풍력 및 플랜트 분야에서 사용되는 비대칭 대형 링의 가공과정을 단축시킨 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.
재료연구소(소장 조경목) 융합공정연구본부 변형제어그룹 이영선 박사(사진)팀은 형상 링 롤링(Profile Ring Rolling)을 이용, 용접 없이 바로 풍력발전기용 타워플랜지 등에 사용되는 비대칭 대형 링을 제조하는 데 성공했다고 최근 밝혔다.
이번에 이 박사팀이 개발한 기술은 비대칭 대형 링 실형상 제조에 필요한 유압장치, 공구 등 하드웨어(Hardware)와 공정변수 최적화 프로그램(삭제) 등 소프트웨어(Software)기술 일체로 지식경제부의 산업원천기술개발사업(청정기반기술)으로 선정돼 풍력발전기 및 부품 제조 전문업체 유니슨(주)(대표 김두훈)과의 공동 연구를 통해 개발됐다.

▲ ▲비대칭 대형 링과 인체의 크기 비교. ▲비대칭 대형 링과 인체의 크기 비교

기존에는 비대칭 형상의 대형 링을 제조하기 위해 대칭 형상의 링을 먼저 만든 뒤 원하는 비대칭 형상에 가깝게 가공(황삭, 거칠게 대충 깎기)한 후 열처리와 마무리 가공(정삭, 미세하게 깎기)하는 복잡한 과정을 거쳤다.
그러나 새 기술은 일반 링 롤링(Conventional Ring Rolling)을 형상 링 롤링으로 대체해 기존 공정 중 열처리 전의 가공(황삭) 과정을 없애고 용접 없이 제조하는 것으로 제조원가 20% 이상, 대기오염 방출량 10% 이상을 절감한 경제적이고 친환경적인 공정이다.
이 박사팀은 공동연구를 벌인 유니슨(주)이 올 한해만 10억 원의 경제적 이득(원가절감)을 얻고 원가 경쟁력을 확보, 국내외에서 기존 대비 3배 이상을 수주할 수 있을 것으로 예상하고 있다.
대형 링의 경우 풍력발전 및 플랜트용만으로도 전 세계 시장규모가 연간 3조억원에 달해 국내 업체생산이 10% 수준에만 머물러도 3000억 원에 달하는 규모의 수출시장을 형성하게 된다.
또 세계풍력협의회(GWEC, Global Wind Energy Council) 자료에 따르면 풍력발전 용량과 함께 타워크기 또한 비례적으로 증가, 매년 19%의 성장세를 보이고 있어 비대칭 대형 링에 대한 수요도 높아질 것으로 기대된다.

▲ ▲비대칭 대형 링 제조공정 비교. ▲비대칭 대형 링 제조공정 비교

이번에 개발한 기술은 풍력발전기용 타워플랜지 뿐 만 아니라 기차 바퀴 등 궤도 차륜, 베어링류 부품 등 용접으로 제조했을 때 수명과 안전성에 문제가 발생할 수 있는 구조 및 안전 부품제조에도 적용될 수 있다.
재료연 관계자는 “이번 연구 결과를 통해 신재생에너지로서 전 세계적으로 관심이 높은 풍력발전에서만 최소 300억 원 이상의 경제적 효과를 볼 수 있으며 시간이 지날수록 파급효과도 더욱 커질 것으로 예상된다”고 말했다.
한편 이번 연구결과는 국내특허 출원을 완료하고 국제특허 출원을 준비 중이다.