사례로본부유식상풍의 시사과 울산적용가능성 부유식 ...kfem.or.kr/wp-content/uploads/2017/07/... · 2017-07-10 · WindFloat Pacific Demonstration Project [일반사항]WindFloat

사례로 본 부유식 해상풍력의 시사점과 울산적용 가능성

부유식 해상풍력발전의 경제성

June. 2017

“석기시대는 돌이 부족해서 끝난 것이 아니다.

석유의 시대도 종말을 고하겠지만, 석유가 부족해서 끝나지는 않는다.”

– 셰이크 야마니 (사우디 석유장관의 예언)

화석에너지 시대에서 재생가능에너지로 넘어가는 것은 화석에너지가고갈되서 진행되는 것이 아닙니다.

일단 설치된 풍력발전사업은…

연료가 공짜다.

생산된 전력은 한국전력이 모두 매입해야 되므로 영업이 필요 없다.

재고가 없다.

결재 대금은 모두 어음이 아닌 현금 결재이다.

생산된 제품은 전력이므로 배달이 필요 없다.

풍력발전사업은…

28 June 2017WindFloat market Strategy

Author : DHCHANG2

서남해해상풍력개발 단지 선정 시나리오..


Author : DHCHANG3

Scenario I Scenario II Scenario III

서남해해상풍력발전단지 시나리오… 그러나…

그리서… 시나리오 III로 제안…

2010년 11월 지식경제부가 전격 발표한

서남해안에 대규모해상풍력발전단지 건설 추진

100㎿ 실증단지를 시작으로 ‘19년까지총 2,500㎿ 건설 (9.2조원 투자)

현재는실증단지는 60+20㎿ 축소 추진이후 단계 추진은….

이곳은+ 국방과학연구소 훈련구역+ 공군훈련구역+ 해군훈련 구역임….

4WindFloat market Strategy

Author : DHCHANG

오바마 행정부의 해상풍력추진…

7 3 US DOE Offshore wind Pilot project


Author : DHCHANG5

Recipient : Maine Univ.DOE Fund : $4MScale : 6㎿ X 2setFoundation : Semi

Recipient : StatoilDOE Fund : $4MScale : 3㎿ X 4setFoundation : Spar

Recipient : FishermenDOE Fund : $4M + $5MScale : 5㎿ X 5setsFoundation : Fixed

Recipient : Dominion VirginiaDOE Fund : $4M + $5MScale : 6㎿ X 2setFoundation : Fixed

Recipient : BaryonyxDOE Fund : $4MScale : 6㎿ X 3setFoundation : Fixed

Recipient : Lake ErieDOE Fund : $4MScale : 3㎿ X 9setFoundation : Fixed

Recipient : Principle powerDOE Fund : $4M + $5MScale : 6㎿ X 5setFoundation : Semi

WindFloat Pacific Demonstration Project

[일반사항]


Author : DHCHANG6

30[㎿] 5기의 WindFloats와 6[㎿] Siemens 풍력발전기 오래곤 주, Coos bay로 부터 서쪽 25[㎞] 지점 수심 350 [m] 25년의 수명 전력 수요처 Jordan Cove Energy 계통 연결 - South Dunes Power Plant (JCE) 공사 완공 및 준공 예정 2017 말


[WindFloat 란 ?]


Author : DHCHANG7

Principle Power Inc.

WindFloat의 용량 비교


Author : DHCHANG8

With 2㎿ Vestas WTG With 6㎿ Siemens WTG


WindFloat 사양비교


Author : DHCHANG9

규격 2㎿ 6㎿

WTG 공급사 Vestas Siemens

Rotor 지름 80m 154m

수심 13.7m 18m

Tower 높이 56m 88m

Column 높이 23.2m 27.5m

Column 지름 8.2m 10.5m

Column 간 거리 38m 50m

WEP 길이 12m 13.2m

Upper pontoon 1.5m 1.9m

Lower pontoon 2.1m 2.7m

V-Brace 지름 1.5m 1.9m

배수량 2,800tonnes 6,000tonnes

선체 무게 1,350tonnes 2,000tonnes

PPI’s Original Spec’WEP : Water-Entrapment Plate


Siemens 6㎿ class WTG : SWT-6.0-154


Author : DHCHANG10

Fairlead details

Water-Entrapment Plate


WindFloat 계류설비 @ NREL 5㎿


Author : DHCHANG11

4 계류선

WTG column에 2개 선

다른 column 각각 1개 선

각각의 계류선 76.2㎜Chain @ Fairlead

127㎜ Polyester rope 또는 3 Inch 6-strand Wire

3 Inch (76.2㎜) anchor까지 Chain @ bottom

Clump weight

상부 Chain과 Polyester rope 사이에Tension을 제어하기 위한 중력장치

재질 : Steel or Concrete

Clump weight

Upper chain

Lower chain

Polyester rope

Power line

#1 Column

#2 Column

#3 Column

8~12t VLA Anchor


Mooring system


Author : DHCHANG12

Catenary system

Anchoring and mooring installation

Ployester rope

AnchorsVLA Anchor

Offshore wind is in a steep development

phase


Author : DHCHANG13

육상풍력 50[㎿]

고정식 해상풍력 300[㎿]

부유식 해상풍력 500[㎿]

WindFarm project size

Type of foundation

technologies

for Offshore Wind

Development Stage of Alternative Floating

Technologies


Author : DHCHANG14

State of development of selected floating turbine concepts

Sem

i-su

bm

ers

ible

Spar

TLP

Concept development Scale testing Full scale prototype Pre-commercial/Commercial

WindFloat (US/PT)

Mitsui (JP)

Mitsubishi(JP)

Hywind(NO)Toda(JP)

Japan Marine (JP)

Nautica AFT (US))Sea Twirl (SW))

Sway(NO))

Gicon (GE))

Blue H(GE))

Pelastar (US)

Iberdrola Etorgai (SP)

Mitsui (JP)

Source: Main(e) International Consulting, LLC

“The range of Technology concepts still present in the floating foundation segment indicates the industry’s immaturity. (…) Announced near-term installations of floating wind turbines, also for 6 MW and larger, will likely weed out non-viable foundation concepts to ease the industry toward a technology consensus”IHS, May 2013

Hywind technology with much higher installation costs and higher large correctives costs

DeepCWind(US)

Winflo (FR)

Nénuphar (FR)

Gusto (NL)

Ideol (FR)

The WindFloat is ahead in commercial deployment vs. most competitors

CAPEX Analysis for 2, 6, 12[㎿] Float


Author : DHCHANG15

8.3[억원/㎿]

24.0[억원/㎿]13.3[억원/㎿]

Floating offshore wind turbine

Additional = Inducing Wave energy

WindFloat market Strategy

Author : DHCHANG16

Oscillating water column

Spherical wave energy

device

Oscillating vertical plates

WindFloat market Strategy

Author : DHCHANG

한국 1998년 제주 행원에 Vestas 600[ ]를

설치 이후, 2016년까지 총 1,031[㎿], 80[개소],

531[기] 설치.

세계 최대 공급사인 VESTAS는 2016년9,957[㎿], 4,264[기] 공급

한국의 풍력 시장과 풍력산업 !

산업 구축 전략의 부재

중국은 2016년에만, 22,328[㎿]를 설치하였음.

향후 한국의 육상풍력인 경우, 미래 설치 가능 용량은 ?

10,000[㎿]? 겨우 Vestas의 2년 생산 공급량. 산업화??

풍력산업은 기술확보 보다는 시장 확보가 관건임.

국산산업 육성 Frame에 갇힌 국산화 전략은 유효하지 않음.

민간투자 Margin을 확보가 가능한 시장확보 전개 전략 구축부유식 해상 풍력 ex) 제주 해역 114,950[㎢]. 1[기/㎢,8.3[㎿]]를 설치한다면?

114,950[기], 954,000[㎿], 250[억원/기], 10[기/일], 20년 설치공급 물량 임. 2,500[억원/일], 91[조/년] 매출 규모의 산업임.


Author : DHCHANG17

왜 MS는 바다로 갔을까?

Floating offshore Data Centers- 3 Columns 13m Dia, 30m Height

- And Fiber Optic cables, Powers and Coolings


Author : DHCHANG18

전기 먹은 하마….

일자리가 없는 경제에 도움이 되지 않는 시설…

한국이 Data center 유치에 유리한 이유는…

Data center는 냉각을 위해서 동남아보다 낮은 온도..

냉각 때문에 원전처럼 강가에 세워서 냉각해야 한다.

Data center에서 부유식해상풍력발전..….

풍력발전단지는 대략 80여개의 군을 이룬다.

냉각을 위한 차가운 바닷물이 존재한다.

연료비가 공짜인 전력을 생산한다.

정비와 상태 감시를 위해서 초고속 Fiber Optic cable이 기본으로설치된다.

Data Big bang 시대에….

Data Center는 ?


Author : DHCHANG19

국내 감축 방안

정부 INDC (자발적 기여 방안)에 따라 `30년 감축목표 37%.

2014년 COP20 페루 리마 총회에서 INDC “감축목표 후퇴방지”

37% 중 18.3% 부유식 해상 풍력으로 전환 할 경우,

11.3%는 국제시장(IMM, International Market Mechanism)을 통해 배출권 구입 11.3% 부유식 해상풍력으로 전환

25.7%는 국내 감축을 통해 달성 7% 부유식 해상풍력 담당

2030년 온실가스 감축목표 37% 감축방안 부유식 해상 풍력 11.3%를 국내 시장에서 조달


Author : DHCHANG20

RPS 시장 : 20[GW] until 2024

2024년 제7차 전력수급기본계획625,000,000[㎿h] 10[%] Renewables

energy 62,500,000[㎿h]

62,500,000[㎿h]/8,760Hr/0.35[이용율]

20,385[㎿]

지속 성장이 가능한 부유식 해상 풍력의 내수 시장바다를 보면 시장이 보입니다.

한국의 부유식 풍력시장

COP 21 신기후 체제 37% : 84[GW] until 2030 11.3% 해상풍력으로 전환

기존 25.7%에서 7%를 해상풍력 부분으로할당

제2차 국가에너지 기본계획 및 제4차 신·재생에너지 기본계획 : 9[GW] until 2035 2035년까지 육상풍력 3,000[㎿], 해상풍력 10,000[㎿]


Author : DHCHANG21

해상 풍력 발전 전력 생산 단가는…

EU 에너지 기업 Dong Energy가 네델란드 Borssele1&2 700㎿ 해상풍력발전단지를 72.7[€/㎿h] (=80[$/㎿h]=88,0[₩/㎾h])에 사업권을 수주, 이전력단가는 세계 최저 수준임.

Borssele Offshore Wind farm은 기선에서 약 22km, 수심 14~30m인 해상에 Mono-pile type Foundation 위에 설치될 예정임.

Dong Energy는 15년 동안 전력을 판매하고, 그이후로는 시장가격으로 전력을 판매할 예정.(단, 공사비에서 송전선로 비용은 제외됨.)

그리고, 고정식 해상 풍력도 못하는데, 부유식해상풍력은 시기상조이고너무 비쌀 것이다. ???

독일육상풍력 입찰에서시민풍력이 대거 수주(5월19일 ‘17)70개 입찰 중에 시민풍력은93%인 65개 수주 807㎿입찰 용량 중 96%를시민풍력이 수주... 낙찰평균가는 57.1[€/㎿h] = 약69[₩/㎾h]


Author : DHCHANG22


Budget


Author : DHCHANG23

Oregon WFP Project CAPEX 97[억원/㎿] @ 30[㎿] Korea FOWT CAPEX 43[억원/㎿] @ 500[㎿] Conditions

154[㎸] Transmission to Grid 50[㎞], Offshore substation, included. 6.7[㎿] X 75sets = 502.5[㎿] Turbine 6.7[㎿]-171, 110[억원/기] by GW. 8.3[㎿]-164, 160[억원/기] by MHI Vestas. Without Grid cost, CAPEX 35[억원/㎿] 임.

FOWT CAPEXBigger is Better! But Technical Challenge

Market


Author : DHCHANG24

Future Offshore wind costs analysis

Validation 4-A-14 : 4[㎿] – A site – 2014 FID (Final Investment Decision

Water depth Base port distance Wind Speed UK wind site

Type A 25[m] 40[㎞] 9[㎧] Walney 1&2, Westermost Rough

Type D 35[m] 125[㎞] 10[㎧] Creyke Beck (Doggrer Bank), Horon (Hornsea)

Future renewable energy costs: Offshore wind, KIC InnoEnergy, 2014

탐라해상풍력

1,500[억원] @ 30[㎿] 50[억원/㎿]

서남해해상풍력

4,573[억원] @ 80[㎿] 57[억원/㎿]

중국 장쑤해상풍력

Siemens 4[㎿]-130, Class Ib, 37[기]

Goldwind 3[㎿]-121, Class IIIb, 18[기]

Total 202[㎿]

Offshore Substation 2[기], Export cable 12[㎞], Array cable 34[㎞]

5,738[억원] @ 202[㎿] 28.4[억원/㎿]

제주육상삼달풍력발전소 (한신에너지, 2009년 준공)

880[억원] @ 33[㎿] 26.7[억원/㎿]

국내 CAPEX ?


Author : DHCHANG26

Commercial Project LCOE - Commercial Project Vestas 8.33 Base.

LCOELCOE

Share (%)

Turbine Supply

Turbine Supply 45.87 28.73%

Substructure Supply EPCI

Floating Substructure 28.12 17.38%

Station Keeping System 5.86 3.67%

Installation EPCI

Ports & Staging 1.25 0.78%

Offshore Installation (no export) 4.34 2.72%

IAC & Accessories Supply 3.60 2.25%

Electrical Infrastucture

Export System Supply 12.49 7.72%

Export System Installation 1.91 1.20%

Sponsor Costs

DEVEX 4.60 2.88%

Project Management 1.09 0.67%

Insurance 1.68 1.04%

Legal & Financing 1.10 0.68%

CAPEX Contingency

Contingency Budget 8.04 4.97%

OPEX

OPEX 41.73 26.13%

Decommissioning

Decommissioning 0.09 0.06%

TOTAL LCOE 161.76 100.00%0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

LC

OE

($

/MW

h)

LCOE

Decommissioning

OPEX

CAPEX Contingency

Sponsor Costs

Export System

Installation and IACEPCI

SubstructureSupply EPCI

Turbine Supply


Author : DHCHANG27

Sensitivity Analysis - Comparative Results

162 169 188 196161 169 184 193

LCOE ($/MWh)

Vestas 8.33 MW Siemens 6 MW

3,955 4,1873,952 4,183

4,459 4,7494,455 4,747

CAPEX ($/kW)

Vestas 8.33 MW Siemens 6 MW

OPEX

Range : 1.7~4.5[ct/㎾h] Average OPEX : 2.65[ct/㎾h]


Author : DHCHANG28

5.5[㎿] 부유식 풍력발전 CAPEX


Author : DHCHANG29

분야 산업별 Structure 제조 가격

Offshore structure : 약 1[천만원/MT]

Ship structure : 약 45[십만원/MT]

Fixed WTG foundation : 약 28[십만원/MT]

Road Bridge structure : 약 24[십만원/MT]

Wind Tower structure : 약 20[십만원/MT]

Floater의 제조 가격의 목표 : < 3[백만원/MT]

풍력

터빈

110[억

원/기

]부

유체

80[억

원/기

]

풍력터빈700[톤]

부유체2,300[톤]

190[억원/T]@3,000[톤]

WindFloat for 6 [㎿]


Author : DHCHANG30

육상풍력의 직·간접 고용효과

유럽 풍력협회 (EWEA) 자료로서 15.1[명/㎿] 타 산업에 비해 고용효과가 탁월함.

해상풍력의 직·간접 고용효과 EWEA는 Europe에서 Wind energy 분야는 향후 10[년] 동안 직·간접 신규 고용은 약

273,000[개]에 이를 것으로 평가하고 있음.

2020[년]까지 462,000[개]의 직·간접 신규 고용으로 확대 예상함.

이와 관련하여 Offshore wind energy 분야는 각각 134,000[개]에서 169,000[개]로 예상하고있음.

Europe에서 2030년까지 광범위하게 Offshore wind energy는 증가될 것이며, 480,000[개]

의 신규 고용과 14,000[㎿]의 해상풍력발전이 신규로 건설을 예측함.

이중 300,000[개]의 해상풍력발전에서 신규고용이 유발 효과가 있다고 하므로, 해상풍력발전에서의 신규고용창출효과는 21.4[명/㎿]임.

해상풍력의 고용효과


Author : DHCHANG31

해상풍력의 고용효과

국회·재생에너지 포럼 : 해상풍력산업화 전망과 과제 (‘17 6. 8.)


Author : DHCHANG32

덴마크 Anholt 400[㎿] 해상풍력 지역 산업 효과

33HYUNDAI BLUETEC

환율기준120KRW/DKK1,492KRW/EUR’13.2.4. 매매기준율

약 2조원

약8,400억원

약264억원

연관 사업의 확대와 신산업

국회·재생에너지 포럼 : 해상풍력산업화 전망과 과제 (‘17 6. 8.)

부유식해상풍력발전산업 = 조선산업 + 대량생산 대량생산 : 10[기/Day]

대형 조선소 보다는 중소형 선각 제조 공장에서 성장…..


Author : DHCHANG34

Why is FOWT industries in Korea?

FOWT is existed a spectrum industries in

Korea


Author : DHCHANG35

How to build the ships in KoreaThe Korea shipbuilding block method system &

No-Dry dock method (On-land system)

Kilo Block Mega Block Giga Block Tera Block

100~500t 2,000~3,000t 4,000~6,000t > 10,000t

100~200EA 10EA 5~6EA 1~2EA

Unit block size

Block q’ty/Ship


Author : DHCHANG36

How to build the Windfloat in Korea

Block method


Author : DHCHANG37

How to build the Windfloat in Korea

Launching without Dry-dock


Author : DHCHANG38

최첨단의 공학 기술초전도 발전기 1


Author : DHCHANG39

최첨단의 공학 기술초전도 발전기 2


Author : DHCHANG40

최첨단 공학 기술탄소섬유의 Blade 1


Author : DHCHANG41

최첨단 공학 기술탄소섬유의 Blade 2

가벼운 탐소섬유

Sandia Lab에서 연구중인 200[m] Blade50[㎿] Wind turbine 개념도

Flexible main shaft 적용


Author : DHCHANG42

40㎞

1,000㎿

K0158㎞

33㎞

37㎞345kV S/S

2,000㎿

B02

500㎿

B01

부유식해상풍력의 세계 최고의 최적지…경주, 울산, 부산의 부유식 해상 풍력 후보지

총 규모 3,500㎿ 약 15조 4천억 투자 122,500명의 고용창출 100% 민간 투자의 지역 경제 활성화

• 수심이 매우 깊고 제주도에 못지 않은 풍력에너지가 존재한다.

• 주변 원전이 많아 기존 송전선로 확보가 용이하고, 이에 대한 추가적인 경제적 부담이 없다.

• 주변의 풍성한 전력 소비처는 경제적으로 부담되는 ESS등을 고려할 필요가 없다.

• 고리 1호기 폐로 및 신고리 5.6호기 건설 중단에 따른 대체 전력으로서 시사하는 바가 매우 크다.

• 주변 산업 인프라가 풍성해서 산업적 이해가 매우 빠르고 산업화를 빠르게 진행할 수 있다.

• 조선 및 자동차 대처 산업으로서 추진이 가능한 대체산업의 효과가 크다.


Author : DHCHANG43

WindFloat Being Embraced by the Global

Marketplace


Author : DHCHANG44

ENERGY TECHNOLOGY DEPLOYMENT


Author : DHCHANG45

총투자비 (a) : 22,000억원

자기자본 (b = a X 20%) : 4,400억원

주민참여비율 : 880억원

c=bX20% : 880억원

c=aX4% : 880억원

예상 연매출 : 3,750억원

주민참여 추가 연매출 : 263억원

주민참여 방안…

263 억원은 주민 참여시 추가로 발생하는매출이므로 구조임.

880억원은 연이율 12%로도 7년이면 원금과이자 모두 환불 가능.

사업자는 최소 당기순이익을 년매출 10%를계약적 합의.

당기순이익 375억원 중 20%인 최소 년75억원현금 배당 구조임.

“발전소 주변 지역 지원에 관한 법률”에중앙정부의한 지원 (단, 현물지원에 한함.)

특별지원 (d=aX1.5%, 1회 지원) : 330억원

일반지원금 (0.1원/㎾h, 매년 지원) : 1.3억원

주민참여형 부유식 해상 풍력규모 500[ ], 기선 50[㎞], 민자 100% 투자금 2조2천억원 규모


Author : DHCHANG46

SMP ? 감가상각은 신규 발전원에 대한

Handicap으로 작용함.

원전 전력의 구입 발전단가는 40[원/ h]?

제외된 보이지 않은 무형의 발생 비용 체르노빌 (약265조원), 스리마일 섬(약2조원),

후쿠시마(최소81조원)의 사고발생 비용(괄호는 사고복구 비용)

사용 후 해체 복구 비용 사용 후 고준위 핵 폐기물 처리 비용

모든 비용이 포함된 원전 전력 구입 단가 재 산정 작업 일본발전단가검증위원회 : 123.8[원/㎾h]

미국의 MIT의 분석 자료 : 114.8[원/㎾h]

바닥 치는 유가는 한국 FOWT 산업에어떤 영향을 미치는가?


Author : DHCHANG47

한국 23기를 모두 해체 비용 추정치 유럽감사원 (ECA) 기준 : 약 23.6조원 한국 기준 : 약 9.2조원

한국 원전 사업자의 사고 시 배상 책임? 약 5,000억원 유한책임으로 규정 500억원의 손해배상조치 (민간책임보험 및

정부보상계약) 만을 의무화 추가적 비용 적립 부재

유럽의 풍력 사업 SMP? 최근 입찰 참여의 결과 (환율 1,210원) 해상풍력 Dong Energy 88[원/㎾h] @700[㎿] 육상풍력 시민풍력 69[원/㎾h] @807[㎿]

해상풍력의 발전단가는원자력발전보다 비싸지가

않아요.

아세요!!1958년도 도입한 국내 최초 1호 원자로

“트리가 마크-2”는 문화재로 등재… (’14 1/17일 기사)

원전은 거대한 바닷물 데우는 장치! 총 에너지의 1/3 전력 생산 총 에너지의 2/3 폐열임.

1,000[㎿] 전력을 생산할 경우,

2,000[㎿]는 폐열로 해양에 버림 2,000[㎿]의 폐열의 량? 바닷물을 70[톤/초]을 7℃ 높임.

우리나라 총 수자원 부존량은73,100[백만톤/년] 임.

국내 원전 전력 24,516[㎿/26기]

2,208[백만톤/년/2,000㎿], 7℃높임.

27,060[백만톤] X 80%[이용율] =

21,648[백만톤]의 바닷물을7 [°C] 높이는 열량

원자력 발전은 CO2 온실가스를 전혀 발생시키지 않는다.

그래서 원전은 지구온난화의 유일한 대안이다.


Author : DHCHANG48

우리나라 총 수자원 부존량의 30%에 해당하는 21,648[백만톤/년]의 해수를7 [°C] 높이게 되며, 이것은 해수에 용해된 CO2가 기화되어 대기 중으로발산하여 지구의 온난화를 가속시킴.

Energy LCOE based on time

핵발전 후손에게 빛!!, 부유식 해상풍력 후손에게 선물!!


Author : DHCHANG49

속썩이는 바람이 FOWT를 만나면….

많은 해법을 제시합니다.

부유식해상풍력발전산업

어족자원의 보호여력의 전력으로 국내 어업 활성화

중·소 조선소 위기강력한 구조조정과 산업전환 시기

산업 환경적 조건잘 구축된 조선·해양 산업

신규 발전원 개발화석연료와 원전의 대체 발전원 수요 발생

제철산업의 신규수요제철산업 시장 포화로 신규 시장 창출 확보

자연 환경적 조건풍부한 풍황지역의 깊은 수심

좋은 신규 고용 창출21.4명/㎿,10,700/500㎿, 214,000/10GW


Author : DHCHANG50

Conclusion !

Daihyun Chang’s Word


Author : DHCHANG51

대한민국에는“부유식해상풍력발전산업”이

있습니다.

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사례로본부유식상풍의 시사과 울산적용가능성 부유식 ...kfem.or.kr/wp-content/uploads/2017/07/... · 2017-07-10 · WindFloat Pacific Demonstration Project [일반사항]WindFloat