jacket 구조물 다양한 기초 형상 가능

(2) Tripod Pile (Jacket) 설계 및 시공

- 적용 수심 : 수심 30m 이상 가능

- 시공방법

· 강관말뚝 직경(2.0~3.0m), 항타 후 콘크리트 충진

- 특징

· 큰 용량의 터빈 사용 가능

· 제작 및 설치비 상대적 고가· 호박돌 분포시 항타 불능· 브레이스 부재로 선박 접근 용이치 않음

▶ Bard engineering GmbH (German)

Tripod Pile (Jacket)30mGerman-3-5 MW-WeserWind Gmbh

Tripod Pile (Jacket)Denmark---Ramboll

Tripod Pile (Jacket) 40mUK200710MWBeatriceTalisman energy/ REpower

FoundationWater depth

NationInstallationCapacityProjectCompany


Tripod pileTripod pile

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(1) 개 요

- 낮은 수심에 콘크리트 중량을 이용한 기초 형식

- Block기초, Cassion기초 형태 가능

- 재료는 Steel과 콘크리트 재료 사용

(2) GBF (중력식 기초) 설계 및 시공

- 적용 수심 : 수심 10m 내외 가능

- 시공방법

· 콘크리트 및 강재 적용 (하부기초 직경 15.0m, 높이

16.3m), 강재 설치 후 콘크리트 충진 가능

- 특징

· 수심 얕고 해저면 단단한 지반

· 해저지반 정리 필요, 세굴보호공 반드시 필요

· 토사 이동 많은 지역 사용 어려움 ▶ Tuno Knob & Middelgrunden 중력식 기초

Gravity foundation-Denmark---NIRAS

Gravity foundation2.5-9mSweden2007110MWLillegrundVattenfall

Gravity foundation6-10mDenmark2003165MWNystedSEAS/COWI

Gravity foundation5-10mDenmark200140MWMiddelgrundenSEAS/Bonus Energy




Gravity Based FoundationGravity Based Foundation

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(1) 개 요

- Suction pressure를 이용한 Bucket 형식 기초

- Suction 압력을 이용하여 시공

- 압력 작용정도에 따라 상이한 거동 특성 발현

(2) Bucket Pile 설계 및 시공

- 적용 수심 : 수심 10m 정도 가능

- 시공방법

· 자중과 Suction 압력 이용 설치(직경 : 12~16m)· 해저에 착지 후 압력 이용하여 관입

- 특징

· 설치가 간단하여, 중장비 불필요· 설치비용 저렴· 시공경험이 부족· 거동에 대한 상세 분석 필요 ▶ SLP Engineering Ltd.

Bucket foundation4.0mDenmark 20023.0MW Vestas V90

Bucket foundation5.0mGermany 20024.5MW -Wilhelmshaven

Bucket foundation-Denmark---MBD offshore power A/S




Suction PileSuction Pile

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3. 해상풍력 기초 설계기술

- 풍력 발전기의 기초설계는 대부분 기존 석유 시추 구조물의 기술을 선별/적용 가능함.

- 풍력발전기의 기초는 연직하중에 비해서 수평하중이 차지하는 비율이 큼.

· Wind Turbine : Fv = 6MN vs Fh = 4MN

· Gas & Oil structure : Fv = 200MN vs Fh = 25MN

- 바람에 의한 수평 하중의 적용 위치가 수면으로부터 높아 모멘트가 큼.

- 풍력 발전기 Rotor 의 회진, 바람, 파도, 조류 등에 의한 반복하중의 영향을 고려해야 함.

해상 풍력 기초 설계 개요해상 풍력 기초 설계 개요

- 설계시 고려사항

· 바람, 파도, 주류, 수위, 얼음, 지반특성

· 지진, 염도, 온도, Marine growth, air density

· Ship traffic, 충방공, 세방공, 해양쓰레기, 파이프, 케이블

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3. 해상풍력 기초 설계기술 – 설계기준 및 인증기준

설계 기준 및 인증 기준설계 기준 및 인증 기준

• Det Norske Veritas (DNV) • Germanischer Lloyd (GL)• International Electrotechnical Commission (IEC)• (일) 해상풍력발전 메뉴얼

• American Petroleum Institure (API)• ISO 19902(2007)

DNV 기준

• Rule for ship• Rule for HSLC & NSC• Standard for Certification• Offshore Code• Guidelines and Classification notes …

•DNV-OS-J101 Design of Offshore Wind Turbine Structures / Oct 2008

•DNV-OS-J102 Design and Manufacture of Wind Turbine Blades, Offshore and Onshore Wind Turbines / 2007

•DNV-OSS-304 Risk Based Verification of Offshore Structures / Oct 2006

•DNV-OS-C101 Design of Offshore Steel Structures, General (LRFD method) / Oct 2008 ….

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1. API - 1924년에 설립된 미국석유협회,석유 및 가스산업에 필요한 500가지 이상의 규격과 추천사례들을 보유 중.

2. 주요 부문

- Exploration and production- Refining- Fire protection and safety- Petroleum measurement- Marine transportation

3. Offshore structure 관련 규격

- RP 2A-LRFD : Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Load and Resistance Factor Design

- RP 2A-WSD : Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms- Working Stress Design

- RP 2FPS : Recommended Practice for Planning, Designing, and Constructing Floating Production Systems

3. 해상풍력 기초 설계기술– 설계기준 및 인증기준

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1. ISO - 국제표준화기구, 1947년에 설립되어 161개 나라에서 구성된 국가표준화기구의

세계적인 연합체로 17,500개 이상의 국제규격이 있음.

2. Offshore structure 관련 규격 (TC 67/SC 7 - Offshore structures)

규격 번호 규 격 명 구입가 (CHF*)

ISO 19900 General requirements for offshore structures 118ISO 19901-1

Specific requirements for offshore structures

Part 1: Metocean design and operating considerations 224ISO 19901-2 Part 2: Seismic design procedures and criteria 150ISO 19901-3 Part 3: Topsides structure 66ISO 19901-4 Part 4: Geotechnical and foundation design considerations 130ISO 19901-5 Part 5: Weight control during engineering and construction 150ISO 19901-6 Part 6: Marine operations N/A

ISO 19901-7 Part 7: Stationkeeping systems for floating offshore structures and mobile offshore units 208

ISO 19902 Fixed steel offshore structures 280ISO 19903 Fixed concrete offshore structures 208ISO 19904-1 Floating offshore structures -- Part 1: Monohulls, semi-submersibles and spars 238ISO 19905-1 Site-specific assessment of mobile offshore units -- Part 1: Jack-ups N/AISO 19905-2 Site-specific assessment of mobile offshore units -- Part 2: Jack-ups commentary N/AISO 19906 Arctic offshore structures 98

Tot. 1,870

* 1 CHF (Swiss Franc) = 0.917 US Dollar


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Design StandardDesign Standard


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• Installation Sequence - Drive and Drill

90

60

2816

not to scale !

11

REFUSAL !!

4. 해상풍력 기초시공 - Monopile

22

37/50

• Flydrill BFD 5500 and Casings on Board


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4433


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• Set up Flydrill BFD 5500 on Monopile Casing


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• Flydrill BFD 5500 Drilling Buckets - Pre-bore bucket Ø 3000 mm

Stabilizer

Drilling bucket

64275153

26001400

30004400 / 4500

6400

2600

3000 44

00


41/50

• FLY DRILL BFD 5500 Test Germany


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• Drilling and Lift off Flydrill BFD 5500


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• Disposal of excavated Soil into Sea


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6655

45/50

• TIV Resolution and Flydrill


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• B-Tronic Control Module


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• B-Report Production Log


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• Completed Monopile with Transition Piece


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• TIV Resolution with completed Wind Turbine


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www.gsconst.co.kr

해상풍력발전 전망 및 기초기술동향(51)

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