풍력 터빈 기술의 최신 개발 동향과 풍력 에너지의 미래

업계 연구자들은 에너지와 제조 비용을 최소화하기 위해 더 높은 효율의 발전기, 더 안정적인 블레이드 등 더 나은 터빈 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

Raj Shah 박사, Stanley Zhang, Andrew Kim | 쾰러 악기 회사

풍력발전은 필수 전력원으로 미국 국내 에너지의 약 8%를 차지한다. 현대식 풍력 터빈은 일반적으로 20~25년 동안 작동됩니다. 환경 조건, 터빈 크기, 풍속에 따라 터빈은 연간 최대 600만kWh를 생산할 수 있습니다[2]. 풍력 터빈은 터빈 블레이드를 통과하는 바람으로부터 전기를 생성합니다. 바람의 운동 에너지는 회전을 통해 블레이드에 포착되어 기계적 동력으로 변환됩니다. 블레이드의 회전으로 인해 기어박스에 연결된 내부 샤프트가 100배 더 빠르게 회전하여 전기를 생산합니다[3]. 지난 수십 년 동안 풍력 터빈은 오늘날의 에너지 부문에 더욱 적합하도록 여러 측면에서 발전해 왔으며 이제는 석탄 연소 가스 배출을 줄이는 데 도움이 될 수 있는 최고의 재생 에너지원으로 간주됩니다. 풍력 터빈에는 장점이 있지만 높은 비용, 최적이 아닌 내구성, 가혹한 기상 조건에서의 지속적인 유지 관리 요구 사항 등의 단점도 있습니다. 이는 특히 해상 풍력 터빈에 해당됩니다. 풍력이 재생 에너지의 지배적인 원천이 되고 기존 화석 연료와 적절하게 경쟁하려면 이러한 문제를 최소화해야 합니다.

현재 업계 연구자들은 에너지 및 제조 비용을 최소화하기 위해 더 높은 효율의 발전기 및 더 안정적인 블레이드와 같은 더 나은 터빈 기술을 개발하기 위해 노력하고 있습니다[3]. 최근 풍력 에너지 산업 종사자들은 견고성과 회전 속도를 향상시키기 위해 다양한 모양과 구성의 블레이드를 개발했습니다[4]. 또한, 해상 풍력 발전 기술에 대한 연구가 더욱 진행되어 왔으며, 이 연구를 통해 이러한 부유식 설계의 장점과 단점을 최소화할 수 있는 방법이 제시되었습니다. 심해에서 연구에 따르면 더 역동적인 케이블링이 필요하고 극한의 날씨와 계류 비용이 더 많이 발생하기 쉽지만 이러한 해상 풍력 터빈은 육상 터빈에 비해 운송, 설치 및 조립 비용을 낮출 수 있는 것으로 나타났습니다. 또한, 해상풍력터빈의 건설/수리 비용을 낮추기 위한 노력이 진행되어 CMSSP(Catenary Moored Semi-Submersible Platform), TLP(Tension Leg Platform), 스파부이(Spar Buoy) 등의 플랫폼에 대한 많은 연구와 개발이 이루어지고 있습니다. . 여러 해상 터빈이 이미 유럽에서 개발되었으며, 긴 해안선과 가파른 해저 수심으로 인해 미국과 일본에서도 유사한 개발이 뒤따를 가능성이 높습니다. 이들 국가는 부유식 풍력 발전의 기술 발전을 가장 먼저 경험하게 될 것으로 예상됩니다. 풍력 터빈의 내구성과 효율성을 최대화하는 것이 풍력 에너지를 최고의 재생 에너지원으로 통합하기 위한 핵심 우선 순위이지만, 해안 지역이나 산에 더 많은 설치를 하든 비용과 할당에 대한 고려 사항은 전반적인 타당성을 평가하는 데 필수적입니다. 이 기사에서는 풍력 터빈 기술의 최근 발전, 육상 터빈과 해상 터빈의 비교, 풍력 에너지에 대한 미래 개발을 강조할 것입니다.

CMSSP

해상풍력터빈과 관련하여 CMSSP는 해상풍력터빈의 기반 역할을 하기 위해 설계된 플랫폼으로, 이러한 부유식 터빈이 내구성을 갖고 심해에서도 작동할 수 있도록 빠르게 개발이 진행되고 있다[5]. 이 플랫폼은 기둥과 강철 버팀대 사이의 일련의 연결로 구성됩니다. 이러한 강철 버팀대는 그림 1과 같이 해저에 매립된 계류선에 부착됩니다.

그림 1. 풍력 터빈용 반잠수식 부유식 플랫폼의 레이아웃[5]