"3㎿급 해상 풍력발전기 자체 기술로 국내 첫 개발" > 자유 게시판

기존 보다 용량 대폭 늘려·실물 프로토타입 제작 앞둬

“풍력발전에 관심을 갖고 연구하는 기업이나 기관은 많지만 3㎿급 해상 풍력발전기를 자체 기술로 개발한 것은 저희가 국내 최초입니다.”

두산중공업 기술연구원 신재생에너지개발팀장인 박종포(45ㆍ사진) 박사는 자체 개발한 3㎿급 풍력발전기인 ‘winDS 3000’의 실물 프로토 타입 제작을 앞두고 마무리 연구에 박차를 가하고 있다.

‘winDS 3000’은 날개 지름이 92m이고 3개의 회전날개 무게만도 31.5톤에 달하지만 약 80m 높이 타워 위에 설치되는 나셀(nacelle) 무게는 약 120톤으로 경량화했다.

나셀은 날개를 잡아주는 축과 증속기ㆍ발전기 등이 내장된 핵심장치를 말하며 회전축을 중심으로 46m 길이에 1개의 무게만도 10.5톤인 회전날개를 고정해주는 역할도 한다. 특히 이 회전날개는 바람의 방향과 힘에 따라 최대의 회전력을 얻기 위해 헬리콥터 날개처럼 각도를 조절할 수 있도록 설계됐다.

현재 기본적인 기술개발과 상세설계는 완료단계이며 올 9월부터 ‘winDS 3000’의 각 구성요소에 대한 성능 테스트를 시작해 내년 8월에는 제주도 월정리에 프로토 타입 건설을 마칠 계획이다. 바다에 설치하는 해상용이지만 약 1년간의 테스트를 위한 프로토 타입은 육상에 설치된다.

박 박사가 개발하고 있는 풍력발전기의 가장 큰 특징은 3㎿급 대용량이라는 점과 증속기ㆍ날개 등 핵심기술을 국산화했다는 점. 그동안 국내에서 개발된 풍력발전기는 750kW와 1.5㎿급 수준이었으며 이보다 큰 용량은 대부분 수입에 의존해왔다.

실제 전기를 생산하는 발전기 부분에 대해 “두산중공업은 원자력ㆍ화력발전소 발전기 부분의 선두업체로 풍력발전기용 역시 크게 어려운 기술이 아니며 경량화 설계와 효율성 향상이 핵심요소”라고 박 박사는 설명했다.

국산화의 핵심요소인 증속기는 천천히 회전하는 풍력발전기의 날개에서 발생한 느린 회전력을 자동차 변속기 같은 기어장치를 이용해 전기를 생산할 수 있을 만큼 빠른 회전력으로 바꿔주는 장치이다. 현재 대부분의 풍력발전기는 크게 증속기가 있는(geared type) 것과 증속기가 없는(gearless type) 것으로 구분된다.

박 박사는 “증속기가 없는 경우는 회전날개 뒤쪽에 바로 발전기를 연결하는 것으로 구조적으로는 단순하지만 느린 속도에서도 전기를 생산하려면 발전기 장치의 크기가 커져 1㎿ 이상으로 대용량화하기 어려운 단점이 있다“고 말했다.

이 증속기는 크기가 다른 여러 개의 톱니바퀴를 이용해 회전력을 높이는 장치에 불과하지만 내구성을 유지하면서 무게를 줄이는 것이 가장 어렵다. ‘winDS 3000’은 증속기 무게가 1㎿당 최소 10톤 이상이라는 공식을 파괴하고 20톤으로 줄이는 데 성공했다. 한 예로 미국 GE사에서 개발한 3.6㎿ 풍력발전기의 경우 나셀 무게만도 360톤에 달해 경제성이 낮은 것으로 평가되기도 했다.

“해상에 설치되는 풍력발전기는 발전성능뿐 아니라 유지보수 문제 해결이 핵심이며 ‘winDS 3000’은 이러한 문제를 상당 부분 해결했다”고 박 박사는 강조했다.

현재 해외에서 개발된 해상 풍력발전기는 유지보수를 위해 대형 해상 크레인을 동원해야 하는 실정으로 수리비용보다 해상 크레인을 임대하는 비용이 오히려 더 높은 실정이다. 박 박사는 “유지보수를 위해 풍력발전기에 20톤 무게를 들어올리는 자체 크레인을 장착하는 아이디어를 적용했으며 다시 이를 이동 가능하도록 설계해 풍력발전단지 안에 있는 풍력발전기 하나에만 자체 크레인을 부착하고 바지선 등을 이용해 이동시켜가며 사용할 수 있도록 개발했다”고 설명했다.

또 해상용이기 때문에 바다의 염분을 견디는 소재와 설계를 적용해야 하며 이를 위해 나셀 부분을 완전 밀폐해 외부 바람 유입을 차단하고 내부에서 발생되는 열은 내외부 공기가 직접 섞이지 않으면서 냉각될 수 있도록 설계했다.

그는 “민간기업의 특성상 원천기술보다는 발전효율 대비 원가 절감 및 유지보수 비용 최소화가 기술개발의 핵심으로 한마디로 정리하면 ‘당장 쓸 수 있는 풍력발전기를 국산화’하는 것”이라고 강조했다.

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