KETEP 세계에너지시장정보

□ 메가와트급 풍력발전기 적용을 위한 100kw 복합형 수동제어 로터 개발 및 실증

◦ 총 정부출연금: 19.4억원

◦ 총 수행기간: 2016.06~2019.10

◦ 주관기관: 홍익대학교 세종캠퍼스 산학협력단

◦ 참여기관

- ㈜삼원밀레니어, 한국과학기술원, Technical University of Denmark

◦ 과제목표

- 풍력발전기는 운전 중 설계 당시 예측치 못한 갑작스런 돌풍, 태풍, 풍향변경 등 급격한 하중 변동으로 인한 파손과 피로손상의 누적으로 인한 파손이 빈번함.

- 다양한 블레이드 파손 사례들이 세계적으로 빈번하게 발생되고 있으며 이러한 풍력 날개의 파손 사고는 중소형 및 대형을 막론하고 막대한 인적, 물적 손실로 이어짐.

- 이러한 돌발적 환경하중을 견딜 수 있는 구조적으로 강건한 블레이드 뿐 아니라 블레이드의 수동적 스마트 제어에 대한 요구와 관심이 풍력발전기 안전과 전력단가(LCOE) 관점에서 증폭되고 있음.

- 육상 및 해상풍력 발전기의 대형화에 따른 블레이드의 무게와 하중증가는 풍력발전기 안전과 CAPEX 에 가장 큰 변수이며 따라서 블레이드 하중저감에 대한 요구가 점차적으로 확대됨.

- 본 개발 및 실증연구의 목적은 풍력날개의 파손을 예방하여 손실 확률을 줄일 뿐만 아니라 풍력발전 효율을 최대화하여 출력량을 극대화시키면서 안정적으로 풍력시스템을 운전하는데 핵심부품인 굽힘-비틀림 연성 블레이드(Bend-Twist Coupled Blade, 이하, BTC blade)를 개발하여 국내 풍력 핵심 기술 확보 및 신제품 개발하여 경쟁 시장에서 기술적으로 차별성을 확보하고 정부 정책에 부응하여 세계 시장을 대상으로 에너지 신 시장을 개척하고자 함.

- BTC blade는 복합재료의 이방성 특성을 이용하여 풍력 날개가 풍하중을 받게 되면 일반 풍력 날개에서 발생하는 굽힘 변위 뿐 아니라 비틀림 변위가 발생하도록 적층각도를 조절함으로써 과대하중 및 피로하중을 경감하고 아울러 풍력발전기 출력 향상을 도모하는 것을 목적으로 함.

- BTC blade는 회전방향 속도 변화에 따른 유효입사각(effective angle of attack)의 변화를 블레이드의 기하학적 형상으로 재분배한 swept blade 개념으로 설계되며 따라서 날개 끝단에서 급격하게 증가하는 하중을 공역학적으로 저감시킬 수 있음. 하지만 이로 인한 미세한 출력양의 손실이 예상됨.

- BTC blade는 순간 돌풍(gust)시 피치제어기가 작동하기 전 변동 풍하중에 대응하여 실시간으로 스마트하게 반응함으로써 날개 파손을 막아 풍력시스템을 안정적으로 20년 동안의 설계 수명을 유지할 수 있게 함.

- BTC blade 소재는 탄소복합재(CFRP)와 유리섬유복합재(GFRP)를 혼용해서 사용하여 고효율, 경량, 고강성, 저비용의 다양한 목적을 달성하여 경쟁사 대비 기술성과 경제성을 바탕으로 경쟁력을 확보할 수 있음.

- 본 연구는 메가와트급 대형 풍력발전기에의 적용을 위한 100kw 풍력발전기 BTC blade 개발과 BTC Blade 의 중소형 풍력발전기에의 적용효과 및 경제성을 검토하여 연구결과의 활용성을 높일 수 있음.

- BTC blade 의 기하학적 재료적 설계 이외에도 100kw BTC blade 의 메가와트 급 확장을 위한 스켈링 및 상사법칙에 대한 연구가 수행될 예정임.

◦ 수동제어 굽힘-비틀림 연성 블레이드 기술 개발

- 형상 또는 재료 커플링을 통한 굽힘-비틀림 연성을 통해 Feathering 또는 Stall을 통해 블레이드 하중을 구현하는 기술 개발

- 굽힘-비틀림 연성을 통해 블레이드에 가해지는 하중을 줄여 CAPEX를 줄이고 생산 전력을 높임

- 형상과 재료에 의한 커플링을 동시적으로 구현하여 굽힘-비틀림 연성을 유도하는 새로운 블레이드 설계 개발

- 100kW 시스템을 통해 실증하고 이를 기반으로 메가와트 시스템 적용 방안을 스케일링 기법 개발을 통해 제시

□ 유럽수출형 5kW급 건물용 PEM 연료전지 실증타당성 조사연구

◦ 총 정부출연금: 0.9억원

◦ 총 수행기간: 2017.07~2017.12

◦ 주관기관: 한국가스공사 가스연구원

◦ 참여기관

- 데니시 파워 시스템스, 덴마크 공과대학

◦ 과제목표

- 수소연료전지 분야를 중심으로 청정에너지기술 분야의 기술경쟁력 확보 및 인력교류를 통한 연구협력 추진

- DTU와 DPS등 덴마크의 선진 기관과의 연구진 교류와 공동연구 추진을 통해 대한민국 연구결과의 고부가 가치화와 미래 성장 동력 확보

- 국내에서 개발된 5kW급 저온 및 고온 PEMFC 시스템을 기반으로 하는 연료전지 실증단지 시범 구축을 통해 덴마크 및 유럽의 관련 기술 육성과 우리 기업의 유럽 시장 진출기반 확보

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