해상풍력 단지로 인해 해저 영향이 있을까?

지형 변화 및 세굴 (Scour)

바다 위에서는 해상풍력 발전기가 바람을 이용해 전기를 생산하여 유익하지만
바닷속에서는 어떤 영향이 있을까?

해상풍력발전기를 설치하는 공사 중에 물고기와 같은 해양생물이 살고 있는 바다의 생태계에는 어떤 영향이 있을지 궁금하지 않았나요?
해상풍력 발전단지 건설 전과 후의 바닷속 지형변화와 세굴을 살펴보면 그 해답을 찾을 수 있어요.

세굴(Scour)은 무엇이며 왜 중요할까?

① 바다에 흐르는 조류(current)가 설치된 구조물에 충돌하여 발생하는 와류(vortex)로 인해 구조물 주변의 토사가 깎여 나가는 현상입니다. 바다의 조류는 주기적인 왕복성 흐름으로 구조물 주변에 광범위하고 지속적인 영향을 미쳐 구조물이 불안정해질 수 있어요. 따라서 세굴로 인한 구조물의 안정성을 확보하기 위해 다양한 세굴방지 공법을 사용하기도 합니다.

[ 해양 구조물 주변 세굴 발달 과정 ]

출처 : https://www.usgs.gov
[ 세굴 방지공 예시 ]

출처 : https://www.jaegergroup.com

② 해저 면의 세굴로 인해 발생하는 부유사와 지형변화는 이곳에 살고 있는 동·식물의 생태환경에 영향을 미쳐 생물의 종류와 개체수가 증감할 수 있어요. 또한 부유사의 증가는 조개류와 새우류처럼 바닷물을 걸러서 유기물을 먹이로 취하는 생물 군집에 영향을 줄 수 있기 때문에 세굴에 대한 지속적인 모니터링은 매우 중요합니다.

[ 서남해 구조물 및 해저면 (수중촬영) ]

출처: 자체자료
[ 해상풍력 터빈에 의한 해양 환경영향 모식도 ]

출처: https://www.boem.gov

해저지형은 어떻게 관측할까?

① 다중 빔 음향측심기(Multi-beam Echo-sounder,MBES) 라는 장비를 선박에 설치하여 조사 해역을 이동하면서 수중으로 음파를 조사한 후 해저 면에 반사되어 수신되는 신호를 해석하고 이미지 프로세싱을 통해 해저지형을 관측합니다.

[ 멀티빔 소나 해저 지도 작성 방법 ]

출처: https://www.usgs.gov

② 해저 면을 스캔하여 얻은 원시자료를 변환한 후 여러 단계의 분석기법을 활용하여 보정하고 최종적으로 추출한 수심을 이미지화하여 지형을 완성합니다.

[ 원시 자료 변환 ]

출처: 자체자료
[ 멀티빔 관측 자료 처리 ]

출처: https://www.researchgate.net

서남해 해상풍력 실증단지 관측

해상풍력단지로 인한 바닷속 지형변화와 세굴의 영향을 살펴보기 위해 ‘서남해 해상풍력 실증단지’를 대상으로 2017년부터 2022년까지 건설 전, 건설 중, 운영 중으로 나눠 총 5년에 걸쳐 7번 관측하였습니다. 2017~2019년 기간은 건설 전 · 중 기간으로 해저케이블 매설 등의 작업이 이루어졌으며 2020년 이후에는 상업 운전중 입니다.

[ 서남해 실증단지 공사 일정 ]

출처 : 자체자료

[ 멀티빔 관측 영역 ]

출처 : 자체자료

< 멀티빔 관측 일정 >

목록
서남해 해상풍력 실증단지
조사범위	조사시기		비고
1.2km x 4km	- 1차 : 2018.02 - 2차 : 2018.05 - 3차 : 2018.11	- 4차 : 2019.04 - 5차 : 2019.07 - 6차 : 2021.05 - 7차 : 2022.08	총 7회 관측

서남해 해상풍력 실증단지 해저지형 변화

기간별 해저지형 변화는 1차~3차까지는 전반적으로 약한 퇴적(쌓임)이 있었고, 해저케이블 매설 작업이 있었던 4~6차 기간에는 침식(깎임)이 된 것으로 관측되었습니다. 건설 중에는 미약한 지형변화를 보였지만 그 외 기간은 연간 침퇴적률이 1cm 정도로 해상풍력단지로 인한 영향은 적다고 볼 수 있습니다.

< 서남해 실증단지 지형 변화 관측 결과 >

목록
구분		1차 ~ 2차	2차 ~ 3차	3차 ~ 4차	4차 ~ 5차	5차 ~ 6차	6차 ~ 7차	1차 ~ 6차	1차 ~ 7차
수심편차(m)	최대	0.42	0.53	0.84	0.45	1.32	1.27	0.70	0.64
	최소	-0.53	-1.76	-1.78	-1.22	-1.54	-0.79	-2.26	-2.39
	평균	0.03	0.03	0.09	-0.09	-0.03	0.02	0.03	0.05
침퇴적율(cm/year)		7.52	6.92	21.15	-35.88	-1.57	1.46	0.90	1.07

[ 3차 - 4차 ]
[ 4차 - 5차 ]
[ 5차 - 6차 ]
[ 6차 - 7차 ]

서남해 해상풍력 실증단지 세굴 변화

○ 세굴 깊이의 정확한 변화 분석을 위해 구조물 기준 200m x 200m 영역에서 터빈 중심 동-서 방향과 남-북 방향으로 나누어 살펴보았고 세굴 기준 편차는 0.25m입니다.
○ 각 조사 시기 별로 수심이 변하지 않는 점을 기준 수심으로 정한 후 세굴 깊이를 살펴보았습니다.

[ 세굴 분석 영역 ]

출처 : 자체자료
[ 1호기 세굴 관측 결과 ]

출처 : 자체자료

서남해 해상풍력 실증단지 터빈별 세굴 모니터링

범례

세굴 A 지역

세굴 B 지역

풍력기 클릭 시 내용이 표출 됩니다.

지도 이동

최대 세굴 깊이와 범위는 안정화에 도달하여 더 이상 큰 변화는 없다!

○ 세굴의 경우 바다 환경과 구조물의 형상에 따라 최대 깊이와 범위가 영향을 받게 됩니다.
○ 본 연구에서 우리나라 최초로 서남해 해상풍력단지를 대상으로 5년에 걸친 관측을 수행한 결과
→ 최대 세굴 깊이 2.5m 이하, 최대 거리 50m 이하
○ 관측 시기에 따라 큰 변화를 보이지 않는 안정화 단계에 도달한 것으로 분석되었습니다.

< 1~10호기별 세굴 분석 결과(최대 세굴깊이, 세굴범위) >

목록
구분	1호기	2호기	3호기	4호기	5호기	6호기	7호기	8호기	9호기	10호기
세굴 최대깊이 (m)	2.18	1.77	1.99	2.08	2.16	1.68	2.31	1.94	2.21	2.15
세굴 최대거리 (m)	2.8S	34N	34E/S	4.3E	49E	33W	44E	36E	45E	42S

< 11~20호기별 세굴 분석 결과(최대 세굴깊이, 세굴범위) >

목록
구분	11호기	12호기	13호기	14호기	15호기	16호기	17호기	18호기	19호기	20호기
세굴 최대깊이 (m)	2.00	1.99	1.65	1.97	2.35	2.12	2.08	2.10	2.43	1.83
세굴 최대거리 (m)	31E/W	30E/W	35W	44W	46E/s	30E	30S	37E	42E/S	49S

장기적인 현장 환경 모니터링이 중요합니다.

해저지형과 세굴은 바다 환경에서 계속 변화하는 자연적인 현상으로 태풍이나 이상 파고 발생 시 큰 영향을 받기 때문에 지속적이고 장기적인 모니터링이 중요합니다.
자연 친화적인 해상풍력발전이 될 수 있도록 건설 가동 중뿐만 아니라 건설 예정인 발전단지에도 환경영향 모니터링 시스템의 구축과 지속적 운영은 필수적입니다.

본 연구는 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구(No. 20203030020080, 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축, 2020~2024)의 결과입니다(문의 : 한국전력공사 전력연구원 전인성 부장, insung.jeon@kepco.co.kr)