▲ 재료연구소와 두산중공업이 설계한 대형 블레이드.

재료연구소가 세계 최초로 개발한 대형 풍력터빈용 카본 블레이드가 국내 해상풍력발전단지에 실제로 구축돼 관련 시장을 선도할 전망이다.

재료연구소(소장 김해두) 풍력기술 연구개발팀 박지상 박사 연구팀은 세계 최초로 탄소섬유 복합재 기술과 TBC(Torsion-Bending Coupling) 기술을 적용해 대형 풍력터빈용 카본 블레이드를 개발 및 상용화하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

풍력터빈 발전은 블레이드가 외부 바람의 하중을 받아 회전하는 운동에너지로부터 전기에너지를 발생시키기 때문에 오랜 기간 동안 돌풍을 비롯한 평균 풍속을 견딜 수 있는 내구성 높은 블레이드가 필수다.

또한 풍력터빈 대형화 추세에 따라 더 튼튼한 60m 이상급 대형 블레이드가 필요하기 때문에 구조를 두껍게 만들어야 하지만 그만큼 블레이드 자체 중량이 커져서 풍력터빈의 하부 구조물이 받는 부담 또한 커지게 된다.

이에 박지상 박사 연구팀은 블레이드의 길이를 늘리면서 강도는 높이고 중량은 절감하기 위해 두산중공업과 함께 탄소섬유 복합재 기술과 TBC 기술을 적용한 대형 블레이드 설계에 착수했다.

연구팀은 블레이드의 운행 시 바람의 하중을 낮추기 위해 TBC 기술을 적용했으며 블레이드에 카본 소재를 사용해 기존의 유리 소재 대비 블레이드의 중량을 절감시켰다. 또한 이를 저풍속형 블레이드(3MW Class III)로 설계함으로써 낮은 풍속에서도 필요한 출력 성능을 낼 수 있도록 했다. 이는 국내 뿐 아니라 풍속이 낮은 유럽 등 세계 시장에 진출하는데 중요한 경쟁력이 될 수 있다.

제작된 풍력터빈 블레이드는 국내 최초로 정하중-피로하중-피로후정하중의 완전한 전 단계(Full Cycle) 인증시험을 거쳐 신뢰성 검증에 성공하여 국제인증(IEC 61400-1, IEC 61400-23)을 획득했다.

개발된 블레이드가 적용된 풍력발전시스템은 두산중공업을 통해 국내 서남해 해상풍력발전단지에 이미 20대(블레이드 60기)에 대한 수주계약이 완료됐으며 내년 5월부터 설치될 예정이다.

재료연구소는 블레이드 소재 국산화, 설계기술 자립화, 공정기술 고도화를 통해 국내 블레이드 산업의 경쟁력 강화로 블레이드 수출산업화로 이어질 것으로 기대하고 있다.

개발팀장인 재료연구소 박지상 책임연구원은 “이번 탄소섬유 복합재 TBC 블레이드의 개발 성공은 지금까지 선진 유럽기술의 뒤를 쫓던 국내 풍력기술이 블레이드 분야에 있어서만큼은 유럽기술을 앞지르는 세계 최고 수준을 달성한 것”이라며, “국내 풍력 산업 재도약을 위한 정부의 적극적인 정책 지원이 이어지길 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구성과는 산업통상자원부 산하 한국에너지기술평가원이 지원하는 신재생에너지기술개발사업을 통해 이뤄졌다.