I. 제목
풍력발전 핵심기반기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 중요성
풍력발전시스템 개발의 가장 핵심적 기술분야는 블레이드이다. 개발하고자하는 풍력발전기의 용량 및 운전풍속 등 기본설계가 이루어지면 다음 단계로써 블레이드의 개발이 이루어지게 되며 이후 증속기 및 발전기 등의 시스템 통합을 위한 제어시스템 개발이 이루어지게 된다. 이러한 이유로 세계 각국의 주요 풍력발전시스템 개발업체 및 연구기관은 고유의 블레이드 기술개발에 많은 노력을 기울이고 있으며, 이를 통해 풍력발전기의 대형화 및 고효율화가 이루어지고 있다. 그러나 우리나라는 독자적인 블레이드 개발 경험이 없음으로 인해 풍력발전 산업의 활성화에 많은 장애 요인이 되고 있다.
특히 국제적 고유가 환경 하에서 재생에너지의 보급 확산에 많은 노력을 기울이고 있는 우리나라 현실을 고려할 때 재생에너지원 증 가장 경제성이 높은 풍력발전의 활성화를 위해서는 적극적 기술개발만이 유일한 방안이다. 특히 국내 개발되는 풍력발전시스템은 우리나라의 풍황자원을 고려하여 최적 설계가 이루어져야 한다. 이는 현재까지 국내 도입된 풍력발전기가 유럽 지역의 양호한 풍황을 설계조건으로 하여 개발되었기 때문에 국내 운전 가동율의 저하와 경제성 저감이라는 문제점을 도출하고 있기 때문이다. 세계 풍력발전 기술개발을 선도하고 있는 독일 및 덴마크 등의 평균 풍속은 7m/sec 이상이며 동시에 돌풍 발생빈도가 낮은 우수한 풍황자원을 지니고 있다. 따라서 이들 국가에서 개발된 풍력발전 시스템은 상기의 풍황에 적합하도록 개발되었다. 그러나 국내 풍황자원은 평균 풍속이 7m/sec 이상인 지역이 강원 동해안 일부 지역과 제주도 등 극히 제한적이다. 또한 산이 많은 지형적 영향으로 인해 풍향 및 풍속의 변화가 많은 편이다.
따라서 이러한 국내 풍황조건에 적합한 풍력발전 시스템의 개발은 필수적이며, 이를 위해서는 가장 핵심 기술인 블레이드에 대한 독자적 연구개발이 시급하다. 본 연구과제는 이상의 필요성에 부응하여 익형 및 블레이드의 설계·개발과 블레이드 제작을 위한 복합 신소재 및 공정 개발을 목표로 하고 있다. 이를 통해 풍력발전 전문연구기관으로써 블레이드의 설계 및 제작과 구조성능평가에 이르는 전체 기술을 확보하고자 한다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
목표
○ 100kW급 저풍속형 풍력발전기 익형 및 블레이드 개발
○ 블레이드용 복합 신소재 및 성형공정 개발
연구내용
○ 블레이드 개발을 위한 익형 설계
○ 블레이드 모델 설계 및 공력/공탄성 해석
○ 블레이드 구조 해석 및 설계
○ 블레이드 하이브리드 복합 신소재 개발
○ 블레이드 성형 VARTM 공정 개발
○ 블레이드 구조성능 시험평가기술 개발
IV. 연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
2006년 1월 연구개발 착수 이후 2차년도 연구가 완료되었으며 기간 중 블레이드 개발을 위한 2종의 익형 개발 및 10kW급 축소 시제품 블레이드 제작과 성능평가가 성공적으로 수행되었다. 구조성능평가 결과를 반영한 최적화 연구가 현재 진행 증이며 3차년도 중 100kW급 블레이드의 최적설계 및 구조 성능평가가 완료 예정이다.
소재 및 공정 개발의 경우 구조강도와 경량화를 위한 탄소 복합재를 적용한 신소재 개발이 성공적으로 이루어 졌으며 이를 통해 2종의 적합 소재를 도출할 수 있었다. 선정된 소재에 대해서는 시편 시험평가를 통해 기계/구조적 물성치를 평가 완료하였으며 성형 공정의 신뢰도 향상을 위해 VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Mold) 공정의 최적화를 수행 중에 있다.