DemoSATH 프로젝트: 부유식 해상 풍력의 미래를 향한 도약

해상 풍력 시장에서는 다양한 부유식 구조물이 검증 단계에서 머물어 있으며, 프로젝트 개발비용 절감을 위해 해상 원유개발에 적용되는 일반적인 부유식 구조물(Barge 혹은 Ship Type, Semi-Submerisble, TLP 및 Spar)과는 다른 형태의 구조물들이 지속적으로 개발되고 있다. 오늘은 혁신 적인 설계 기술을 적용된 부유식 해상 풍력 구조물을 소개해 보고자 한다. 

 

DemoSATH 프로젝트는 SATH(Swinging Around Twin Hull) 기술을 기반으로 한 부유식 해상풍력 플랫폼의 시범 프로젝트로, 심해 해역에서 풍력 에너지 개발 가능성을 검증하고 최적의 설계 및 운영 전략을 찾기 위해 설계되었습니다. 이 프로젝트는 특히 강철과 콘크리트를 결합한 혁신적인 복합 재료를 사용해 경제성과 내구성을 동시에 확보하였으며, 환경 친화적인 설계를 통해 지속 가능성을 극대화했습니다.

 

SATH 기술은 독특한 트윈 헐 디자인을 특징으로 하며, 파도와 바람과 같은 극한 조건에서도 플랫폼의 안정성을 유지합니다. 또한 콘크리트 사용은 유지보수 빈도를 줄이고, 해양 생태계와의 조화를 가능하게 하여 환경적 영향을 최소화합니다. 이러한 기술적 우수성은 대규모 상업용 부유식 풍력 단지의 기반을 마련하며, 지속 가능한 에너지 개발을 위한 새로운 기준을 제시합니다.

 

SATH 플랫폼의 기술적 특징

1.  트윈 헐 디자인 (Twin Hull Design)

 

SATH 플랫폼의 가장 두드러진 특징은 두 개의 병렬 부유체(hull)로 구성된 설계입니다. 이러한 구조는 다음과 같은 장점을 제공합니다:

• 높은 안정성: 트윈 헐은 플랫폼이 바람과 파도의 충격을 효과적으로 흡수하도록 설계되었습니다. 이로 인해 진동이 최소화되고, 터빈의 효율성과 내구성이 향상됩니다.
• 균형 잡힌 하중 분배: 구조적 하중이 두 부유체에 고르게 분산되므로 플랫폼의 피로와 손상이 줄어듭니다.
• 설계 유연성: 트윈 헐 구조는 다양한 크기의 터빈을 지원할 수 있어, 기술 발전에 따른 확장성을 제공합니다.
• 중앙 연결부: 두 헐을 연결하는 구조는 강도를 높이는 동시에 유연성을 제공하며, 환경적 스트레스에 대한 저항성을 강화합니다.

Twin Hull System

2. 자기 정렬 시스템 (Weathervaning System)

 

SATH 플랫폼은 환경 조건(예: 바람 방향, 해류)에 따라 자동으로 방향을 조정할 수 있는 자기 정렬(self-alignment) 기술을 갖추고 있습니다. 이는 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 효율 극대화: 터빈이 항상 최적의 풍속을 포착할 수 있도록 방향이 조정됩니다.
• 구조적 보호: 바람과 해류에 대한 대응력이 향상되어 플랫폼의 스트레스와 마모를 줄입니다.
• 운영 비용 감소: 정렬 시스템 덕분에 추가적인 유지보수 요구가 줄어들어 장기적인 비용 절감이 가능합니다.
• 자체 조정 기계 장치: 센서와 자동화 기술이 결합되어 환경 변화를 실시간으로 감지하고 최적의 위치를 유지합니다.

 

3. 강철 및 콘크리트 복합 재료

 

SATH는 강철과 콘크리트를 결합한 재료를 사용하여 내구성을 높이고 비용을 줄입니다.

• 강철: 주요 하중 지점에서 높은 강도를 제공하며, 구조적 안정성을 유지합니다.
• 콘크리트: 부유체의 대부분을 구성하며, 낮은 비용으로 높은 부력을 제공합니다.
• 내식성: 해양 환경에서의 부식을 방지하기 위해 특수 코팅과 내식성 콘크리트가 사용됩니다.
• 환경적 장점: 콘크리트의 긴 수명은 유지보수 빈도를 줄이고, 환경에 미치는 영향을 최소화합니다.

4. 간소화된 설치

 

SATH 플랫폼은 육상에서 완전히 조립된 후, 예인선을 통해 설치 지점으로 이동합니다. 

• 효율적인 조립: 기존 항구 시설에서 조립이 가능하여 추가적인 인프라 투자가 필요하지 않습니다.
• 빠른 설치: 설치 속도가 기존 부유식 플랫폼보다 30% 이상 빠릅니다.
• 낮은 초기 비용: 간소화된 설치 과정은 초기 자본 지출(CAPEX)을 크게 줄입니다.
• 운송 용이성: 플랫폼은 표준 예인선을 사용하여 간편하게 이동할 수 있으며, 복잡한 해상 운송 장비가 필요하지 않습니다.

DemoSATH 프로젝트의 주요 데이터

1. 프로젝트 위치

 

DemoSATH는 스페인의 비스케이만(Bay of Biscay)에서 진행되었습니다. 이 지역은 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다. 

• 심해 환경: 약 85m의 수심은 부유식 플랫폼 기술을 테스트하기에 이상적입니다.
• 강한 풍속: 비스케이만은 안정적이고 강한 바람 조건을 제공하여 터빈의 성능을 극대화할 수 있습니다.
• 파고와 조류: 해양 조건이 다양하여 SATH의 안정성을 평가하는 데 적합한 환경을 제공합니다.

2. 설치된 터빈

 

프로젝트에는 2MW 규모의 풍력 터빈이 SATH 플랫폼 위에 설치되었습니다. 이 터빈은 다음과 같은 목표를 달성하는 데 사용되었습니다. 

• SATH 플랫폼의 하중 분배 및 진동 특성을 평가: 플랫폼이 터빈의 무게와 환경적 스트레스를 효과적으로 흡수하는지 확인.
• 에너지 생산량 검증: 다양한 해양 조건에서 터빈이 얼마나 효율적으로 에너지를 생산하는지 평가.

3. 운영 데이터 수집

 

DemoSATH는 다음과 같은 데이터를 수집하여 기술 성능과 비용 효율성을 평가하고 있습니다. 

 

• 하중 분포 및 진동: 플랫폼과 터빈의 안정성을 보장하기 위한 기초 데이터를 제공합니다.
• 환경 반응: 파고, 바람, 조류와 같은 외부 조건에 대한 플랫폼의 반응을 기록합니다.
• 유지보수 요구: 장기적인 운영 효율성을 평가하기 위한 데이터를 수집.
• 운영 비용 데이터: 터빈 가동 중 발생하는 운영 및 유지보수 비용 데이터를 수집하여 상업적 타당성을 검토.

주요 결과 및 영향

1. 안정성 검증

• SATH 플랫폼은 강한 파고와 바람에도 구조적 안정성을 유지하며, 진동과 마모를 최소화하는 데 성공했습니다.
• 비교 결과: 기존 플랫폼 대비 더 낮은 진동 수치와 더 긴 수명을 기록하며 기술적 우위를 입증했습니다.

2. 비용 효율성

• DemoSATH는 초기 설치 비용을 기존 부유식 플랫폼에 비해 약 20~30% 절감하는 데 성공했습니다. 이는 상업화 가능성을 높이는 중요한 요인으로 작용합니다.
• 운영 비용 절감: 효율적인 자기 정렬 시스템과 내구성 높은 재료 사용 덕분에 유지보수 비용도 크게 줄었습니다.

3. 환경 영향 최소화

• 플랫폼은 주변 해양 생태계와 잘 조화되었으며, 설치 및 운영 과정에서 환경 영향을 최소화했습니다.
• 생물 다양성 보존: 트윈 헐 구조는 해양 생물이 서식할 수 있는 공간을 제공하며, 환경적 조화를 강화합니다.

4. 확장 가능성

• DemoSATH의 성공은 SATH 기술이 대규모 상업 프로젝트에 적용될 수 있는 가능성을 제시했습니다.
• 대형 터빈 적용 가능성: 현재 2MW 규모로 시험되었지만, 향후 10MW 이상의 대형 터빈도 지원할 수 있는 확장성을 확인했습니다.
• 다양한 지역 적용: 심해 및 다양한 기상 조건에서도 작동 가능성을 입증하며, 글로벌 시장에서의 확장 가능성을 보였습니다.

DemoSATH 프로젝트는 부유식 해상풍력 기술의 상용화 가능성을 입증하는 중요한 사례로, SATH 플랫폼의 경제성과 기술적 우수성을 강조합니다. 강력한 설계, 간소화된 설치, 비용 효율성, 그리고 환경 친화성을 통해 DemoSATH는 심해 풍력 에너지의 미래를 제시하고 있습니다. 이를 바탕으로 SATH 기술은 글로벌 풍력 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

 

추가적으로 DemoSATH는 해양 풍력의 지속 가능성과 상업적 확장을 지원하는 데이터 기반의 설계 최적화를 통해 미래 에너지 산업의 변화를 선도할 것입니다.