A Study on the Environmental Impact of Offshore Wind Farms Through Monitoring Case in Overseas Country

국외에서도 육상풍력발전은 1990년대부터 이미 한계에 이르렀다는 지적이 나왔다. 풍력 터빈이 대형화되면서 엄청난 소음과 경관훼손 및 생태계 파괴 등의 문제가 불거지고, 주민들의 민원이 잇따르면서 대안으로 부상한 것이 해상풍력이다.

미국 국립재생에너지연구소(NREL[2010])에 따르면, 해상풍력발전기는 덴마크에서 1991년 최초로 설치한 이래, 2010년까지 유럽을 중심으로 약 830기가 설치된 것으로 보고되었다. 덴마크에서는 Vindeby 단지가 건설된 이후, 현재까지 대부분의 해상풍력발전 단지는 유럽을 중심으로 건설되어 왔으나, 최근에는 미국과 중국, 한국 등 아시아 국가에서도 본격적으로 해상풍력발전 시장에 합류하여 해상풍력발전 단지 개발을 활발히 추진 중이다.

세계적으로 해상풍력발전의 시장은 2008년부터 유럽을 중심으로 형성되었으며, 2011년 말까지 해상풍력발전 총 설치용량은 약 3,522MW로 알려졌다. 2010년 신규 설치용량은 397MW로 덴마크·영국·독일·포르투갈·중국 등 5개 국가에 설치되었다. Table 3은 2011년 해상풍력발전 단지를 보유하고 있는 총 13개 주요 국가를 순위별로 정리한 것이다. 그중 11개국이 유럽에 속해있으며, 대표 국가로는 영국, 덴마크, 네덜란드, 독일 등이 있다. 전문가들은 2020년까지 유럽 풍력발전의 25%를 해상풍력이 담당할 것으로 전망하고 있다. 아시아에서는 중국과 일본이 포함되어 있다.

해상풍력발전 환경영향평가를 실시한 미국, 영국, 덴마크의 해상풍력발전 사업에 관한 구체적인 조사, 예측 및 평가 실시항목은 수질·저질, 해류, 소음에 의한 동물 영향, 동물 서식환경 변화 및 해양경관에 관한 내용이었다(Table 4 참고). 각 평가분야의 조사방법, 영향 예측, 저감대책에 대한 세부사항은 미국, 영국, 덴마크의 사례를 토대로 정리하였다.

가. 해양 수·저질에 미치는 영향

미국의 경우 수질 및 저질의 현황 조사를 위하여 기존의 문헌자료를 참고하고, 대상해역의 퇴적물 샘플링을 수행할 것을 제안한다. 공사 중 발생하는 탁도의 증가가 해양생물에 미치는 영향을 파악하기 위하여 정성적인 평가를 실시하고, 이로 인한 피해를 최소화하기 위하여 케이블의 매설공사에서 해저면의 변화 및 수질악화를 최소화하는 공법을 채택하도록 권고하였다. 또한, 우수의 배수처리와 부식으로 인한 녹물방지대책을 실시할 것을 권고하고 있다. 덴마크에서는 기존의 자료를 토대로 수리모델링을 실시하여 해저면의 굴착에서 발생하는 부유사 농도 및 조류 변화가 수질악화에 기여하는 바를 예측하도록 한다. 부유사 농도는 10 mg/L 이상이 되면 어류에 영향을 미치는 것으로 판단한다. BOD와 DO를 측정하여 수질악화정도를 평가하고, 퇴적물 중 유해 중금속 농도를 조사하여 해양생태계에 미칠 수 있는 영향을 예측하도록 한다.

나. 해류에 미치는 영향

미국의 경우 대상해역에서 수심, 수온, 해저지형, 해류의 유향, 유속 및 파고빈도를 파악하여 인공구조물의 크기 및 위치를 고려한 정성적인 평가를 실시하도록 한다. 사업부지의 선정 시 해류에 영향이 적은 지역을 선택하고, 전력 케이블을 지하에 매설하여 해류로 인한 영향을 최소화하도록 한다. 덴마크에서는 수리모델링을 실시하여 수심, 해류의 유향, 유속 및 파고빈도를 파악하고, 운영 시 조류 및 파랑의 변화에 대한 시뮬레이션을 실시하도록 한다. 또한 단지의 설계 시 조류 및 파랑의 영향을 최소화할 수 있도록 권고하고 있다.

Table 4.

Trend of offshore wind energy in developed countries

다. 소음이 해양생태계에 미치는 영향

미국에서는 대상 사업지구에서의 수중소음을 먼저 파악하고, 공사 중 항타와 선박에서 발생하는 소음에 배경소음을 합성하여 모델링을 실시하도록 권고하고 있다. 소음이 해양생태계에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 미국 해양어업국에서 제시한 기준을 넘기지 않아야 한다. 해양포유류와 바다거북의 경우 소음의 영향을 피하기 위한 기준은 180 dB이다. 또한 가능한 소음 피해를 줄이기 위해 공사영역으로부터 반경 500 m 이내에 해양포유류가 없는 것을 확인한 뒤 항타공사를 개시해야 할 것이다. 영국에서는 선박에서 해양포유류의 현황을 직접 관찰하거나 울음소리를 확인하는 방법으로 연간 조사를 실시한다. 어류와 해양포유류가 회유행동을 나타내는 소음 기준으로 90 dB, 일시적인 청각장애가 나타나는 소음 기준으로 140 dB을 참조하여 공사 시 영향을 고려하도록 한다. 가능한 소음 피해를 줄이기 위해 공사영역으로부터 반경 1 km이내에 해양포유류가 없는 것을 확인해야 하며, 공사의 개시 전에는 인위적인 소음을 발생시켜 해양포유류 및 어류가 회피할 수 있도록 한다. 덴마크에서는 해양포유류의 가청역치 및 일시적인 청각장애가 나타나는 소음 기준을 포함하여, 공사 시 예상되는 소음으로부터 청각장애가 나타나는 범위를 계산하고, 영향범위 내에서 해양포유류의 서식 유무를 확인한다. 또한 공사의 개시 전에는 경고음을 발생시켜 해양포유류 및 어류가 회피할 수 있도록 한다(Lucke et al.[2006]).

라. 조류(새)에 미치는 영향

미국과 덴마크에서는 비행기나 선박에서 조류의 행동 양상을 관측하거나 레이더를 이용하여 조류의 거동을 파악한다. 해상풍력발전 단지의 영향이 미칠 것으로 판단되는 지역과 비교 지역에서 이동장애, 교란 및 충돌의 여부를 정성적인 방법으로 평가한다. 미국에서는 발전단지가 조류에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 풍력발전기의 기초부가 조류의 휴식공간으로 이용되지 않도록 펜스를 설치하고, 조명을 이용하여 조류를 단지 밖으로 유도할 것을 대책으로 제시하였다. 영국에서는 사업지구의 인근 해역에 관측지점을 설치하여 정점관측법으로 연간 조사를 실시한다. 일주 혹은 계절에 따라 조류의 이동장애 정도를 파악하도록 한다. 단지의 영향을 최소화하기 위하여 개발 부지를 선정할 때 조류의 섭이장이나 고이용역은 피할 것을 권고하고 있다(Exo et al.[2003]).

마. 경관에 미치는 영향

영국과 덴마크에서는 해상풍력발전 단지가 주변 경관에 미치는 영향을 파악하기 위하여 역사적, 문화적 풍치지구에 조망점을 설정하여(미국 12개소, 영국 11개소, 덴마크 7개소) 포토몽타주 기법으로 경관 영향을 예측할 것을 권고하고 있다. 또한 미국에서는 경관에 부정적인 영향을 최소화하기 위하여 발전설비의 기수와 배열을 적절히 설정할 것과 눈에 잘 띄지 않는 색감의 도료를 사용할 것을 권고한다(Wratten et al.[2005]).

Table 5.

Selection of environmental impact assessment contents for offshore wind farm

Table 6.

Outlines of offshore wind farm in Horns Rev and Nysted

덴마크 Horns Rev와 Nysted 해상풍력 단지에서 2001년부터 2006년까지 6년간 실시한 환경 모니터링 결과를 정리하였다. 환경 모니터링의 목적은 생태계를 비롯한 환경의 훼손, 대상 해역의 생태적 약점, 해역의 적합성을 파악하여, 향후 해상풍력발전 단지의 대규모화에서 나타날 수 있는 환경영향을 예측하고 환경현황에 대한 다각적인 영향의 중요성을 인지하는 데 있다. 모니터링은 단지의 건설로부터 직접적으로 영향을 받을 가능성이 있는 저서생물, 어류, 해양포유류 및 조류에 대하여 수행하였다.

Fig. 2.

Location of Horns Rev and Nysted offshore wind farms in Denmark.

가. 덴마크 해상풍력발전 단지 개요

Horns Rev 해상풍력발전 단지는 덴마크 남서부의 북해에 있는 암초의 남쪽에 조성되어 있으며, Nysted 해상풍력발전 단지는 덴마크 남동부의 발트해에 있는 Roedsand 환초 남부에 위치하고 있다. Nysted 해상풍력발전 단지 북측해역 일대는 람사르 등록 습지로 지정되었으며, 유럽연합에서 지정한 조류보호구역이다.

나. 환경 모니터링 조사개요

해상풍력발전 단지 해역의 환경에 대한 상세한 조사는 건설 전·중·후로 나뉘어 실시되었다. 1999~2001년 3년간 조사는 환경영향평가 조사 또는 환경 모니터링 계획의 기초조사로 실시되었으며, 2001~2006년 6년간 환경 모니터링 계획은 5개의 항목을 초점으로 단지 건설 전·중·후를 비교하는 방법(BACI Method: Before After Control Impact)으로 실시되었다.

(1) 저서생물: 어류의 먹이로 이용되는 관점으로 해상풍력발전의 기초구조물 건설로 인하여 출현하는 표재저서생물에 초점을 맞추어 연구

(2) 어류: 해상풍력발전 단지 주변의 어류 분포와 해저 케이블 매설로 인한 전자기장의 영향에 관한 연구

(3) 해산포유류: 해상풍력발전 단지 주변의 쥐돌고래와 바다표범류의 행동에 관한 연구

(4) 조류: 조류 충돌 모델링과 모니터링을 포함한 조류 생태에 관한 연구

(5) 인간의 의식: 해상풍력발전 단지 시설에 대한 인간의 의식에 관한 사회적·환경경제적 연구

Table 7.

(a) Programmes carried out at Horns Rev offshore wind farm

(b) Programmes carried out at Nysted offshore wind farm

다. 해양동·식물 조사결과

(1) 저서생물

해상풍력발전 단지의 건설에 따른 서식환경의 중요한 변화는 사질의 해저에 기초 구조물을 설치하는 데서 기인한다. Horns Rev에서는 구조물의 설치 후 기존의 내재저서생물 군집에서 표재저서생물 군집으로 종조성의 변화가 나타났으며, 출현 종수가 증가하였다. 발전단지의 건설 후에 Horns Rev에서는 불가사리류가 우점한 반면 Nysted에서는 담치류가 증가하는 동시에 천적인 불가사리와 게류가 감소하는 것으로 나타났다. 특히 기초 구조물에서는 담치류가 현저히 증가하여, 생물량이 기존에 비해 50~150배 증가하였다. 해상풍력발전 단지 기초 부분의 면적에서 저서생물의 서식처가 유실되었으나 총 점유면적은 Horns Rev에서 약 50,000 m², Nysted에서 45,000 m²으로 시설 전체면적의 0.2%에 그쳐 그 영향은 미미한 것으로 보인다(DEA[2006]).

(2) 어류

해상풍력발전 단지의 건설이 어류에 미치는 영향은 공사기간이 짧고 소음·진동으로 인한 영향은 미미할 것으로 판단하여 조사에서 배제되었다. 어종과 서식량에 대한 기초설비의 영향, 해저 케이블의 전자기장 영향에 중점을 두어 조사하였다. 어탐기를 이용하여 분석한 결과 Horns Rev와 Nysted 발전단지 내·외측의 서식밀도와 생물량은 뚜렷한 차이를 보이지 않았으나 Nysted 발전 단지내에서 야간의 어류 분포밀도가 주간에 비하여 높은 것으로 나타났다. 하지만 대상해역은 야간에 특히 유속이 약한 것으로 알려져 이를 선호한 종의 이동이 있는 것으로 판단된다. 넙치과 어류는 전자기장이 약할 것으로 예상되는 약풍시기에만 케이블 영역을 횡단하는 것으로 나타나 해저 케이블의 영향을 추측할 수 있었다(Gill[2005]).

(3) 해양포유류

조사해역은 모두 바다표범류와 돌고래류의 섭이 해역으로 알려져 있으며, Nysted 단지의 인접 해역은 회색바다표범의 번식지이다. 비행기와 선박을 이용하여 바다표범류를 관측한 결과 Horns Rev에서는 행동변화가 감지되지 않았으나, Nysted 해역에 서식하고 있던 바다표범의 개체수는 단지의 건설 중에 감소한 것으로 관찰되었다. 선상 목시조사와 어탐기를 이용하여 돌고래류를 관측한 결과 Horns Rev에 서식하고 있던 돌고래의 일부만 감소하고 공사가 완료된 후 단지의 운영 시에는 복귀하는 것으로 나타났다. 하지만 Nysted에서는 돌고래의 서식밀도가 2년간 감소되어 그 영향이 비교적 큰 것으로 판단되었다. 그 원인으로는 기초공법의 차이, 기존 서식밀도의 차이 등이 있으며, 지리적으로 폐쇄된 환경에 위치한 Nysted 해역이 발전기의 운영 시 소음을 증폭시킨 것으로 추측된다.

(4) 조류(새)

조류의 비행경로에 관한 조사는 주로 레이더 관측, 선박과 비행기를 이용한 목시 관측을 통해 이루어졌다. 일반적으로 조류는 해상풍력발전 단지를 우회하여 비행하는 것으로 알려져 있다. Horns Rev에서는 71~86%의 조류가 단지로부터 1.5~2.0 km 되는 곳까지 접근하면 분산하여 단지로부터 5 km 정도 이격된 곳으로 비행하는 것으로 나타났다(Dong Energy[2006]). Nysted에서도 조류는 단지로부터 1.5~5.0 km 되는 곳까지 접근하면 비행경로를 변경하여 단지로부터 멀리 떨어져 비행하는 양상이 확인되었으며, 단지의 건설 후 사업지구의 공간 이용률은 78% 감소하는 것으로 나타났다. 단지를 우회하여 서식밀도가 현저히 감소하는 경향을 보인 종으로는 Horns Rev에서는 아비, Nysted에서는 바다꿩이 있었으며, 흰뺨기러기는 두 단지에서 모두 주목할만한 서식밀도의 변화를 보이지 않았다.

라. 결론

국외 해상풍력발전 단지의 환경 모니터링 사례를 비교 분석한 결과 Horns Rev와 Nysted 해상풍력발전 단지는 공사 시 및 운영 시에서도 환경에 미치는 영향은 거의 없는 것으로 보고되었다. 기초시설과 그 주변 세굴방지 사석공사로 인하여 새로운 서식기반의 출현으로 저서생물의 생물량과 다양성이 증가하였다. 이러한 먹이생물의 증가로 인하여 어패류 자원의 변화가 나타날 것으로 예상되면, 모니터링 조사는 건설 후 충분한 시간에 걸쳐서 이루어지지 않았기 때문에 이러한 현상을 명확하게 파악하고 있지 않았다. 해양포유류의 바다표범류는 공사 중 소음에 의한 일시적인 영향(도피)을 제외하고, 해상풍력발전 단지 건설에 의한 영향은 미미하였지만, 쥐돌고래는 Horns Rev와 Nysted에서의 영향 정도는 서로 상이하였으며, Nysted에서는 가동 후 2년간 감소하였다. 그 이유는 기초공법이나 서식환경의 차이로 볼 수 있지만, 명확한 결론을 제시하고 있지는 않다.

Table 8.

Main results of the environmental monitoring programme of the Horns Rev and Nysted offshore wind farms

해상풍력발전 단지 공사 시 및 운영 시 환경적 영향에 대하여 현재 운영 중인 국외의 사례를 통해 살펴보았다. 그 결과, 공사 시의 주요 환경영향으로는 항타로 인하여 파일기초 구조물 설치와 송전 케이블 지중매설에 따른 해저지형 변화 그리고 해저 퇴적물의 재부유로 인한 부유사 확산영향인 것으로 파악되었다. 운영 시에는 풍력발전기의 수중소음·진동에 따른 해양생물 영향, 해저케이블 주변의 전자기장, 조류(새)의 영향 그리고 해양경관의 영향 등이 주요 환경영향으로 파악되었다.

검토항목별로 보다 상세히 살펴보면, 첫째, 공사 시에 해상풍력발전기 기초구조물 설치공사는 해저면 굴착 및 지지를 위한 앵커설치 등으로 해저면의 지형을 변형시키거나 저서생태계에 영향을 미쳐 서식환경변화를 일으킬 것으로 예상되며, 매몰이나 준설이 직접 일어나지 않는 인근 해역까지도 부유사가 확산되어 해양생태계에 영향을 줄 것으로 예상된다. 송전 케이블 매설은 해저면 굴착 후 송전선로를 설치하고 굴착토를 메우는 형식과 굴착 후 송전선로의 표면을 쇄석으로 피복하는 형식이 있을 수 있는데 모두 해저면 굴착이 수반되므로 부유사 발생 및 해저지형 변화가 불가피할 것으로 판단된다.

둘째, 해상풍력발전은 육상과 달리 사람들의 시각을 교란할 기회가 상대적으로 적다. 다만 연안에서 바다를 볼 때 해상풍력발전 단지가 들어선 해양경관은 영향을 받을 수 있고, 이에 대해 몇몇 유럽 국가에서는 우려를 표명하였다. 새로운 단지가 해상에 들어오면 해안에서의 거리나 터빈의 개수, 풍력발전 시설에서 밝히는 항로 유도등에 따라 해양경관에 영향을 미친다. 그중 시각적으로는 해안에서 풍력발전 단지까지의 거리가 가장 중요한 요인이다. 그러나 이 역시 항로 유도등의 점멸방식이나 날씨에 따라 차이가 있다. 영국에서는 무역·산업부(DTI: Department of Trade and Industry)의 주관으로 시작한 연구에서 해양경관에 미치는 영향거리의 임계값을 Table 9와 같이 제시하였다(Wratten et al.[2005]). 특히 해양경관은 연안에서의 이격거리 등과 연관시켜 환경영향검토가 전제되어야 할 것이다.

Table 9.

Critical impact on ocean landscape

셋째, 풍력발전 시설의 풍력 터빈이나 날개에 의해 레이더의 탐지능력이 떨어지게 된다. 특히 회전하는 날개는 고정된 구조물보다 전자기파를 교란하는 효과가 크다. 따라서 레이더 장비에 대한 교란에 관해서는 우선 레이더에 교란을 주지 않는 공간을 확보하는 것이 필요하다. 또다른 교란은 풍력발전기의 회전하는 날개에서 나온다. 여러 대의 터빈에서 날개가 각자 회전하다 보면 그 조합이 마치 레이더상에서는 미확인 비행체로 인식될 수 있어 인근의 다른 항공기에 항로변경 등 잘못된 조치를 취하게 할 수도 있다. 특히 사업대상지 해역 주변에 군이용시설 또는 공항시설 유무를 파악하여 이러한 시설물에 영향을 미치는지 검토가 필요할 것으로 판단된다.

넷째, 풍력발전 시설에 적용되는 방오 도료는 시설물 주변의 해역에 있는 생물은 물론, 해류를 따라 흘러내려가면서 넓은 영역에 있는 생물에게 악영향을 줄 수 있다. 방오 도료뿐만 아니라 풍력발전 시설에 사용되는 각종 윤활유나 연료, 냉각제 등도 누출되어 해양환경에 유입되는 경우에는 생물학적인 영향을 줄 수 있으므로 이에 대한 현실적인 관리대책이 필요할 것이다(Shin and Yook[2011]).

다섯째, 해상풍력발전 단지의 운영 시 생산된 전기는 해저 케이블을 통해 육상으로 전송되는 과정에서 전력 케이블 주변에 전자기장을 형성한다. Gill et al.[2005]에 따르면 넙치과 어류는 전기와 자기장에 민감한 어종으로 보고되었다. 그렇지만 해저 케이블 매설 해역 주변 어류의 행동과 회유변화를 단순하게 전자기장의 영향으로 나타내기에는 곤란하다. 따라서 현재까지는 어류에 대해 장기간에 누적된 영향이나 섭이활동 및 회유에 전자기장이 미치는 영향에 관한 구체적인 연구결과는 전무하다고 보고 있다.

여섯째, 해상에 위치한 풍력발전 단지는 태풍과 높은 파도에 노출되어 풍력발전 설비의 염해가 우려된다. 이에 대해서는 기초와 타워의 설계 강도를 높이는 방식으로 대처하고 있다.

일곱째, 자연지형이나 인공구조물에 의하여 나타나는 그림자는 일조장애에 대표되는 물리적 영향(shadow casting)과 블레이드 회전으로 인한 섬광(strobe) 효과에 따른 심리적 영향(shadow flicker)으로 구분된다. 풍력발전기에 의한 그림자는 로터와 타워에 의한 영향은 작고 블레이드 회전으로 인한 그림자 영향이 크기 때문에 심리적으로 문제시되고 있다. 일본 아키타 현에서 어획량이 전년과 비교하여 30% 감소한 원인으로 풍력발전기(600kW×24기) 설치에 따른 심리적 영향(아침에 풍력발전기의 그림자가 연안으로 1~2 km 드리워짐)을 조사하였다. 그러나 어획량 감소와 심리적 영향의 인과관계를 규명하지 못하였으며, 현재 심리적 영향으로 인한 해양생태계 영향은 거의 알려진 것이 없다.

여덟째, 해상풍력발전의 급속한 팽창은 충돌로 인한 새들의 죽음, 새들의 이동장애, 그리고 장기적인 서식지 손실 등의 영향을 준다는 점에서 많은 환경적인 관심을 불러 모으고 있다. 해상풍력발전은 큰 회전날개 지름과 높은 타워 형태로 되어 있어, 새와 터빈날개의 충돌을 증가시킨다. 풍력발전단지 지역에서 보호종의 사망률은 특히 고려해야 할 대상이다(Sun et al.[2012]). 흔히 풍력발전시설 운영 시 가장 우려하는 문제는 발전시설의 날개에 새 떼가 부딪히는 경우이다. 대부분의 해양성 조류는 100 m 이하의 고도에서 비행하나 해양성 조류의 종별로 선호하는 비행고도가 달라 충돌가능성은 각기 다르다(Exo et al.[2003]). 일반적으로 새들이 풍력발전 시설이나 날개에 충돌하는 경우는 달이 없는 야간이나 안개, 비, 강력한 바람 등으로 비행환경이 좋지 못한 경우에 주로 발생한다. 다만 날씨가 좋을 때는 풍력발전 단지 내를 관통하던 새들도 악조건하에서는 비행고도를 조정하거나 단지 외곽으로 우회하는 것이 관찰되어 일반적인 결론을 내리기 힘든 상황이다(Spaans et al.[1998]).

전술한 바와 같이, 환경적 평가에 대하여 부정적인 영향만 있는 것이 아니다. 오히려 풍력발전 시설이 바다에 들어서면 기초공과 같은 시설물은 해양 생물에게 새로운 서식처를 제공하는 기능도 할 수 있다. 유럽 풍력에너지 협회(EWEA[2009])에 따르면, 아직까지 풍력발전 시설의 기초공이 어초와 같이 생물을 모이게 하는 효과가 있다고 보기는 어렵다고 한다. 다만 덴마크의 Horns Rev 해상풍력발전 단지에서는 일부 어종이지만, 까나리(sand eel)와 같은 어종은 풍력발전 단지 안에서는 다른 해역에 비해 3배 이상 수가 증가한 반면, 풍력발전 단지 외곽에서는 20% 정도 적은 것으로 나타난 것으로 보고되었다.

수중소음과 진동은 해상풍력발전 단지 조성에 따른 해양구조물 공사 시 및 운영 시에 해양생물에 영향을 미치는 인자이다. 일반적으로 해상풍력발전기를 건설하기 위한 단계에서 다양한 소음원이 발생하고 있으며, 그중에서 충격소음의 특성으로 인해 항타 작업에 따른 소음영향이 중요하게 다루어지고 있다. 충격소음은 항타기와 해저지면의 충돌에서 주로 발생한다. 여기서 발생하는 충격에너지는 수중으로 직접 전파되기도 하고 지반의 진동을 야기하여 그에 따른 소음을 발생시킨다. 또한 해상의 표면이나 해저의 지면에 의한 반사소음과 직접소음 간 간섭효과로 인해 복잡한 소음전파 양상을 보여준다(Fig. 3 참고).

Fig. 3.

Propagation of underwater piling noise (Source: CDT[2009]).

이러한 수중소음이 건설 시에는 Monopile 타설 등 기초 설비공사로 인한 수중소음 및 진동이 해양생물에 미치는 영향이 있다. 대부분의 해양포유류는 의사소통, 비행, 수렵 그리고 포식자 탐지에 필요한 활동을 위해 어느 정도의 청력에 의존하기 때문에 인위적인 수중소음은 해양포유류에게 악영향을 준다(Sun et al.[2012]). 어류 등 해양생물은 수중에서 발생하는 인위적인 소음의 크기가 배경소음 보다 높게 되면 도피반응 또는 손상을 입게 되며, 특히 부레가 있는 어류는 충격소음에 매우 약하다(Yoon et al.[2006]). 수중소음으로 인해 발생하는 이러한 해양생물의 물리적 및 행동적 반응패턴을 살펴보면 다음과 같다(AMEC[2012]).

(1) 행동적 반응: 먹이, 이동, 호흡패턴 등의 방해, 소리의 중단, 서식지로부터의 이동 등을 포함한 행동적 이상 반응

(2) 차폐효과: 배경소음의 증가로 인해 해양생물 상호간 통신능력의 감소

(3) 일시적 한계 이동: 외부소음에 의한 청감능력의 일시적 감소

(4) 영구적 한계 이동: 외부소음의 지속적인 노출에 따른 청감기관 손상으로 인한 청감능력의 감소

(5) 비청각 생리적 효과: 외부소음의 노출이나 행동상 변화 또는 부레 등과 같은 비청각 생리기관에 대한 영향

해상풍력발전이 운영되는 경우에 풍력발전기 로터 블레이드의 회전, 기어박스 등의 원인으로 인해 타워 부분의 진동을 발생시키고, 이러한 진동이 수중으로 전달되어 수중소음을 일으킨다(Betke et al.[2004]; Fig. 4). 해상풍력발전 시설의 운영 시 수중소음 및 진동 전달방식은 공중전달, 수중전달 및 지중전달이며, 음압의 세기는 풍속, 발전기 출력 등에 기인한다. 수중소음은 공중에서의 블레이드 회전소음에 의한 것보다는 발전기, 기어박스, 변압기의 냉각장치 등 기계설비에서 기인한 소음으로 타워 진동을 통하여 수중으로 전달된다(Nedwell and Howell[2004]).

한편, 독일 연방환경부(BMU)에서는 북해와 발트해에 건설된 2개의 풍력발전 단지에서 건설과정 중에 발생한 소음을 측정하였다. 북해에 있는 시설에서는 중심 구조물을 설치할 때 발생한 소음이 400 m 떨어진 곳에서 193 dB에 달했고, 발트해에서는 300 m 떨어진 곳에서 196 dB에 달하는 엄청난 소음이 발생했다.

Fig. 4.

Mechanism of underwater noise generation by offshore wind turbine (Source: Betke et al.[2004]).

Gill[2005]에 따르면, 기초공 단계에서는 최대 260 dB, 전력 케이블 매설과정에서는 178 dB의 소음이 발생한다. 시설물 건설 과정에서 발생하는 엄청난 크기의 소음은 주변의 생물들에게 장기적 또는 단기적 영향을 미치게 된다. 그러나 아직까지 생물들이 얼마나 영향을 받고 어떻게 반응하는지에 관해서는 정확하게 알려지지 않았다(Shin and Yook[2011]). 다만 Nedwell and Howell[2004]이 보고한 바에 따르면, 생물 종별로 회피 예상거리는 다소 차이가 있는 것으로 알려졌다(Table 10 참고).

Table 10.

Ranges for significant avoidance reaction of marine species

수중소음이나 진동은 부유생태계보다 해양포유류, 어류 및 저서생물에 더 큰 영향을 미친다. 해양포유류와 어류는 음압의 증가로 영향권으로부터 회피하여 서식처의 이동이 가능하지만, 저서생물은 이동능력이 제한되어 소음·진동에 대한 영향을 더 크게 받을 수 있다.

해상풍력발전기에 의한 수중소음 레벨이 잔점박이물범과 회색바다표범의 주파수별 청각능력을 초과하는 경우에는 다른 지역으로 이동하는 결과를 초래할 수 있다. 이외에 국외 연구사례의 결과들을 검토해 본 결과, 해상풍력발전기에 의한 수중소음이 포유류 등을 포함한 해양생물에 미치는 영향에 대해 다양한 의견(Lucke et al.[2006])이 있으나, 이와 관련한 지속적인 연구가 필요하다는 공통된 인식을 가지고 있다. 또한 해상풍력발전기의 효율을 증가시키기 위해 5 MW 이상의 대형 풍력발전기가 운영될 경우, 이에 따른 수중소음으로 해양생물에 미치는 영향은 중요성이 더욱 높아질 것으로 보고 있다.

해상풍력발전사업에 따른 환경적 영향을 파악하기 위하여 현황 조사, 영향 예측 및 저감방안을 다음과 같이 수립하여 환경영향평가 단계에서의 가이드라인을 도출하였다. 본 가이드라인은 해상풍력발전 단지의 건설 및 운영으로 인하여 인근 해양물리 환경에 미치는 영향의 과학적·객관적·정량적 평가에 기반을 두어 제시하였다. 또한 주변 개발 사업 및 기후변화를 고려한 누적평가, 최악의 시나리오에 근거한 현황 조사(항목, 범위 선정 등) 및 영향평가를 실시하여 기존의 환경영향평가 작성규정과 차별화를 두고자 하였다.

가. 해양물리 및 해저지형 분야

해양물리 분야의 현황 조사는 조석조화상수와 비조화상수를 산출할 수 있는 해수위 관측과 해역의 조류 및 유동 특성을 파악할 수 있는 해·조류 관측, 오염물질의 확산을 간접적으로 예측하는데 지침이 되는 부표추적, 구조물로 인한 주변 해안의 침식·퇴적의 영향을 예측하는데 지침이 되는 파랑의 관측 등이 있다. 또한 퇴적물과 부유사의 농도 분포를 파악하기 위하여 표층퇴적물과 부유사 조사를 실시한다. 각 항목별 조사 방법과 결과의 제시 방법은 Table 11에 나타내었다.

Table 11.

Investigation guidelines for marine physics

나. 해양수질 및 퇴적물 분야

해양수질과 퇴적물의 현황 조사는 해양모델링을 통해 해수유동 변화, 부유사 확산, 오염물질 확산에 대한 예측을 실시한 결과를 바탕으로 조사범위를 결정한다. 조사 정점은 대상 사업의 시행으로 인해 해양환경에 영향이 미칠 것으로 예상되는 해역과 비교를 위해 영향이 미치지 않을 것으로 예상되는 해역(대조구)을 모두 포함하도록 한다. 조사 정점의 수는 일률적으로 결정하기 어려우므로 사업의 규모를 고려하여 정한다. 한 지점이 나타내는 해양수질의 대표성과 발전기간의 간격을 고려하여 가급적 발전기당 1지점에 대한 조사를 실시하도록 권고한다. 해양수질은 확산에 의해 인접한 지역에서는 균일하게 유지되는 성질이 있어 주변의 농도를 추정하는 것이 가능하지만 퇴적물은 인접한 지점 간에 다른 성질을 가지기도 한다. 그러므로 한 정점의 농도가 갖는 대표성이 수질이 비해 낮고 불연속적인 분포를 갖는다. 또한 저질의 성질, 상태 및 농도는 연직 방향으로도 차이를 나타내기 때문에 일반적으로 해양수질과 같은 지점을 조사 정점으로 선정하되, 저질의 특성을 인지하여 정점을 선정해야 할 것이다. 각 항목별 조사방법과 결과의 제시 방법은 Table 12에 나타내었다.

Table 12.

Investigation guidelines for seawater quality and sediment

다. 해양생태계 분야

해양생태계의 조사항목에는 동·식물플랑크톤, 저서생물, 어류, 어란 및 자치어, 해양포유류가 있다. 동·식물플랑크톤과 저서생물의 경우 조사범위는 해양물리모델을 이용하여 추정한 결과(Cho and Maeng[2012])를 바탕으로 결정하도록 권고한다. 모든 항목에 대하여 조사 정점은 대상 사업의 시행으로 인해 해양환경에 영향이 미칠 것으로 예상되는 해역과 영향이 미치지 않을 것으로 예상되는 해역(대조구)을 모두 포함하도록 한다. 동식물플랑크톤의 조사는 해양수질과 같은 지점에 조사를 실시하는 것이 바람직하다. 조사 정점의 수는 일률적으로 결정하기 어려우므로 사업의 규모를 고려하여 정한다. 각 항목별 조사방법과 결과의 제시 방법은 Table 13에 나타내었다.

Table 13.

Investigation guidelines for marine ecology

영향 예측은 정량적으로 수행해야 하며, 환경평가의 신뢰도 제고를 위하여 모델 보정, 현장 검증 및 재현을 실시한 후 저감방안 도입 전·후에 대한 영향을 예측해야 한다. 해상풍력발전 단지의 건설 및 운영에 따른 환경영향평가를 위해서는 해당 사업과 인근의 다른 해상풍력발전 단지의 중복 영향까지 누적하여 평가하여야 한다. 대상 해역의 영향 예측 범위가 정해지면, 사업 특성에 따라 해수유동, 부유사 확산, 퇴적환경 및 해안선 변화 등을 모의할 수 있는 모형을 선정하고, 조간대가 위치할 경우 노출 및 침수(wet/dry) 모의가 가능한 모형을 선정한다. 수치모형이 선정되면, 격자, 수심, 입력자료 등의 수치모형을 구축하여 모델 검증 및 결과를 제시하여야 한다. 영향 예측 시 목적에 따라 사용될 수 있는 모델의 종류는 Table 14에 나타내었다.

Table 14.

Applicable modeling programs to predict marine environment alternation

한편, 해상풍력발전기 설치 및 운영에 따른 수중소음의 영향범위를 예측하기 위해서 수중소음 발생원(소음원)의 음향파워 레벨의 정보를 획득하는 것이 요구된다. 이를 위해 일정한 위치에서의 수중소음 측정자료를 활용하거나 수치해석 모델을 적용(해상풍력발전기의 운영에 따른 타워의 진동 레벨에 의한 수중소음의 예측 등)한 예측 결과를 활용할 수 있다. 해상풍력발전기 운영에 따른 수중소음의 측정방법을 보여주는 것이 Fig. 5이다.

Fig. 5.

Measurement setup for monitoring underwater noise unduced by an offshore wind turbine (Source: Betke et al.[2004]).

수중소음 발생원(항타 장비, 풍력발전기 등)의 종류 및 특성 등을 고려한 수중소음 영향범위, D₂는 다음의 식을 통해 산출한다(CDT[2009]).

여기서 D₁, TL,F는 각각 수중소음 발생원으로부터의 거리, 수중에서의 소음감쇠, 수중소음 전파계수를 나타낸다. 수중소음 전파계수인 F의 값은 수중소음 발생원의 종류 및 특성 등을 고려한 소음측정자료를 이용하여 구한다. 전술한 바와 같은 내용을 토대로 국내 해상풍력발전 단지의 설치 및 운영 시 발생하는 소음에 대해서 그 영향범위를 예측할 수 있다.

해상풍력발전기의 설치 및 운영에 따른 수중저감에 의해 해양생물에 미치는 영향을 저감하기 위한 방안으로서 수중소음원의 음향파워를 감소시키는 방법, 수중소음 발생영역으로 해양생물이 접근하지 못하도록 하는 방법과 공사 시 부유물질 발생에 따른 저감대책, 운영 시 해양생물 부착에 따른 방지대책 및 기타 등으로 구분할 수 있다. 기타 내용으로는 자치어의 성장 시기 및 어류·대형저서동물의 산란시기인 봄과 여름에 공사의 강도를 다소 낮추고, 가을과 겨울에는 공사의 강도를 높이는 것과 같은 탄력적인 공정계획으로 공사 강도를 조절하는 것이다. 또한 공사 시 오염물질이 급격히 증가하여 해양동·식물상에 영향이 있는 경우와 사업 대상 해역이 강한 흐름이 형성될 경우에는 오탁방지막 설치에 따른 효과를 기대하기 어려우므로 일시적인 작업 중단, 작업시간 단축 및 작업 방법 개선 등의 추가 저감대책을 수립한 후에 공사를 재개하도록 하여 해양동·식물에 미치는 영향을 최소화한다.