국산 기술로 대형 풍력발전시스템 인증 시험…비용ㆍ시간 절감

▲기계 하중 측정시스템 전체 구성도. (사진제공=한국에너지기술연구원)

풍력발전 인증시험 기술이 국내 연구진의 국산화로 재탄생했다. 해외 기관 대비 비용은 50% 수준에 수행시간 단축도 가능하다.

한국에너지기술연구원(KIER)은 풍력연구팀 이광세 박사 연구진이 국내 최초로 국산시험기술을 활용해 해상용 5.5MW급 풍력터빈(효성중공업)의 출력ㆍ기계 하중시험을 성공적으로 수행하고 적합 확인서를 발급받았다고 2일 밝혔다.

풍력발전기에 대한 인증은 크게 형식인증, 부분품 인증, 프로젝트 인증으로 구분할 수 있다. 이 중 형식인증은 풍력발전기의 형식이 국제요건 또는 국제적으로 요구되는 기술 수준에 따라 적합하게 설계ㆍ제작됐는지 평가하는 과정이다. 형식인증 중에서 KIER는 출력성능과 기계적 하중 형식시험을 담당하고 있다.

대형 풍력발전기 제작사는 KS인증 확보를 위해 설계평가ㆍ형식시험ㆍ제조평가ㆍ최종평가를 수행해야 한다. 실제 풍력발전기를 설치해 시험하는 출력성능 및 기계적 하중에 관한 형식시험은 최근까지 모두 해외 기술로 진행됐다. 해외 기술을 활용한 형식시험은 시간적ㆍ비용적 불편함을 초래할 뿐 아니라 상세 측정에 따른 국내 풍력발전 기술유출의 우려도 상존한다. 국내 대형풍력발전기 형식시험은 주로 미국의 UL(Underwriters Laboratories)에 의존했다.

이를 극복하기 위해 연구팀이 그간 지속적 노력을 기울인 결과 형식시험 적합 확인서를 획득했다. 연구팀은 3차원 운동을 하는 대형 회전체의 다물리(온도, 습도, 대기압, 풍속, 풍황, 출력, 진동, 굽힘 및 비틀림 하중, 제어기 터빈 상태 신호) 신호를 다양한 주파수로 계측하고, 이격 거리가 최대 약 600m에 이르는 광범위한 지역에 있는 상이한 통신 방식의 데이터를 누적해 TB급 빅데이터를 측정과 관리 및 분석하고 있다. 또 연구팀은 지속적인 연구를 통해 풍력터빈의 블레이드 무게와 운전데이터를 기반으로 하중을 교정 수행하는 기술과 절차를 실증했으며 이를 바탕으로 형식시험 보고서를 작성했다.

연구진이 개발한 소프트웨어를 기반으로 진행한 형식시험 비용은 해외 기관에서 제시하는 비용의 절반 수준에 불과하며, 형식시험에 필수 항목인 출력성능 및 기계적 하중 시험을 수행하는 시간마저 대폭 단축되는 것으로 나타났다. 또한 해외기관에 비해 원활한 소통이 가능하고 신속, 밀착형 업무지원이 가능하기 때문에 연구원은 시험기관으로서의 강점으로 작용할 수 있을 것으로 기대한다.

현재 풍력연구팀은 최근 국제 풍력발전시스템 인증 체계의 가장 큰 흐름인 신재생에너지 국제인증제도(IECRE) 체계로의 형식시험 기술 및 인프라를 확장하기 위해 연구개발을 진행하고 있다. 형식시험 기술을 파생해 풍력터빈 상태감시, 구조건전성분석, 유지보수 지원 기술을 위한 국책과제를 수행하고 있다.