태양광발전 설비의 구조물과 기초

오쿠지 마코토 , 이이지마 토시히코 , 타무라 료스케 , 타카모리 코지 , 와타나베 켄지 지음 | 김선숙 옮김

성안당 2023년 05월 25일 출간 종이책 : 2023년 04월 26일 출간

작품소개

책소개

태양광발전은 지구 온난화를 방지할 수 있는 청정에너지로 주목받고 있다. 일본에서는 동일본대지진을 계기로 태양광발전을 중요한 에너지 정책으로 추진하면서 2012년에 신재생에너지의 고정가격 매입제도(FIT 제도：신재생에너지 전력을 국가가 정한 가격으로 일정 기간 전력회사에서 매입하도록 의무화한 제도)를 도입했다.
이 제도를 추진한 후 몇 년 사이에 태양광발전 설비(PV)가 폭발적으로 늘어났다. 2019년 말에는 50GW에 달해 전 발전량의 7.4%(인정 NPO 법인 환경에너지정책연구소가 발표한 ‘2019년 자연에너지 전력 비율’)를 태양광발전이 차지했다. 수력발전에 비견할 정도로 태양광발전이 성장한 것이다. 하지만 태양광발전 설비는 각지에서 중대한 사고로 이어져 인근 주민과 갈등을 빚고 있다.
사고와 문제점을 분석해 보면 그 원인의 대부분이 토목과 구조물·기초 설계·시공 문제이다. 2019년 국립연구개발법인 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 조사에 따르면 소규모 태양광발전 설비에는 설계 도서(설계도와 구조계산서)나 시공 기록 등이 거의 존재하지 않는다. 보통은 무설계, 무관리로 태양광발전 설비를 건설하고 있는 셈이다.
유감스럽게 태양광발전 구조물의 경우에는 건축기준 관련법령에서 요구하는 설계에 필요한 자격인 ‘건축사’가 존재하지 않는다. 건축기준 관련법령에 따라 당연히 거쳐야 할 행정이나 제3자에 의한 ‘건축 확인’도 일부 초대형 태양광발전 설비 시설(특별고압) ‘공사계획 신고서’를 제외하고는 거의 없을 뿐 아니라 설계 도서와 시공 기록이 없는 경우도 많다. 초대형 태양광발전 설비 시설 또한 집중되는 고정가격 매입제도신청에 의해 심사 능력이 포화·부족했던 시기가 존재하므로 모두가 적정하다고는 말하기 어렵다. 고정가격 매입제도가 도입되어 태양광발전 설비가 확대일로에 있던 2012년경에는 태양광발전 설비의지반이나 구조에 관한 전문서가 없다 보니 건축이나 토목, 기계에 대한 지식을 응용하였다.
2017년이 되어서야 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)에서 ‘지상설치형 태양광발전 시스템의 설계 가이드라인’ 형태로 태양광발전 설비 구조 전문서가 나왔고, 2019년에는 실험 결과를 토대로 개정판이 나왔다. 구조 전문서가 나온 후 구조에 관한 지식은 크게 전진했다. 하지만 일반적으로 널리 이해할 수 있는 내용이 아니라 지나치게 전문적이어서 가이드라인의 저자 중 한 사람으로서 반성하고 있다.
이 책은 이런 상황을 반영해 집필하였으며, 태양광발전 설비에 종사하는 분들의 구조 설계에 관한 이해를 돕는 동시에, 태양광발전 설비의 구조 설계에 도전하는 분들의 입문서로 그리고 태양광발전 설비에 관한 융자나 세컨더리 마켓(2차 시장)의 가치 평가 입문서로 도움이 되었으면 하는 바람이다.

목차

제1장 태양광발전 설비의 구조물 변화와 사고 사례
1. 태양광발전 설비의 역사
2. 주력 전원화를 위해
3. 사고 사례
4. 구조 관련 법규제
5. 태양광발전의 설치 형태와 구조
6. 지상설치형 구조물의 부재 명칭에 관한 시안

제2장 구조 설계의 개념과 이해
구조 설계의 구조
1. 구조 설계의 개념
2. 태양광발전 구조물의 법적 자리매김
3. 설계 규준
4. 하중과 허용 응력도
5. 재료의 규격값과 실태값
6. 구조실험에 의한 검증
7. 모델링
8. 응력도와 변형
9. 하중
10. 솔라 카포트는 건축
11. 건축에서 접합부의 개념
구조역학의 첫걸음
1. 재료의 기계적 성질
2. 단면 성능
3. 경계 조건(지지 상태)…보를 예로 설명
4. 접합부
5. 안정·불안정…보를 예로 설명
6. 정정·부정정…단순보와 연속보를 예로 설명
7. 트러스 구조·라멘 구조-대표적인 구조 형식
8. 변위와 응력…FEM 해석을 전제로 하중과 변위의 관계를 설명
9. 기둥(압축재)의 좌굴이란?
10. 국부 좌굴이란?
11. 국부 좌굴에 대한 강재와 알루미늄 규준 개념의 차이
12. 보의 횡좌굴
구조 계산의 기본
1. 구조 계산의 흐름
2. 구조 계획-하중의 전달을 생각한다
3. FEM 해석- 구조 모델과 경계 조건
4. 하중
5. 응력 해석
6. 단면 산정
7. 접합부 설계
8. 직접기초
9. 말뚝기초
10, 말뚝의 모델링
정리

제3장 내풍 설계-바람에 대한 구조 계산 방법
1. 구조물 구조 설계 현황
2. 내풍 설계 방침
3. 내풍 설계 흐름
4. 성능 목표의 설정
5. 구조 계획
6. 풍하중 산정
7. 응력과 변형 산정
8. 부재 설계
9. 부재의 허용 응력도 산정
10. 접합부 설계
11. 부재의 응력도 검정
12. 기초 설계

제4장 구조 계산의 예
1. 구조 계획
2. 하중 산정
3. 응력과 변형 산정
4. 부재 설계
5. 기초 설계

제5장 구조계산서의 체크 포인트
1. 설계 방침과 설계 조건
2. 구조물과 기초의 사양
3. 설계하중과 부재의 단면 성능
4. 부재에 작용하는 힘의 계산 결과
5. 부재의 안전성 검토
6. 기초의 저항력
7. 구조계산서에 문제가 발견된 경우
더 안전한 태양광발전 설비를 구축하려면
1. 설계하중에서 고려해야 할 점
2. 재하시험에서 강도 확인의 중요성
3. 장수명을 위한 부식대책
칼럼

제6장 지반과 기초에 대한 검토 방법과 유의점
현장에서 발생할 수 있는 지반·기초에 관련된 여러 문제
1. 태양광발전 설비 기초 설계의 현황과 과제
2. 지반·기초에 관련된 여러 문제
지반·기초에 대한 안전 확보의 기본적인 개념
1. 관계 법령 및 참고 가이드라인 등
2. 태양광발전 설비의 기본적인 설계 흐름
3. 태양광발전 설비 지반·기초의 요구 성능
계획지의 사전 평가
1. 계획지 사전 평가의 목적과 방법
2. 문헌조사 방법과 주목할 점
3. 현지답사 방법과 주목할 점
현지조사에 의한 지반 조건의 파악
1. 기초 설계에 필요한 지반조사
2. 지반의 액상화 판정에 필요한 지반조사
3. 보링 및 표준 관입시험
4. 스웨덴식 사운딩 시험(SWS 시험)
5. 평판재하시험
6. 말뚝의 지지력시험
지반 조건에 따른 구조물 기초 형식의 선정
1. 구조물의 기초 형식에 대한 개설
2. 기초에 작용하는 하중·외력
3. 기초 및 지반의 조사 방법
4. 보조 공법의 지반 개량
지반의 안전성 평가 방법(대체로 평탄한 지반면의 안전성 평가)
1. 구조물 기초 지지 지반의 적정 평가
2. 직접기초 지반의 안전성 평가 방법
3. 말뚝기초 지반의 안전성 평가 방법
조성·배수 계획
1. 유의사항 및 기본적인 개념
2. 절취·성토
3. 배수
4. 활동 붕괴 방지 대책
5. 경사면 보호공사
6. 유출 등 방지 대책
7. 기타 유의사항
적정한 유지관리 계획
1. 유지관리의 목적과 방침
2. 유지관리 계획의 입안과 유의점
3. 점검 종류와 실시 시기 등의 개념
4. 점검 시 유의사항

작가정보

저자(글) 오쿠지 마코토

오사카에서 태어나 1977년 오쿠지건산에 입사했고, 2000년 동사 대표이사로 취임했다. 오쿠지건산에서는 2001년 주택용(가정용) 태양광발전 구조물을 제조하기 시작했고, 2011년부터는 산업용 태양광발전 구조물도 제조, 판매하고 있다. 2015년 태양광발전협회(JPEA)에서 발간한 도서 「10kW 이상 일반용 전기공작물 태양광발전 시스템의 기초·구조물 설계·시공의 체크 리스트와 유의점」의 필자로 참여했다. 2017·2019년에는 「지상설치형 태양광발전 시스템 설계 가이드라인」 발간에 관여했다. 2018년 오쿠지건산 이사회 회장에, 2019년 구조내력평가기구를 설립하고, 대표이사로 취임했다.

저자(글) 이이지마 토시히코

가나가와현에서 태어났고 1975년 이지마건축사무소를 설립했다. 1981년 이지마건축사무소를 주식회사로 조직 변경, 대표이사로 취임했다. 베터 리빙 강구조평정위원, 알루미늄 건축구조협의회 기술위원회 위원, 일본 구조가 클럽 사무국 위원으로 활약하고 있다. 알루미늄 건축 구조의 보급·발전에 기여한 공로로 2010년 제5회 일본 구조 디자인상인 마쓰이 겐고 특별상을 수상했다.

저자(글) 타무라 료스케

카나가와현에서 태어났고 1996년 NTT 퍼실리티즈에 입사했다. 20년 가까이 건물 및 철탑의 구조 설계 업무를 담당한 후, FIT 제도 초기부터 태양광발전소 구조물과 기초의 구조 설계를 해왔다. 구조 안전과 관련된 경제산업성과 신에너지·산업기술종합개발기구 관련 프로젝트 전문가 위원을 맡아 신 JIS C 8955와 전기해석 제46조 개정에 참여했고, 구조물 설계 가이드라인 등의 작성을 담당했다. PMP, 구조설계 1급 건축사.

저자(글) 타카모리 코지

오사카에서 태어났고 1986년 일본건축종합시험소에 입소했다. 20년 이상에 걸쳐서 건축물의 풍하중·내풍 성능에 관한 연구에 종사했으며, 2015년 박사 학위를 취득했다. 2016년부터 오쿠지건산에서 태양광발전 구조물 개발을 담당해오다 2019년 구조내력평가기구 이사로 취임했다. 신에너지·산업기술종합개발기구 프로젝트의 태양광발전 관련 연구를 지속적으로 실시함과 동시에 태양광발전 및 건축 관련 각종 위원회·연구회에 참여했다.

저자(글) 와타나베 켄지

에히메현에서 태어났고 1996년 야치요엔지니어링에 입사했다. 일관되게 항만시설 등의 조사·계획, 설계 등에 종사했다. 전문은 마리나와 컨테이너 터미널 분야이다. 현재 전문 지식과 기술을 살려 신재생 에너지(태양광발전, 해상풍력발전) 관련 분야에도 종사하며 기술사
(건설 부문：항만 및 공항), 해양·항만 구조물 설계사로 활동하고 있다.

번역 김선숙

대학에서 일문학을, 대학원에서 경제학을 공부한 후 잡지사와 출판사에서 오랫동안 편집자로 일했다. 지금은 그동안 쌓은 경험을 바탕으로 출판기획자로 활동하면서 삶을 변화시키고 새로운 세상을 열어주는 책을 찾아 우리말로 옮기고 있다. 주요 역서로는 『과학의 대이론』, 『기초 영문법 7일만에 끝내기』, 『초효율 공부법』, 『자신을 컨트롤하는 초집중력』, 『싸우는 식물』, 『통계학 도감』, 『만화로 쉽게 배우는 면역학』, 『식품 보존 방법』, 『수수께끼가 있는 아침 식사』 등 다수가 있다. 대학에서 일본학을 전공하고 출판사에서 단행본과 교과서 기획 편집 업무를 진행했다. 이후 기술 전문 잡지사에서 잡지 및 행본 번역 업무를 했고 현재 프리랜서 번역가로 활동 중이다.