기상탑 대신 ‘윈드라이다’ 방식 활용, 관측 정확도·경제성 확보 기대

한전 전력연구원이 풍력발전자원 측정의 정확성을 높일 수 있는 기술 인프라를 구축하고 성능검증에 돌입했다. 레이저를 이용해 거리와 속도를 측정하는 기술을 활용한 ‘윈드라이다(Wind Lidar) 방식이 적용됐다. 이 방식을 활용하면 풍력자원 관측에 들어가는 비용도 1/3 수준으로 줄일 수 있어 풍력발전사업의 경제성 제고에도 도움이 될 것으로 기대된다.

한전 전력연구원(원장 김동섭)은 21일 풍력발전단지 개발에 필요한 바람 등 풍력자원 측정을 위해 ‘윈드라이다(Wind Lidar) 방식’의 풍력자원 관측 인프라를 구축하고 운영에 들어갔다고 밝혔다.

윈드라이다는 지형탐사, 자율주행차량, 기상관측 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 바람자원 관측에 활용될 경우 대기 중에 있는 에어로졸의 움직임을 측정해 원거리에서 풍향과 풍속을 측정한다.

현재 풍력자원 관측은 기상탑에서 이뤄진다. 하지만 넓은 지역을 측정하기 위해선 기상탑을 많이 설치해야 하는 등 초기 투자비와 운영비가 많이 들어간다는 문제점이 있었다. 그로 인해 최근에는 이동은 물론 관측과 운용이 용이한 윈드라이다 관측 장비가 유럽을 중심으로 각광받고 있다.

윈드라이다는 측정방식에 따라 1차원 수직방식과 3차원 스캐닝방식, 1차원 수평방식 등으로 나뉜다.

1차원 수직 라이다는 한 지점에서 높이별 풍속을 관측할 수 있어 기상탑 1기를 운영하는 것과 동일한 효과를 낸다. 3차원 스캐닝 라이다는 다수의 기상탑을 동시 운영하는 것처럼 수 km의 영역을 동시에 3차원으로 관측할 수 있다는 장점이 있다. 육상에서 해안의 바람자원을 관측할 수도 있어 해상풍력사업에 유용하게 활용될 수 있다. 풍력터빈에 설치해 사용하는 1차원 수평 라이다의 경우 풍력터빈의 전후면 수평거리별 풍속을 관측하고 출력성능을 평가하는데 활용된다.

전력연구원은 2.5GW 규모의 서남해 해상풍력단지 개발을 위한 풍력자원 관측 인프라 구축을 통해 1차원 수직방식과 3차원 스캐닝 방식의 윈드라이다 관측장비를 설치하고 성능 실증에 착수했다.

1차원 수직방식 관측장비는 해상기상탑의 대체가능여부를 조사하기 위해 지난달 17일 전력연구원 고창시험센터 앞바다에 있는 해상기상탑에 설치됐다. 전력연구원 관계자는 “초기 성능검증 결과 기상탑 관측 결과와 99% 이상 일치하는 정확도를 보였다”고 밝혔다.

3차원 스캐닝방식은 지난 1월 군산풍력인근에 설치돼 약 6km 범위의 풍속과 풍향 관측자료를 수집·분석 중이다. 향후 풍력단지 개발을 위한 풍력자원 평가에 활용될 예정이다.

전력연구원은 1차원 수평방식 관측장비를 오는 10월 군산 앞바다에 설치되는 풍력발전기와 내년 설치 예정인 서남해 해상풍력실증단지의 풍력발전기에 설치해 출력성능평가에 활용할 계획이다.

전력연구원은 풍력자원 관측 인프라를 활용해 향후 서남해 해상풍력사업의 경제성 확보와 풍력발전기의 운용방법 개선에 기여하겠다는 뜻도 내비쳤다.

전력연구원 에너지신산업연구소 관계자는 “해상기상탑을 윈드라이다로 대체할 경우 설치비를 기존의 1/3로 줄이고, 유지보수 비용도 절감할 수 있다”며 “3차원 스캐닝 윈드라이다를 활용하면 해안으로부터 5~10km 이내에 설치되는 해상기상탑을 모두 대체할 수 있어 해상풍력단지의 개발과 운용비용을 모두 절감할 수 있을 것으로 기대된다”고 전했다.