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풍력블레이드 표면 결빙현상과 측정방법

전문가 제언: ○ 풍력터빈 블레이드를 사용하는 도중에 발생하는 결빙(icing)현상은 블레이드의 안전과 효율적 운전에 문제를 일으키기 때문에 결빙이 생기지 않도록 예방하거나 발생한 얼음을 제거하는 것이 중요한 과제이다.

○ 결빙을 억제하기 위해 표면완화전략을 적용하는데 방빙(icephobic) 또는 소수성(hydrophobic)코팅 방법을 실시한다. 열 경감방법에는 방빙(anti icing)과 제빙(deicing) 두 가지 방법과, 이 두 가지 경감방법을 적절히 조합한 제3의 열 경감방법 즉 열표면방법(Thermface)이 있다.

○ 결빙현상은 비얼음(glaze)과 무빙(rime) 두 가지 형태 또는 이 두 가지가 혼합하여 발생하기도 한다. 비얼음(glaze)은 빙점 바로아래 온도조건에서 생성되며, 본래의 물리적 특성 때문에 무빙(rime)보다 제거하기가 훨씬 어렵다. 무빙(rime)은 함유 수분보다 더 낮은 온도조건에서 발생하며, 블레이드 기질에 접촉하기 전에 얼게 되어 얼음 층을 형성하게 된다. 무빙은 표면온도가 -12℃ ~ -4℃ 의 범위에서 주로 발생한다.

○ 풍력터빈 블레이드의 리딩에지(leading edge)에 부착된 얼음의 점착력을 특수 실험 장치를 사용하여 측정하였다. 얼음 형상은 비얼음(glaze)과 무빙(rime)의 두 가지 형태의 영역에서 측정하였다. 이 장치는 원래 수직하중이 작용하는 기후조건 상태에서 곡면표면에 발생하는 결빙 점착력을 측정하기 위해 제작하였다. 실험은 일반 시편과 결빙경감 시편에 대해 점착력과 점착압력을 측정하였다.

○ 실험결과에 의하면 섭씨온도가 내려가는 만큼 곡면표면에 결빙 점착력이 증가하는 것으로 나타났다. 블레이드 익형표면의 리딩에지(leading edge) 부위에서 점착력은 온도강하에 따라 0.6psi/℃ 율로 증가한다. 결빙을 완화시키면 이 값은 현저하게 감소한다. 따라서 국내에서도 풍력발전사업의 발전을 위하여 풍력발전기의 터빈블레이드에 결빙발생을 억제할 수 있는 방빙(anti icing)과 제빙(deicing) 및 표면결빙 경감전략을 개발하고 동시에 적용하여야 한다.

저자: Andrea G Kraj
자료유형: 학술정보