있으며, 현재 제주대학교에서 행원 풍력발전단지를 대상으로 리파워링 타당성에
2. 연구동향 (Supervisory Control and Data Acquisition) 데이터에 적용한 결과이다. 단, 모 든 테스트 풍력터빈은 2009년에 기어박스가 교체되었다. 캐나다의 분석방법을 적 용한 결과, 2009년 기어박스를 교체한 후에, 1년간의 시운전 기간을 제외한 2011 년부터 성능저하를 보였다.
Fig. 1 Normalized capacity factor of Hankyeong wind farm
Table 1 Power performance degradation using the method in Canada
WTG No.5 No.6 No.7 No.8 No.9
CF reduction
rate[%/yr] 0.238 0.881 0.998 -0.469 1.393
다섯 기의 평균 성능저하율은 0.61%/year이며, No.8 풍력터빈을 제외한 네 기 의 풍력터빈의 평균 성능저하율은 0.88%/year이었다. 특히, No.9 풍력터빈의 경 우, 평균 1.4%/year의 높은 성능저하율을 보이며, 캐나다에서 발표한 연간 1%의 성능저하율과 유사한 결과를 보였다. 풍력터빈의 설계수명인 20년이라는 장기적 인 기간을 두고 보았을 때, 20년 후의 No.9 풍력터빈의 경우 성능저하율은 27.86%가 된다.
이 분석방법은 후류 영향을 배제하지 않는다. 이웃한 풍력터빈 또는 주변의 장 애물 등에 의한 후류의 영향을 배제하지 않는다면, 풍속과 출력량의 비를 정확하 게 산출할 수 없기 때문에 출력성능 분석시에 상당한 불확도가 잔류하여 정확한
2) 국내의 풍력터빈 성능저하 분석 연구
국내의 에너지기술연구원에서 신안 풍력발전단지의 세 기의 풍력터빈을 대상 으로 성능저하를 분석한 결과, 연간 0.54%의 설비이용률 감소를 보고하였다.[14]
국내에서 시도된 풍력터빈 성능저하 분석방법은 이론 발전량과 실제 발전량의 차이로부터 구해진다. 이론 발전량을 산출하기 위해 나셀풍속을 라이다로부터 측 정된 자유유동 풍속 데이터와 나셀풍속 데이터의 상관관계를 이용한 보정식[15]
을 이용하여 유효풍속으로 보정하였다. 또한 주변의 풍력터빈과 장애물 등 후류 의 영향을 받는 유효구간 외의 왜곡된 데이터를 제거하여 자유유동풍속 데이터 만을 사용하여 연간 성능저하를 분석하였다.
Fig. 2 Difference of theoretical and actual power output of wind turbines in Hankyeong wind farm
Table 2 Power performance degradation using the KIER method
WTG No.5 No.6 No.7 No.8 No.9
CF reduction
rate[%/yr] 1.165 0.517 0.192 -0.195 0.179
Fig. 2와 Table 2는 국내에서 시도된 분석방법을 본 연구를 위해 사용된 테스 트 사이트 I 테스트 풍력터빈의 2008년부터 2013년까지의 6년간의 SCADA 데이 터에 적용한 결과이다. 이론 발전량은 나셀풍속에 NTF를 적용하여 보정된 유효 풍속으로부터 구하였다.
분석 결과, 다섯 기의 평균 성능저하율은 0.37%/year이었으며, 캐나다의 분석 방법을 적용한 결과와 마찬가지로 No.8 풍력터빈을 제외한 네 기의 터빈이 성능 저하를 보였다. No.8 풍력터빈을 제외한 네 기의 풍력터빈의 평균 성능저하율은 0.51%/year이며, 신안 풍력발전단지에서의 분석 결과인 0.54%와 상당히 근사한 값을 보였다.
후류의 영향을 제외하여 성능저하를 분석하는 이 방법은 캐나다에서 제안하는 분석방법과는 달리 보다 정확한 분석방법이라 여겨진다. 하지만 이 방법 역시 이 론적인 발전량을 산출해야하기 때문에 자유유동풍속 데이터가 필요하며, 이는 곧 기상탑 또는 라이다 데이터가 필요함을 의미한다.
3. 연구목적
본 연구는 풍력터빈 출력성능 저하를 분석하기 위하여 IEC 표준에 정해진 절 차에 따라 풍력터빈 성능저하 분석을 수행하였다. 하지만 IEC 61400-12-1에 따 른 기존의 성능평가 방법은 테스트 중인 풍력터빈으로부터 2～4D 거리에 위치하 는 기상탑을 요구하기 때문에 많은 시간과 비용의 제약을 받는다.
Albers 등[18]은 출력성능 평가시, 나셀풍속을 사용하는 방법이 기상탑으로부 터 측정된 풍속을 사용할 때에 비해 약 3배의 비용이 절감된다고 보고하였다.
Smith 등[19]은 다양한 실험을 통하여 나셀풍속과 기상탑으로부터 측정된 풍속 의 특정 상관관계가 있음을 밝혔다. Bach 등[20]은 Wind index를 이용하여 성능 저하 분석시 설비이용률의 감소의 원인이 실제 풍력터빈 성능의 감소가 원인인지, 바람조건 변화에 따른 감소가 원인인지에 대하여 연구하였다.
2013년, 나셀풍속에 근거한 풍력터빈의 출력곡선을 얻기 위한 방법을 제공하기 위한 IEC 61400-12-2가 출간되었다.[21] 이 규정은 기상탑과 풍력터빈의 거리가 2～4D일 때, 기상탑과 나셀 풍속계의 풍속 상관관계를 모델링하는 나셀 변환함 수를 제안한다.
Fig. 3 Actual capacity factor of wind turbines in Hankyeong wind farm
Fig. 3은 테스트 사이트 I의 테스트 풍력터빈에 대한 실제 설비이용률과 테스 트 사이트 I으로부터 4km 떨어진 고산 기상대의 10m 높이에서 측정된 6년간의 ASOS(Automated Surface Observing System) 데이터의 연간 평균 풍속을 함께 삽입하여 바람 경향에 따른 설비이용률의 변화를 나타내었다.