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- 터빈 배꼽 높이(100미터)에서 고해상도 표준 풍력지도
- 전 세계 풍력의 1/3은 유럽과 중국에, 17%는 미국에 있다.

글로벌 표준 풍력 지도
처음으로 풍력 터빈의 높이에서 최대 풍력을 표시

극한 바람에 적합 :
극한 바람에 대한 새로운 세계지도는 풍력 에너지에 적합한 위치와 각 위치에 적합한 유형의 터빈을 찾는 데 도움이 될 것이다. 이는 극한의 경우 약 100m 높이(터빈 배꼽 높이)에서 바람이 얼마나 강한지 알 수 있어야 하기 때문이다. 이 정보는 최근 제작된 극심한 바람의 글로벌 고해상도 표준 풍력 지도로 알수 있게 됐다. 

▲ 풍력 터빈은 전원을 끄지 않고 일정 시간 동안 해당 위치에서 가장 극심한 바람을 견딜 수 있도록 설계해야 한다.

총 출력이 650GW(기가 와트) 이상인 풍력 터빈은 현재 전 세계적으로 설치되었다.
이 중 약 1/3은 유럽과 중국에, 17%는 미국에 있다. 다른 많은 지역에서는 여전히 확장의 여지가 많다. 적절한 위치를 결정하는 데 중요한 것은 바람이 그곳에서 풍부하고 지속적으로 부는 것뿐만 아니라 극한의 경우 얼마나 강한지다.

▲ 중국 신장(Xinjiang)에 있는 풍력 발전 단지 출처;https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_power_plants_in_Xinjiang,_China.jpg

터빈 유형이 바람의 강도에 맞게 조정되어야 한다.

손상 및 조기 마모를 방지하려면 터빈 유형을 최대 예상 풍속에 맞게 조정해야 한다.
다양한 터빈 등급은 설계에 따라 최소 10분 동안 평균 바람의 5배 하중을 견뎌야하는 방식으로 설계되었다. 이상적으로는 전원이 꺼지기 전 10분 동안 수학적으로 50년마다 발생하는 극심한 바람을 견뎌낸다.

그러나 지금까지 코넬 대학교(Cornell University)의 사라 프리어(Sara Pryor)와 레베카 바르텔미(Rebecca Barthelmie)가 설명하는 것처럼, 전형적인 풍력 터빈 높이에서 극심한 바람에 대해 전 세계적으로 균일한 풍력지도가 없었다.
연구진은 "많은 곳에서 예상되는 풍하중에 대한 추정값이 큰 불확실성으로 가득 차 있었다. 현장 측정은 종종 선택적으로 그리고 단시간 동안만 가능하기 때문"이라고 말했다.

100m 높이의 극심한 바람

따라서 기상 데이터와 풍력 모델을 기반으로 지상 100m에서 강풍에 대한 최초의 공개된 세계지도(현재 대부분의 풍력 터빈이 있는 높이)를 만들었다. 해상도는 그리드 셀당 0.25도이다. 디지털 개요는 전 세계 모든 지역의 극한 풍속을 지정하고 다양한 소스의 데이터를 표준화한다.

▲ 지표면 100m 위의 풍속에 대한 세계지도. (이 지도는 덴마크 공대가 2017년도 제작한 것이다) https://globalwindatlas.info

윈드(Wind) 아틀라스는 무엇보다도 해안 지역과 육지의 극소수 지역 만이 풍력 에너지에 비해 너무 강한 바람을 가지고 있음을 보여준다. 연구진은 "이 지역에 있는 모든 그리드 셀의 3.7%가 클래스 III 풍력 터빈의 경우 초당 최대 37.5 미터 값을 초과한다"고 말했다.
보다 견고한 Class I 터빈의 경우 모든 그리드 셀의 0.08%만이 초당 최대 50미터를 초과한다.

▲ 국가별 풍력의 1차 에너지 비율(2019)

풍력 에너지뿐만 아니라 고층 건물 및 기타 구조물에 대한 데이터

"이 정보를 통해 특정 위치에 적합한 풍력 터빈을 선택할 수 있다”고 Pryor는 말한다.

"그리고 이는 풍력으로부터 비용 효율적이고 안정적인 전력 생산에 기여한다“
극한 풍력에 대한 지식은 풍력 에너지를 넘어서도 관련이 있다.

예를 들어, 새로운 풍력 지도는 고층 건물, 교량 또는 기타 잠재적으로 바람에 민감한 인프라를 구축할 때 더 나은 위험 평가에 기여할 수 있다고 Pryor와 Barthelmie는 말했다.
그들의 바람 지도는 아직 공개적으로 접근할 수 없지만 곧 완료되어야 한다.
(Nature Energy, 2021; doi : 10.1038 / s41560-020-00773-7)
출처 : Cornell University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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