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1998년 제주 행원풍력발전단지를 시작으로 18년의 역사를 가진 국내 풍력에너지 발전 시장. 해당 시장의 성장과 확대에는 국산 기술 확보가 무엇보다 필요했다. 특히 주축이 되는 대형 풍력터빈 시스템 개발이 무엇보다도 중요한 기술이다. 이에 현재까지 핵심 부품 5가지에 대한 단체 연구를 주도해 온 전북대 연구진이 최근 초대형 풍력터빈 시스템 개발 성과를 발표했다.

유기완 교수를 주축으로 전북대 연구팀은 2021년부터 3년간 한국전력공사 기초전력연구센터 지원을 받아 한반도 서남해상 풍황에 적합한 20MW급 초대형 해상풍력 터빈 시스템 개념설계 연구를 진행해 왔다. 현재 유럽의 Siemens-Gamesa와 Vestas, 미국의 GE 등 글로벌 메이저 시스템 개발사가 상용화에 박차를 가하고 있는 20MW 이상급 터빈을 국내 기술로 개발하고자 함이 목표이다. 이러한 국산 기술을 확보하지 않으면 국내 풍력터빈 제조산업이 도약할 수 있는 기회를 놓칠 수 있기에 국가 차원에서도 지원을 받은 중요한 프로젝트이기도 하다.

프로젝트 범위는 새로운 개념의 블레이드 공력 및 구조 설계는 물론 주베어링, 기어박스가 없는 직결방식에 적합한 발전기, 교류-직류-교류의 full converter 방식의 전력 변환기 등 다양한 분야를 아울러야 했다.

전북대 유기완 교수가 주축이 되어 블레이드, 주베어링, 동력전달장치, 발전기, 전력변환기 등 핵심 부품을 담당하는 전북대 및 군산대 교수진으로 컨소시엄을 구성했다. 연구를 이끈 유 교수는 이 과제에서 공력 하중을 줄이고 발전단가(LCoE)를 낮추는 ‘저유도 로터(low-induction rotor)’ 개념을 도입해 한반도 서남해상 풍황에 적합한 직경 308m에 이르는 초대형 풍력터빈 로터를 설계했다.

해당 연구는 재료비를 절감할 수 있는 최적의 파라미터를 수학적으로 제안한 것이 높이 평가받았으며, 국제 학술지 Energies에 게재되는 학문적 성과를 이끌어 냈다. 또한 이 과제는 전문가 심사를 거쳐 한전 우수 활용 기초 과제 연구실로 선정되는 성과를 거두며, 참여 교수진 모두가 그 공로를 인정받았다. 연구팀을 이끈 유 교수는 “그동안 쌓아온 연구를 바탕으로 앞으로도 국가의 청정에너지 확보를 선도하는 경쟁력 있는 블레이드 연구·개발에 혼신을 다해 나갈 것”이라고 포부를 밝혔다.

정민기 기자(mingi@chosunbiz.com)

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