KR20230066949A - 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및 장치 - Google Patents

공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법은, 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 단계; 풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계; 풍력터빈 발전 전력에 대한 전력계통 연계비를 계산하는 단계; 및 상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및 장치{FIXED OFFSHORE WIND POWER DEVELOPMENT COST CALCULATION METHOD AND APPRATUS CONSIDERING SPATIAL VARIABLES}
본 발명은 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산(추정) 방법에 관한 것으로, 특히, 국내 고정식 지지구조 해상풍력 적용이 가능한 수심 60미터 이내 전 해역의 각 위치별 해상풍력 개발 원가 계산 방법으로서, 이를 통해 산출된 개발 원가 분포를 바탕으로 위치별 해상풍력사업 경제성 비교가 가능하고 해상풍력단지 개발을 위한 적정 입지 발굴 및 평가에 활용하기 위한 것이다.
전 세계적으로 탄소중립을 목표로 화석연료 사용을 줄이고 신재생에너지 전원의 비중을 높이고자 노력하고 있으며, 국내 역시 2034년 이후 신재생에너지 발전 비중을 40% 이상 달성하고자 하는 목표를 제시한 바 있다.
따라서, 신재생에너지 비중을 높이기 위해서는 국내 여건상 대규모 해상풍력 개발이 불가피하나, 해상풍력 개발사업은 투자 규모가 크고 기존 해역 이용 상황이 복잡하여 신중한 입지 선정과 사업성 평가가 요구되고 있다.
국내 해상풍력 발전시장은 정부 정책적 필요성과 함께 지속적으로 성장하고 있으나, 해상풍력발전단지 개발 사업은 사업 투자 규모가 크고 불확실성이 높은 한편, 공공사업적인 특성을 감안하여야 한다.
이에 따라, 단지 개발에 참여하는 다양한 이해관계자들은 사업의 적절한 투자비 산출 및 투명한 자금 집행에 대하여 높은 관심을 갖고, 투자비에 대한 체계적인 검증작업을 요구하고 있다.
그러나, 아직까지 국내 해상풍력사업 경험이 부족하여 국내 실적을 고려한 현실적이고 객관적인 사업성 평가가 어려운 실정이기 때문에 적절한 개발 원가 추정방법이 요구되고 있다.
(특허분헌 1) 대한민국 등록공보 10-1269587호
본 발명은 공간변수를 고려하여 산출된 개발 원가 분포를 바탕으로 위치별 해상풍력사업 경제성 비교가 가능한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법은, 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 단계; 풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계; 풍력터빈 발전 전력에 대한 전력계통 연계비를 계산하는 단계; 및 상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발전량을 계산하는 단계는, 하기 수학식들에 따라 수행될 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
(여기서, Gross AEP는 무손실 연간발전량 (Annual Energy Production), Net AEP는 손실을 고려한 순 연간발전량, CF는 손실을 고려한 이용률(Capacity Factor), i는 풍속구간 번호(순서), N은 총 구간수, Vi는 해당구간 풍속, Pi는 해당구간 풍력터빈 출력, C는 척도계수, k는 형상계수)
여기서, 상기 순 연간발전량은 하기 수학식에 따른 이용률로 대체될 수 있다.
Figure pat00004
여기서, 상기 풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계는, 상기 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계; 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는, 터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고, 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 소정의 제1 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고, 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 소정의 제2 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는, 수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 소정의 유의파고 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는, 운송 및 설치 비용은 석션버켓기초 형식과 자켓파일기초 형식 2가지를 구분하여 반영할 수 있다.
여기서, 상기 전력계통 연계비를 계산하는 단계에서는, 해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 및 해상변전소 단가를 함께 고려하여 계산할 수 있다.
여기서, 상기 균등화 발전원가 산정하는 단계에서는, 하기 수학식과 같이 발전량, 투자비, 할인율(r)에 의한 고정비율, 운영비를 적용하여 균등화 발전원가를 계산할 수 있다.
Figure pat00005
본 발명의 다른 측면에 따른 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치는, 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 발전량 계산부; 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 터빈 개발 비용 계산부; 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 하부구조물 개발 비용 계산부; 풍력터빈 발전 전력을 전력계통에 연계하는데 소요되는 비용을 계산하는 계통 연계 비용 계산부; 및 상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산출하는 발전원가 산정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 발전량 계산부는, 하기 수학식들에 따라 발전량을 계산할 수 있다.
Figure pat00006
Figure pat00007
Figure pat00008
(여기서, Gross AEP는 무손실 연간발전량 (Annual Energy Production), Net AEP는 손실을 고려한 순 연간발전량, CF는 손실을 고려한 이용률(Capacity Factor), i는 풍속구간 번호(순서), N은 총 구간수, Vi는 해당구간 풍속, Pi는 해당구간 풍력터빈 출력, C는 척도계수, k는 형상계수)
여기서, 상기 발전원가 산정부는, 하기 수학식에 따라 균등화 발전원가를 산출할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, 상기 터빈 개발 비용 계산부는, 터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고, 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 소정의 제1 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고, 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 소정의 제2 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 하부구조물 개발 비용 계산부는, 수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 소정의 유의파고 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산할 수 있다.
여기서, 상기 계통 연계 비용 계산부는, 해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 및 해상변전소 단가를 함께 고려하여 연계 비용을 계산할 수 있다.
여기서, 소정의 수심 이내 해역에 대하여 고정식 해상풍력 투자비 또는 균등화 발전원가 계산 결과를 등고선 형태 그래프로 제공하는 출력부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 풍력 단지에 대한 개발 비용을 확정하는 단지 개발비 확정부; 및 풍력 단지의 유지보수비로서 운영비용을 산정하는 운영비용 산정부를 더 포함할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및/또는 장치를 실시하면, 산출된 개발 원가 분포를 바탕으로 위치별 해상풍력사업 경제성 비교가 가능한 이점이 있다.
본 발명의 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및/또는 장치는, 특히, 국내 고정식 해상풍력 개발이 가능한 수심 60m 이내 해역의 위치별 개발 원가 산출을 용이하게 하여 전체 대상해역의 경제성 공간분포를 확인하고 우수한 입지를 선정하는 것을 지원하는 이점이 있다.
본 발명의 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법 및/또는 장치는, 검토 대상 입지에 대한 부지조건만으로 투자비 산출이 가능하여 대상 입지의 사업성 분석을 용이한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 2는 고정식 해상풍력 개발 원가 구성요소를 분석한 예시를 보여주는 개념도.
도 3은 풍속확률분포와 터빈출력곡선을 이용한 이용률 분포도 계산결과를 나타낸 그래프.
도 4는 수심에 따른 자켓파일 하부구조 제작비 추정 및 실적자료 비교한 그래프.
도 5a 및 5b는 자켓 방식과 석션 방식의 수심 60m 이내 해역 고정식 해상풍력 투자비 계산 결과를 나타낸 그래프들.
도 6a 및 6b는 자켓 방식과 셕션 방식의 수심 60m 이내 해역 고정식 해상풍력 균등화 발전원가 계산 결과를 나타낸 그래프들.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 해외 사례와 국내 사례를 비교 분석하여, 수심 60m 이내 해역에서 적용 가능한 고정식 지지구조 방식의 해상풍력단지 개발 투자비 추정식을 만들어 위치별 개발 원가를 산정할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
상기의 본 발명의 목적을 실현하기 위해서 수심 60m 이내 각 해상 위치별 해상풍력단지 개발 총투자비 추정식을 제시한다. 이 때 추정식은 공사비에 영향을 주는 변수 중 위치에 따라 달라지는 공간변수인 수심, 터빈 및 지지구조 운송거리, 전력계통 연계거리, 유의파고 빈도에 의한 해상작업 가능일수 등의 변수를 고려하여 위치별 공사비가 계산되는 공간변수와 공사비간의 관계식으로 이루어진다. 상기 투자비 추정식에 의해 검토대상 위치에서의 투자비가 산출되면 예상 발전량을 함께 고려하여 풍력사업의 경제성 평가지표인 균등화 발전원가(LCOE; Levelized Cost Of Energy)를 계산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 사상에 따른 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도시한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법은, 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 단계(S100); 풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계(S200, S300); 전력계통 연계비를 계산하는 단계(S400); 및 균등화 발전원가 산정하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
도 2는 고정식 해상풍력 개발 원가 구성요소를 분석한 예시를 보여주는 개념도이다.
먼저, 도 1의 S100 단계의 발전량 계산에 관련된 연산 과정을 예시적으로 살펴본다.
도 1과 도 2는 본 발명에서 제안하는 고정식 해상풍력 개발 원가의 계산절차와 계산에 이용되는 고려항목의 구성을 나타낸다. 해상풍력 개발 원가는 상기에서 기술한 바와 같이 균등화 발전원가로 계산되며, 하기 수학식 1과 같이 발전량, 투자비, 할인율에 의한 고정비율, 운영비로 계산할 수 있다.
Figure pat00010
상기 수학식 1에서 발전량은 AEP(Annual Energy Production)로 표현되는 연간 발전량이 사용되며, 일반적으로 하기 수학식 2 및 3과 같이 계산된다. 그리고, 순 연간발전량은 터빈 용량에 관계없이 표현하기 위해 하기 수학식 4와 같이 이용률로 대신 표현할 수 있다.
도 3은 풍속확률분포와 터빈출력곡선을 이용한 이용률 분포도 계산결과를 나타낸 그래프이다. 국내 해상의 위치별 이용률 계산결과 예시는 도 3과 같다. 이 결과는 국내 제조사의 5.5MW급 풍력터빈을 적용한 결과이다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
상기 수학식들에서, Gross AEP는 무손실 연간발전량 (Annual Energy Production), Net AEP는 손실을 고려한 순 연간발전량, CF는 손실을 고려한 이용률(Capacity Factor), i는 풍속구간 번호(순서), N은 총 구간수, Vi는 해당구간 풍속, Pi는 해당구간 풍력터빈 출력이다.
F(Vi)는 다음 수학식 5와 같이 결정되는 풍속에 대한 Weibull 누적확률분포함수이다.
Figure pat00014
상기 수학식 5에서 C는 척도계수, k는 형상계수이다.
따라서 본 발명에서는 균등화 발전원가 계산에 필요한 투자비를 해상 위치별 변수를 고려하여 계산할 수 있는 추정식과 이용 방법을 제시한다. 전체적인 계산 과정은 도 1에서 제시한 대로 발전량 계산(S100), 각 투자항목별 비용 계산(S200, S300, S400) 후 총투자비와 발전량으로 균등화 발전원가를 계산(S500)하는 과정으로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 제시하는 투자비 계산방법은 도 1에 표시한 바와 같이 S200 단계에 따른 풍력터빈의 제작-운송-설치비용 계산, S300 단계에 따른 하부구조물 제작-운송-설치비용 계산, S400 단계에 따른 전력계통 연계비용을 각각의 이용변수를 고려하여 계산하는 것이다.
바람직하게, 상기 S400 단계에서 전력계통 연계비용은 도 2에 표시한 바와 같이 각 풍력터빈과 해상변전소 사이를 연결하는 내부망과 해상변전소로부터 육상 연계점까지 연결하는 외부망, 해상변전소 비용을 고려한다.
균등화 발전원가 계산시 기타 비용으로 단지개발비와 운영비를 추가 고려하는데 이 2가지 비용은 국내 풍력단지 개발 대상 해역에서 위치별 차이가 크지 않아 본 발명에서는 공간변수로 고려하지 않고 단일 값을 사용하는 것으로 한다.
공간변수를 고려하는 각 투자비의 계산방법은 다음과 같다. 먼저 S200 단계에서의 풍력터빈 제작-운송-설치 비용은 하기 표 1에서 제시한 바와 같이 터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 유의파고 1.5m 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 유의파고 1.0m 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 계산하며, 계산 예도 함께 표현하였다.
Figure pat00015
도 4는 수심에 따른 자켓파일 하부구조 제작비 추정 및 실적자료 비교한 그래프이다.
다음, S200 단계에서의 하부구조물 제작-운송-설치 비용은 하기 표 2에서 제시한 바와 같이 수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 유의파고 1.0m 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 계산한다.
내 역　 단 가
가. 하부 지지구조 제작 {0.0739 × (수심) + 4.8892} 억원/MW
나. 하부구조(석션버켓기초)
운송 설치
(유의파고 1.0m 이하 작업)		 {0.3045 + 2.6805 / (터빈용량)
+ 0.0045 × (항구이격거리) / (터빈용량)}
/ (유의파고 1.0m 이하 빈도)		 억원/MW
다. 하부구조(자켓파일기초)
운송 설치
(유의파고 1.0m 이하 작업)		 {18.5957 / (터빈용량)
+ 0.0075 × (항구이격거리) / (터빈용량)}
/ (유의파고 1.0m 이하 빈도)		 억원/MW
(계산 예) 터빈용량 5MW, 수심 15m, 항구이격거리 10km, 유의파고 1.0m 이하 빈도 60% 시 자켓파일 하부구조 비용
→ 하부 지지구조 제작비 + 자켓파일기초 운송 설치비 = (0.0739×15+4.8892)
+ (18.5957/5+0.0075×10/5)/0.6 = 6.0 + 6.24 = 12.24 (억원/MW)
이 때 운송 및 설치 비용은 석션버켓기초 형식과 자켓파일기초 형식 2가지를 고려할 수 있다. 도 4에서 파일을 제외한 자켓 하부구조 제작비에 대해 본 발명에서 제시하는 추정식에 의한 계산결과와 국내 제작사가 해외에 공급한 제작단가 실적 자료를 비교한 결과를 보여주고 있으며, 실적 자료를 잘 추정하고 있음을 확인할 수 있다.다음, S400 단계에서의 전력계통 연계 비용은 표 3과 같이 해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 그리고 공간변수로 고려하지 않는 해상변전소 단가를 함께 고려하여 계산한다.
내 역　 단 가
가. 외부망 {0.1046 × (외부망 길이) + 0.2006} 억원/MW
나. 내부망 {0.0227 × (내부망 길이)} 억원/MW
[5.56MW 72기 단지 구성시 내부망 길이]
{78.732 + 0.072 × (수심)}
[8.0MW 50기 단지 구성시 내부망 길이]
{69.005 + 0.050 × (수심)}
km

km
다. 해상변전소 2.98 (= 2.7 × 400^(1/60)) 억원/MW
(계산 예) 수심 15m, 외부망 연계거리 10km, 터빈 5.56MW 72기 단지 구성 시
→ 외부망 + 내부망 + 해상변전소 = (0.1046×10+0.2006)
+ 0.0227×(78.732+0.072×15) + 2.98 = 1.25 + 1.81 + 2.98 = 6.04 (억원/MW)
여기서, 제시하는 내부망 기본 길이는 400MW급 단지를 구성하는 5.56MW급 터빈 72기와 해상변전소 1기를 구성하는 경우, 8MW급 터빈 50기와 해상변전소 1기를 구성하는 2가지 경우를 고려하였다. 따라서 총 투자비는 표 1, 표 2, 표 3에서 제시한 추정식을 이용한 계산결과와 하기 표 4에서 제시한 단지개발비를 합산하여 추정한다.
Figure pat00016
도 5a 및 5b는 자켓 방식과 석션 방식의 수심 60m 이내 해역 고정식 해상풍력 투자비 계산 결과를 나타낸 그래프들이다.
도 6a 및 6b는 자켓 방식과 셕션 방식의 수심 60m 이내 해역 고정식 해상풍력 균등화 발전원가 계산 결과를 나타낸 그래프들이다.
상술한 바와 같은 방법으로 계산한 총 투자비 결과는 도 5a 및 도 5b와 같다. 최종적으로 균등화 발전원가는 도 3에서 제시한 발전량 계산결과와 도 5a 및 도 5b에서 제시한 투자비 계산결과, 그리고 표 4에서 제시한 유지보수비(즉, 운영비용)를 함께 고려하여 상기 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있으며, 계산 결과는 도 6a 및 6b와 같다.
도 7은 본 발명의 사상에 따른 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도시한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치(100)는, 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 발전량 계산부(110); 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 터빈 개발 비용 계산부(120); 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 하부구조물 개발 비용 계산부(130); 풍력터빈 발전 전력을 전력계통에 연계하는데 소요되는 비용을 계산하는 계통 연계 비용 계산부(140); 및 상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산출하는 발전원가 산정부(150)를 포함할 수 있다.
도 7의 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치(100)는 앞서 설명한 도 1의 흐름도에 따른 기재내용 대로 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법을 수행할 수 있다.
예컨대, 상기 발전량 계산부(110)는, 상기 수학식 2 및 수학식 5에 대하여 기술한 내용에 따라 발전량을 계산하며, 상기 발전원가 산정부(150)는, 상기 수학식 1에 대하여 기술한 내용에 따라 균등화 발전원가를 산출할 수 있다.
또한, 상기 터빈 개발 비용 계산부(120)는, 터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고, 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 소정의 제1 유의파고(예: 1.5m) 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고, 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 소정의 제2 유의파고(예: 1.0m) 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산할 수 있다.
또한, 상기 하부구조물 개발 비용 계산부(130)는, 수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 소정의 유의파고(예: 1.0m) 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산할 수 있다.
또한, 상기 계통 연계 비용 계산부(140)는, 해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 및 해상변전소 단가를 함께 고려하여 연계 비용을 계산할 수 있다.
도 7에서는, 소정의 수심 이내 해역에 대하여 고정식 해상풍력 투자비 또는 균등화 발전원가 계산 결과를 등고선 형태 그래프로 제공하는 출력부(180)를 더 포함한다.
예컨대, 상기 출력부(180)는, 도 5a 및 도 5b와 같이 수심 60m 이내 해역의 위치별 개발 원가 산출을 위한 투자비 등고선 그래프를 디스플레이하거나, 및/또는, 수심 60m 이내 해역의 위치별 개발 원가 산출을 위한 발전원가 등고선 그래프를 디스플레이할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 상기 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치(100)는, 구현에 따라, 도 2의 개발 원가 구성요소 구조를 반영하여, 풍력 단지에 대한 개발 비용을 확정하는 단지 개발비 확정부; 및 풍력 단지의 유지보수비로서 운영비용을 산정하는 운영비용 산정부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 운영비용 산정부는 도시한 바와 같이 상기 발전원가 산정부(150)의 내부 기능 블록으로 구현될 수 있다.
국내 고정식 해상풍력 개발이 가능한 수심 60m 이내 해역의 위치별 개발 원가 산출을 용이하게 하여 전체 대상해역의 경제성 공간분포를 확인하고 우수한 입지를 선정할 수 있음을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
검토 대상 입지에 대한 하기 표 5과 같은 부지조건만을 제시받아서, 하기 표 6과 같이 발전량을 계산하고, 하기 표 7 및 표 8와 같이 투자비 산출이 가능하여 대상 입지의 사업성 분석을 용이하게 한다.
Figure pat00017
Figure pat00018
Figure pat00019
Figure pat00020
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치
110 : 발전량 계산부
120 : 터빈 개발 비용 계산부
130 : 하부구조물 개발 비용 계산부
140 : 계통 연계 비용 계산부
150 : 발전원가 산정부
180 : 출력부

Claims (12)

  1. 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 단계;
    풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계;
    풍력터빈 발전 전력에 대한 전력계통 연계비를 계산하는 단계; 및
    상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산정하는 단계
    를 포함하는 공간변수를 고려한 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력터빈 및 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계는,
    상기 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계; 및
    상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계
    를 포함하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는,
    터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고, 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 소정의 제1 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고, 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 소정의 제2 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는,
    수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 소정의 유의파고 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 단계에서는,
    운송 및 설치 비용은 석션버켓기초 형식과 자켓파일기초 형식 2가지를 구분하여 반영하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력계통 연계비를 계산하는 단계에서는,
    해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 및 해상변전소 단가를 함께 고려하여 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 방법.
  7. 풍속크기별 확률분포를 고려한 발전량을 계산하는 발전량 계산부;
    풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 터빈 개발 비용 계산부;
    하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 하부구조물 개발 비용 계산부;
    풍력터빈 발전 전력을 전력계통에 연계하는데 소요되는 비용을 계산하는 계통 연계 비용 계산부; 및
    상기 발전량과, 상기 풍력터빈 및 상기 하부구조물의 제작-운송-설치비와, 상기 전력계통 연계비를 반영하여 균등화 발전원가를 산출하는 발전원가 산정부
    를 포함하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 터빈 개발 비용 계산부는,
    터빈 제작 비용은 단일 단가를 고려하고, 설치 및 조립 비용은 터빈용량과 소정의 제1 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하고, 상부터빈 운송 비용은 터빈용량, 터빈운송거리, 소정의 제2 유의파고 이하 출현빈도를 고려한 추정식을 이용하여 풍력터빈의 제작-운송-설치비를 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 하부구조물 개발 비용 계산부는,
    수심에 따른 구조물 제작 비용과 터빈용량, 항구이격거리, 소정의 유의파고 이하 빈도를 고려하는 운송 및 설치 비용 추정식을 이용하여 하부구조물의 제작-운송-설치비를 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 계통 연계 비용 계산부는,
    해당위치에서 육상연계점까지의 외부망 연계거리를 고려한 외부망 비용, 수심과 터빈배치 형태에 따라 결정되는 각 터빈과 터빈 및 해상변전소를 연결하는 내부망 총 연계거리를 고려하는 내부망 비용, 및 해상변전소 단가를 함께 고려하여 연계 비용을 계산하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    소정의 수심 이내 해역에 대하여 고정식 해상풍력 투자비 또는 균등화 발전원가 계산 결과를 등고선 형태 그래프로 제공하는 출력부
    를 더 포함하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    풍력 단지에 대한 개발 비용을 확정하는 단지 개발비 확정부; 및
    풍력 단지의 유지보수비로서 운영비용을 산정하는 운영비용 산정부
    를 더 포함하는 고정식 해상풍력 개발 원가 계산 장치.

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