풍력터빈 발전시스템의 구성

오늘은 풍력터빈 발전시스템의 구성에 대해 설명해보고자 한다.

 

조 바이든 대통령이 풍력을 얼마나 밀어줄지도 궁그해지는 오늘이다.

 

1. 풍력터빈의 주요 구성부품

풍력산업은 부품·기자재→풍력발전시스템 제조→설치·시공→발전서비스의 가치체계로 구성되어 있고, 풍력설비산업은 정밀한 설계기술과 높은 신뢰성 기술을 결합한 고도의 기술집약적 산업이다. 주요 기술은 바람 분석기술, 풍력터빈과 구조물의 설계·제조·설치·시공기술, 발전설비의 운전·유지기술, 육상 및 해상 풍력발전과 전력계통망과의 접속 및 송전 연계기술 등이다. 산간 또는 해안에 설치된 풍력발전 소음 43∼55dB은 환경적으로 큰 문제가 없고, 발전단가가 상대적으로 저렴한 친환경 재생에너지로 미래 유망산업분야라 할 수 있다.

풍력터빈은 바람의 운동에너지를 기계적 변환과정을 거쳐 전기에너지로 바꾸는 장치이다. 풍력터빈을 구성하는 핵심부품은 블레이드, 증속장치, 발전기 등이며, 세부 부품은 허브, 피치와 요 베어링, 주축베어링, 타워 등이 있다. 풍력터빈의 주요 구성부품을 예시하였다. 현재 풍력부품의 국산화율은 가격기준으로 70% 수준이고, 부품 수 기준으로 보면 70%에 미치지 못한다.

 

2. 풍력터빈 주요 부품의 구조와 제조공정

풍력터빈은 세 개의 블레이드를 가지고 있고 전기발생량은 블레이드의 회전면적에 비례한다. 터빈의 수명은 약 20∼25년, 신뢰성은 약 99%이고, 가장 큰 블레이드는 5-6MW용으로 길이가 60미터 이상이다.

블레이드용 복합재료는 유리섬유와 저수축성 및 내피로 특성이 우수한 열경화성 에폭시수지를 주로 사용하고, 성능향상 및 경량화 등의 목적으로 탄소섬유(carbon fiber)를 채용하고 있으나 가격대비 성능향상에 대한 평가가 아직 미흡하다. 접착제는 에폭시수지와 결합력이 우수한 에폭시 계열 접착제를, 샌드위치 재료는 발사우드(Balsa wood) 혹은 항공용 우레탄폼(urethane foam)을 주로 사용하고 있다.