한국건설기술연구원(원장 이태식)은 해상풍력발전단지의 건설비용을 약 15% 이상 절감할 수 있는 ‘해상풍력 하이브리드 지지구조물 공법’을 개발했다고 밝혔다.

지지구조물은 해저지반 아래에서부터 해수면 근처까지 설치되는 구조물로 해상풍력발전의 경우 해상에 설치되는 풍력 터빈 및 타워를 지지하는 구조물을 말한다.

KICT 구조융합연구소 정연주 박사 연구팀이 개발한 ‘해상풍력 하이브리드 지지구조물 공법’은 기존 해상풍력 지지구조물의 문제점을 해결하고 이를 대체할 수 있는 새 공법으로 바다에서 구조물 안전성을 향상시키면서 해저면 급속정착 및 설치 공법을 적용해 건설비용을 절감할 수 있게 됐다.

해상풍력 지지구조물은 해상풍력단지 건설에서 전체 비용의 약 40%를 차지할 정도로 중요한 요소로 바닷물 속에서 설치 작업이 이뤄지기 때문에 많은 비용 투입을 필요로 한다.

새로운 ‘해상풍력 하이브리드 지지구조물 공법’은 다수의 강관과 콘크리트 부재를 결합시켜 바닷물 속에서는 파도와 조류의 영향을 줄임과 동시에 바닷물 위에서 작용하는 힘인 터빈 하중과 바람에 의해 지지구조물이 넘어지려는 위험성(전도)을 감소시켰다. 이에 따라 연약지반에서 기초(말뚝) 시공에 소요되는 비용도 절감할 수 있게 됐다.

지지구조물을 해저지반에 설치할 시에는 석션파일을 이용해 해저면에 급속으로 정착시키고 빠른 시간 내에 수직도 확보가 가능하도록 하는 급속정착 공법을 사용, 해상공사기간 및 공사비를 절감케 했다.

이번에 개발된 하이브리드 지지구조물은 터빈하중, 바람, 파도, 조류 등의 여러 하중이 조화된(Coupled) 해석에 의해 설계돼 안전성과 효율성이 인정돼 해상풍력 지지구조물분야의 설계적합성평가 인증을 획득했다.

기존 공법은 해상풍력 특성상 바닷물 위에서는 해상풍력 터빈하중과 바람을 지속적으로 받고 바닷물 속에서는 파도와 조류를 지속적으로 받기 때문에 안전성 확보와 설계가 까다로운 문제점이 있어 각각의 하중이 분리된(Uncoupled) 해석과 설계가 이뤄지고 있었다.

이번에 개발된 하이브리드 지지구조물은 터빈하중, 바람, 파도, 조류 등 여러 하중이 조화된 해석을 바탕으로 복잡한 해상풍력발전 시스템의 거동을 정확하게 반영한 설계를 완료했으며 이를 바탕으로 한국선급으로부터 해상풍력 지지구조물 분야의 설계적합성평가 인증을 획득했다.

정연주 연구팀장은 “새로운 하이브리드 지지구조물을 정부에서 추진 중인 서남해 해상풍력발전단지 건설에 적용 시 연약지반에서 지지구조물의 안전성을 확보하기 위한 기술적인 문제점들을 해결하면서 지지구조물 건설에 소요되는 비용을 약 15% 이상 절감할 수 있을 것으로 예상한다”고 밝혔다.

이태식 KICT 원장은 “해상풍력 지지구조물분야에서 설계적합성평가 인증을 획득한 ‘해상풍력 하이브리드 지지구조물 공법’은 국내에 관련분야 전문가가 부족하고 유럽의 선진국에 기술 종속적인 현 실정에 비춰볼 때 국내 엔지니어링 기술의 자립화와 선진화를 촉진시키는 기폭제가 될 것으로 기대한다”고 밝혔다.