본 기사는 ENN이 전하는 최신 환경뉴스입니다. 앞으로 본지는 ENN은 물론 전세계 환경전문 언론에서 전하는 세계 환경문제도 함께 전달, 보도할 예정입니다. (편집자주)

 

풍력 발전 단지가 서로의 속도를 늦추고 있다 : 밀집된 풍력 발전 단지에서는 풍속이 상당히 느려진다는 사실을 발견했다.

해상 풍력 터빈이 너무 많아지면 전력이 덜 생산된다. 이것은 풍력 발전 단지를 계획 할 때 고려해야 할 사항이다.

 

 

 

[2021년 6월4일 = ENN] 점점 더 많은 국가들이 탄소 중립 에너지 생산으로의 전환을 지원하기 위해 해상 풍력 단지 확장을 추진하고 있다.

그러나 이러한 해상 풍력 단지가 서로 가깝게 설치되면 풍력 에너지와 전력 생산량이 감소한다.

Nature Scientific Reports 저널에 게재된 Helmholtz Center Hereon의 연구에 따르면 해상 풍력 에너지 생산 증가에 따라 풍력 발전 단지 주변의 감소 된 풍속으로 인해 상당히 많은 손실을 감지할 수 있음을 보여준다고 밝혔다.

독일 만과 발트해의 풍력 에너지 확장은 최근 몇 년 동안 엄청나게 가속화되었다. 최초의 시스템은 2008년에 가동되었다.

오늘날, 독일 해역에서는 약 8개의 원자력 발전소에 해당하는 약 8,000 메가 와트의 출력을 풍력 터빈이 생산하고 있다. 그러나 공간은 제한되어 있다.

이러한 이유로 풍력 발전 단지는 때때로 서로 매우 가깝게 건설됐다. Helmholtz Center Hereon의 Naveed Akhtar 박사가 이끄는 팀은 풍력 발전 단지의 하류 풍속이 상당히 느려진다는 사실을 발견했다.

연구원들이 현재 Nature Scientific Reports 저널에 글을 쓰면서 이 제동 효과는 평균 풍속에서 눈에 띄게 놀라운 대규모의 저풍 패턴을 만든다. 평균적으로 이 저풍은 35-40km까지 길게 연장되며 특정 기상 조건에서는 최대 100km까지 확장된다.

따라서 인접한 풍력 발전 단지의 생산량은 20 ~ 25% 감소 할 수 있으며 이는 궁극적으로 경제에도 영향을 끼치게 된다. 만약 풍력 발전 단지가 서로 밀접하게 계획되어 있다면 이 후류(물체가 유체속을 운동할 때에 물체의 뒤쪽에 생기는 유체의 흐름) 효과를 향후 고려할 필요가 있다.

 

기후와 풍력 발전 단지 데이터의 결합

 

연구를 통해 지역 기후 모델링 전문가인 Naveed Akhtar와 그의 동료들은 해양 확장의 중기 목표에 따른 바람의 특성을 평가했다.

기상청에서도 사용되는 컴퓨터 모델인 COSMO-CLM을 사용하여 지역적으로 기상 상황을 상세하게 해결할 수 있고, 이 경우에는 전체 북해에 대해 미래의 풍력 발전 단지 특성인 면적과 터빈의 수 및 크기를 결합했다.

연구원들은 2015년 북해에 계획되었던 풍력 발전 단지 계획을 기초로 사용했다. 여기에는 현재의 풍력 발전 단지가 포함되어 있으며 일부는 아직 건설되지 않았다.

 

 

안정적인 기상 조건에서의 제동 효과

Naveed Akhtar는 COSMO 모델을 사용하여 2008년부터 2017년까지의 기간 동안 다양한 기상 조건을 포함하여 북해의 풍속을 계산했다.

결과는 특히 가장 안정적인 기상 조건을 보여주는 3월과 4월의 경우를 포함하여 대규모의 풍속 감속과 이 감속된 풍속의 확장이 더 길어지는 현상에 직면할 것임을 분명하게 보여주었다.

반면 폭풍우가 치는 시기에, 특히 11월과 12월에는 대기가 너무 혼합되어 풍력 발전 단지의 후류 효과가 상대적으로 작았다.

모델 데이터를 검증하기 위해 팀은 시뮬레이션을 2008년부터 2017년까지의 풍력 측정과 비교했다.

그들은 북해의 두 연구 플랫폼에서 기록된 측정값과 TU Braunschweig의 연구원들이 기존 풍력 발전 단지 위에서 바람 측정을 위한 비행을 하여 얻어낸 측정값을 사용했다.

이 측정값의 비교는 Hereon 연구원들이 바람의 웨이크(풍속이 감소 하는 풍력 터빈에서 후류가 발생하는 현상)를 정확하게 시뮬레이션하고 있음을 보여준다.

이 연구의 특별한 점은 처음으로 북해 전체에 대해 10년간의 기간이 모두 계산되었다는 것이다.

Akhtar는 "풍력 단지를 분석하기 위한 기존의 유체이동 모델은 매우 높은 공간 해상도를 갖지만 짧은 시간 동안만 풍력장(wind field, 일정한 공간에서 바람의 속도와 방향이 진행하는 상태)을 측정한다."고 하며, “또한 풍력 발전 단지와 같은 넓은 지역의 공기 흐름이 어떻게 변화되는지 화인하는 데는 사용할 수 없다." 고 말했다.

이 그룹은 주로 현재 진행된 연구에서 풍력 발전 단지가 서로에게 어떻게 바람이 감속되는지에 대해 다루었지만, 가까운 장래에는 이와 같은 감속되는 풍속이 바다에 있는 풍력 단지에서는 어떤 영향을 미치는지에 대해 조사할 계획이다.

바다에서는 바람과 파도가 뒤섞이기 때문이고, 이것은 물의 염분과 산소 함량, 온도 및 특정 수심에서 영양분의 양 등 많은 요소가 영향을 끼치기 때문이다.

Naveed Akhtar는 "지금은 이와 같은 감소된 혼합물이 해양 생태계에는 어떤 영향을 미치는지 알아보고 싶다."고 말했다.

BY HELMHOLTZ-ZENTRUM HEREON

 

다음은 ENN과 Heredn이 전하는 뉴스링크입니다.

https://www.enn.com/articles/67968-are-wind-farms-slowing-each-other-down

 

https://hereon.de/innovation_transfer/communication_media/news/101551/index.php.en

 

 

본지 객원기자(외신) 이상현 소개

 

서울 영동고등학교를 거쳐 미국 Beverly Hills 고등학교를 졸업하고 Parks College of Aviation & Engineering,에서 항공우주공학 석사를 취득했다.

미국의 McDonnell Douglas (현 The Boeing Company)와 NASA와의 연구 협업 및 파견 근무 등 다양한 경력을 거친 후 현재 국내 지에프오엔엠㈜ / 총괄사업 이사로 근무중이다.