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풍력에너지 분야에서 복합재료의 큰 역할

전문가 제언: ○ 2013년 들어 미국과 인도 등 풍력 터빈 시장의 침체로 복합재료의 사용이 세계적으로 크게 감소하였지만, 세계 풍력발전 복합재료 시장은 2018년에는 43억 달러에 이를 전망이다. 국내 시장은 풍력터빈 블레이드에 복합재료의 사용이 증가하고 또 2014년-2019년에 해상풍력발전단지 사업의 진척에 따라 사용량이 증가할 것으로 예상된다.

○ 풍력터빈을 지지하는 타워, 기초 및 중간 연결부품은 대부분 철 재료와 콘크리트를 사용한다. 멀티 메가와트용 대형 블레이드를 더 높게 설치하고, 지금 보다 더 깊은 바다에 터빈을 운반 설치할 필요성 때문에 타워가 더 높아지고 무거워지면서 지지하는 하부구조 요소는 운반과 설치를 위해 가볍고 강한 복합재료를 필요로 하고 있다.

○ 타워의 각 모듈은 기초보다 위쪽이 더 작은 직경으로 되어있다. 이는 모듈이 형성된 후 회전축을 구축하고 타워의 모든 모듈이 서로 접합될 때 우아한 테이퍼 모양이 되도록 하기 위한 것이다. 적층공정을 최적화하고 다양한 타워요소의 안전한 결합에 중점을 두고 타워의 동적 및 구조적 성능을 검증할 수 있도록 수치적 시뮬레이션을 사용한다.

○ 재래식 육상터빈의 경우 제작과 설치에 사용되는 에너지의 3분의 1이 타워와 기초에 사용된다. 앞바다에서 필요한 타워가 더 높고 더 무거워지면 대규모 기초를 위해 강철과 콘크리트 양이 4배까지 필요하다. 복합재료를 사용하면 강철과 콘크리트 부피는 최고 32:1 까지 축소할 수　있고, 내용연한은 20년 내지 60년 가까이 연장될 수 있다.

○ 국내 육상 풍력발전 설비의 확장과 서해안 2GW 해상풍력발전단지 건설에 힘입어 해상 구조물의 수요가 증대될 전망이다. 타워와 해상구조물에 철구조보다 복합재료가 가진 장점 특히 강화플라스틱의 특성을 이용하는 새로운 방법의 개발과 적용기술의 개발에 범국가적 협력 체제를 구축하여 개발을 추진하여야 한다고 생각한다.

저자: George Marsh
자료유형: 학술정보