지구 환경 문제가 이슈가 되고 있고, CO2배출량의 감소가 요구되는 현 시점에서 화석연료에 의지하지 않는 풍력 등의 자연재생에너지의 활용이 지속적인 사회경제 발전을 위하여 필요시 되고 있다. 특히 연안부는 내륙과 비교하여 풍력에너지가 크다. 따라서 연안부는 풍력발전에 유리하기 때문에 많은 풍력발전 설비가 설치되어 왔고, 앞으로도 증가 할 것으로 예상된다. 최근의 관측 데이터에 의하면 연안부의 바람은 육상에 비하면 시공간적 흐트러짐이나 변동이 적고 풍력발전에 적절한 것도 실증적으로 관측되었다.

일본에서는 최근 스마트그리드 구축의 필요를 제창하고 있으나, 기본적으로 전력 공급망이 지역별 전기회사로 분할되어 있고 시공간적 변동이 큰 풍력 같은 자연 에너지는 수용용량에 제약이 있다. 유럽과 같이 대규모 발전 단지로의 실현은 어려운 실정이다.

때문에 항만과 어항을 포함한 연안부에서의 풍력에너지 도입을 검토할 때는 전력회사에 전매할 수 있는 전력량에 제약이 발생하기에 MW급의 발전단지를 건설하기보다는 수백kW급의 중형 풍차에 의한 에너지자기 이용형의 풍력발전 시스템을 도입하는 편이 더욱 현실적 정책으로 사료된다.

공동연구에서는 300kW규모의 중형풍차를 개발하고, 동경 연안만에 설치하여 실증실험을 수행하고 풍동 모형 실험과 현지조사 등을 실시하여 항만과 어항에서의 자기 이용형 풍력에너지 전개를 목표로 하고 있다.

보고서의 구성은 2장에서 중형풍차의 개발과 현지실증실험의 개요를 기술하였다. 단, 이 장의 내용은 전번 보고서에 상세히 기술하고 소개하였기에 개요 소개 정도로 하였다.

풍력발전에서는 바람의 에너지를 안전하고 효율적으로 끌어내기 위해 발전기의 성능을 제약 조건으로 작용하는 바람에 따라 하중조건을 설정하고 있다. 종래의 유럽에서의 수입 수입 풍차는 유럽의 바람에 맞추어 개발되어 있다. 일본에서는 지금까지 바람의 흐트러짐이 적고, 바람이 안정된 지역에 설치되어 왔다. 그러나, 일본 국토는 대부분 산간지역에 근접해 있고, 앞으로는 섬이나, 산 간부에서의 수요가 증가할 것으로 예측된다. 따라서 수입비중이 높은 일본 시장에서는 국토 조건에 맞는 풍력발전기의 기종을 개발하는 것이 필요하다. 기종의 개발에는 건설비용, 운반비용, 크기에 따른 경관과 소음 문제 등의 여러가지 해결할 문제가 많다. 일본에서는 향후 풍력발전 사업을 활성화 하기 위해서는 섬과 산간부에서의 풍력발전 도입을 촉진할 수 있는 사양의 풍차개발이 필요하다. ( 사진1. 실증시험전경 )

3장에서는 2장에서 소개한 실제 풍차를 동경만 연안에 위치하는 ㈜KOMAI할텍 공장내부에 설치하고, 실제 풍차를 이용한 현지 실증실험결과를 기술하였다. 단, 전번 보고서와의 중복을 피하기 위하여 특히, 강풍시의 풍속 및 발전량 특성과 바람의 흐트러짐 특성의 검토에 집중하여 기술하도록 하였다.

실증 실험 결과를 정리하여 저기압과 태풍이 통과할 때의 강풍의 풍속 및 발전량 특성,그리고 연안부에서의 바람의 흐트러짐 특성을 명확히 하였다. 그 결과 강풍시에 관하여도 풍속과 발전량의 관계는 풍차의 설계 파워커브와 일치하는 것이 확인되어 소정의 발전이 이루어지고 잇는 것이 확인되었다. 더구나, 강풍시의 바람의 특성으로 돌풍율과 흐트러짐 강도를 도경만내의 해상풍 관측점인 항만공항기술연구소 아시카섬 관측점과 비교검토

하였으나, 실증실험 사이트와 아시카 섬간에서의 특성의 상이야, 기존 설계식과의 댕응을 면확히 하는데는 도달하지 못했다. 해상풍의 흐트러짐 고도분포에 대하여는 현재 건설이 진행되고 있는 해상기상관측타워에 의한 풍속의 연직방향의 풍속분포와 흐트러짐 강도 분포의 관측기록에 기대하는 바가 크다. 

그림1. 풍속과 발전량의 관계 (10분 평균값)

 4장에서는 3장에서 소개한 현지 실증 실험 결과로 정리된 풍차 기관실의 풍속 특성에 대하여 기관실 풍속의 속도비가 이론에 의한 풍속저감율까지 저하하지 않은 이유를 풍동 모형 실험을 실시하고 검토한 결과를 소개한다.

풍동모형실험을 통하여 현지실증실험에서의 풍차 기관실상 얻어진 풍향풍속기록의 특성에 관하여 고찰한 결과 기관실 형상에 의한 증속효과에 의해서 기관실 풍속이 상승할 가능성이 있다. 때문에 기관실 상의 풍속과 발전량과의 관계가 파워커브와 거의 일치한다. 3장에서 기술한 사실의 설명이 된다. 300kW 풍력발전기로 부터의 실증실험결과에 의한 풍속비(Ub/Ua)도 0.8이상을 나타내고 있다. 이 풍동모형 실험에 의해 이 풍속비를 재현할 수 있었다.

그림2. 기관실(nacelle) 모형 치수

그림 3. 시험중 전경                                         그림 4. 유선도

5장에서는 2장부터 4장까지의 검토결과를 바탕으로 항만과 어항에서의 자기 이용형 에너지 활용에 관한 검토를 실시하였다. 즉, 북해도 일본해 연안의 항만과 어항을 대상으로 실시한 설문조사 결과를 바탕으로 항만과 어항에서의 중형 풍차의 활용에 관한 제언을 정리했다.

북해도 일본해 연안의 3항만과 2어항을 대상으로 자기 이용형 에너지 호라용에 관한 설문을 실시하였다. 평년 및 기설별 전기 수요를 정리하였다. 그 결과 소규모의 항만과 어항에서는 총량으로 300kW급의 풍력발전 시스템은 수용에 적절한 발전이 기대된다는 것이 명확히 알게 되었다. 단, 계절마다의 상세한 발전 예측량과 수요량과의 사이에는 차이도 보인다. 하절기 부족분에 대하여는 태양광 발전 등을 병용하여 보오나하는 등의 검토도 필요하다는 것이 나타났다.

▣ 원문제목 : 沿岸域中型風車の開？？？？と港？や漁港における 自己利用型風力エネルギ？の活用に？する？討

▣ 원문의 주요목차******************************************************************

1. 서론

2. 중형 풍차의 개발과 현지실증실험의 개요

3. 현지 실증 실험 결과

4. 풍차 nacelle 상의 풍속 특성의 실험적 검증

5. 항만과 어항에서의 자기이용풍력에너지의 활용에 관한 검토