해상풍력 에너지원 개발 기반기술 활용
그린에너지 창출이라는 국가정책 부합
한국건설기술연구원 SOC성능연구소 GEO-인프라연구실 조삼덕 해상 풍력기초 시스템 연구단장(사진)의 목소리는 인터뷰 내내 자신감에 넘쳤다.
이번 연구는 4년의 연구개발 기간내에 해상 풍력발전 구조물 지지체 설계 및 시공 기술 수요 분석, 핵심기술 개발, 현장 실증 연구를 수행해 실용화 기반을 구축하고, 향후 수년내에 국내 해상 풍력 에너지원 개발 사업의 기반 기술로 활용하는 것을 최종 목표로 하고 있다.
연구기간은 지난 2010년 9월3일부터 시작해 오는 2014년 9월2일까지 4년 동안이며, 총 175억원의 연구비가 투입된다.
조삼덕 단장은 “그동안 해상풍력 발전은 중공업사들의 주도하에 개발이 이뤄졌으나, 최근 발전터빈의 규모가 커지다 보니 하중이 크게 작용을 하게 되고, 이로 인한 시공비의 규모가 점차 확대되면서 토목의 비중과 중요성이 커진 상황”이라고 설명했다.
이어 “즉, 해상풍력 발전 시공시 하부구조물이 차지하는 비율이 30~40%로 그 비중이 높아짐에 따라 기존 외국에서 사용했던 공법보다 훨씬 효율적인 시공법을 개발한다면, 하부구조물에 대한 경쟁력이 확보돼 오히려 외국으로 수출도 가능할 수 있게 된다”고 덧붙였다.
이같은 신재생 에너지원 확보를 위한 ‘해상풍력 발전 기초 시스템’에는 크게 두 가지 연구개발 과제가 있다.
수심 30m 정도 조건에서의 대구경 해상 모노파일 시스템과 수심 60m 정도 조건에서의 버켓기초 시스템 개발이 바로 그것.
조 단장은 “특히, 버켓기초와 같이 중력과 진공압을 이용하는 시스템의 경우 시공이 빠르고 경제성이 뛰어나다는 장점이 있지만, 해저지반이 균질하지 않다 보니 수직도를 1도 이내로 유지할 수 있게 해주는 버켓기초 관입장치도 개발 중”이라고 말했다.
또한, 모노파일 시스템은 해저지면이 암반지반일 경우 굴착을 해야 하는데 현재 암반 굴착시스템 중 주로 사용되고 있는 RCD 공법은 직경 5m 정도로 뚫어야 하는 곳에선 반력이 크지 않아 시공 속도가 느리다는 단점이 있다.
이에 연구원은 다수의 해머를 이용해 암반을 깨는 시스템을 이용해 속도를 높인 천공장비와 구동 베이스머신을 개발해 지난 5월 육상에서 비교 시험을 실시한 결과, 기존 굴착속도보다 무려 300% 이상 높은 효율을 가져올 수 있었다.
이런 연구결과를 도출하고 검증하는데는 물론 많은 어려움이 있었다.
그는 “바다에서 이뤄져야 하는 연구개발 과제이다 보니, 기후에 민감한 해상조건을 고려해야 하며, 또한 개발한 기초구조물에 대한 해상 실증을 위해서는 풍력 발전기와 타워 시공이 필요하므로 테스트베드를 위해서는 해상풍력단지의 본 사업과 연계해 추진해야 하는 어려움이 있다”고 말했다.
특히 “대형 국가 R&D 사업의 문제점은 테스트베드”라며 “연구개발 중인 기술을 본 사업에 테스트베드로 적용시 문제가 생길 경우에 대한 책임 소재가 큰 걸림돌”이라고 꼬집었다.
이를 해결하기 위해서는 연구개발 단계를 나눠 1단계 연구에서는 핵심 요소기술 개발을 완료한 뒤, 사업주체와의 협의를 위한 기간을 주고 2단계 연구에서는 사업주체와 같이 테스트베드를 통해 검증을 하는 것이 좋은 방법일 것이라는 게 그의 의견이다.
조삼덕 단장은 “본 개발기술은 그린에너지 창출이라는 국가정책과 세계적인 정책기조에 부합하므로, Test Bed 적용을 통한 성과검증이 되면 실용화가 용이하다”고 밝혔다.
이어 “현장적용 방안은 해상풍력사업이 본격화되는 시점에 발맞추어 현장실증연구가 수행되기 때문에, 우선적으로 해상풍력단지 입지로 선정된 지역에서 이번 연구의 성과를 직접적으로 활용할 수 있다”고 덧붙였다.
