풍력터빈 발전기용 재료의 최근 동향 및 미래 전망

전문가 제언

○ 풍력에너지 생산은 매년 23.5%씩 증가하고, 2013년 세계 총 풍력발전 설치용량은 318GW에 도달하였다. 중국, 미국, 독일, 스페인, 인도의 5개국이 전 세계 설치용량의 72%를 차지하고, 유럽은 117GW 설치용량을 확보하고 있다. 2000년에 세계 최대 풍력터빈은 2MW이었는데 지금은 로터직경이 171m인 8MW의 풍력터빈을 설치하고 있고, 향후 로터 직경이 180m인 10MW 풍력터빈의 출현이 예상된다.

 

○ 풍력발전설비에 사용하는 자석 강재 및 동선(Cu)을 제조하는데 필요한 철, 구리 및 기타 재료는 세계적으로 매장량도 충분하고 가격도 투명하지만, 영구자석 발전기(PMG)에 필요한 희토류 원소(REE)는 금속 광물에 아주 적게 함유되어 있고, 공급량도 아주 적다. 2009년 세계 희토류 산화물(REO)생산량은 약 150,000톤이고, 그 중 89%를 중국에서 생산하고 있다. 초전도 발전기는 대부분 이트륨, 바륨, 구리(YBCO)에 코팅된 전도체(CC)에 기반을 두고 있다.

 

○ 2030년의 기술적 지표로는 12MW 풍력발전설비의 총 중량은 130톤 이하여야 한다. 영구자석의 전력밀도는 현재 270~422kj/m3에서 2020년 360~500, 2030년 460~535kj/m3까지 개선하고, 똑같은 자력밀도에서 Nd 희토류 원소 함량은 현재의 30~32%로부터 2030년에 20%를 요구하고 있다. 고온초전도 전선의 가격은 현재의 300€/kA-m에서 2030년에 15€/kA-m까지 낮추고, 상업적 운전온도를 현재의 75K에서 85K로 높여야 한다.

 

○ 영구자석용 희토류 원소의 고효율화 및 대체 재료를 위한 기초 및 응용연구는 리스크가 높기 때문에 국내 연구센터와 기업은 물론 해외 연구기관과 공동연구 체제를 갖추고 연구비용을 분담하고 최적화할 수 있도록 추진하여야 한다. 이를 위해 자금 지원과 국제 협조 연계를 국가가 주도하고, 실질적으로 영구자석에 사용하는 희토류 원소 함유량을 줄이고, 영구자석의 제조에 대체 재료의 사용을 줄이고, 재순환을 위한 설계를 축소하는데 연구개발을 집중할 필요가 있다.

 

 

저자

Roberto Lacal-Arantegui

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

일반기계

연도

2015

권(호)

87()

잡지명

Jounal of Cleaner Production

과학기술
표준분류

일반기계

페이지

275~283

분석자

나*주

분석물

• 풍력터빈 발전기용 재료의 최근 동향 및 미래 전망.pdf [337,041 byte]

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