<사진. two blade turbinex299
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 >

다시 돌아온 2 블레이드(Two-Bladed) 풍력 터빈

일부 메이저 풍력발전 회사들은 산업에서 표준으로 사용되었던 3개의 블레이드를 가진 터빈의 설계를 변경하여 블레이드 2개만으로 회전하는 터빈에 대해 테스트하고 있다. 이러한 설계는 엔지니어링 측면에서 볼 때 도전적인 일이나 성공적으로 수행된다면 해상풍력발전의 경제성 개선에 크게 기여할 것으로 기대된다.

2개의 블레이드를 가진 터빈은 일반 풍력터빈과 같은 양의 전기를 생산하면서 약 20%의 건설 및 설치 비용을 절감할 수 있는 것으로 추정되고 있다. 전세계에서 9번째로 큰 풍력터빈 제조회사인 중국 Ming Yang Wind Power사는 이러한 설계에 대한 대규모 테스트 계획을 발표하였다. 이들은 올해 6 MW규모의 2 블레이드 터빈을 중국에 설치할 계획이며, 가장 큰 규모의 상업용 해상터빈(Offshore Turbine)이 생산하는 만큼의 전기를 확보할 계획이다.

Ming Yang사는 2015년 노르웨이지역에 또 다른 설비를 건설할 계획이다. 다른 풍력터빈 회사들도 이러한 접근방법을 구체화하고 있다. 지난해 일본 히타치(Hitachi)와 후지중공업(Fuji Heavy Industries)은 바람이 부는 방향으로 향하는 뒷바람 설계(Downwind Design)를 이용하는 2 MW급 풍력터빈을 건설하기 위해 협력 중이다. 그리고 지난 3월 독일 풍력발전 개발사인 2-B Energy는 45 백만 달러의 자금을 확보하여 6 MW급의 2 블레이드 터빈을 스코틀랜드에 설치할 계획이다.

해상풍력은 대부분 육상풍력(Onshore Wind) 대비 안정성이 높다. 그러나 해상 풍력터빈을 설치하고 유지하는 일에는 많은 비용이 필요하다. 이들은 육상풍력터빈이 평균적으로 필요로 하는 비용의 2배 이상이 필요하다. 2 블레이드 터빈은 사용되는 물질이 적기 때문에 적은 비용이 소요된다. 블레이드 하나를 없애는 것은 로터를 더 가볍게 만들어 타워의 뒷바람 측면에 로터를 위치하는 것을 가능케 한다.

일반 풍력터빈 로터는 바람을 맞이하는 맞바람 설계이기 때문에 터빈이 타워쪽으로 휘어지는 것을 막아야 한다. 그러나 뒷바람 로터는 경량이면서 힌지가 있는 블레이드를 사용한다. 가볍고 유연성을 가진 로터는 터빈의 기어박스, 타워 및 토대에 추가적인 재료 절감을 가져오게 된다. Ming Yang사의 6 MW급 풍력터빈은140 미터 직경의 로터, 기어박스 및 발전기로 구성되며, 이들의 무게는 모두 합쳐도 308톤 밖에 되지 않는다. 이는 지멘스(Siemens)사의 일반 6 MW급 해상터빈과 비교했을 때 40톤이나 적은 무게이다. 2 블레이드 풍력터빈은 설치도 용이하다. 오늘날 풍력단지에서 사용되는 3 블레이트 로터가 현장에서 조립되어야 하는 반면 2 블레이드 로터는 터빈 제조지역에서 미리 조립할 수 있다. 조립된 패키지는 운반선에 적재할 수 있도록 되어 있고, 무게가 가볍기 때문에 타워 위로 충분히 끌어올릴 수 있다.

그러나 과거 2 블레이드 설계에는 몇 가지 문제가 있었다. 예를 들어, 블레이드가 빠르게 회전하기 때문에 많은 소음을 만들어낸다. 그러나 해상에 설치할 경우 이러한 문제는 그리 심각한 것은 아닐 것이다. 더 큰 문제는 일부 환경조건에서 유연성을 가진 블렉시블 블레이드(Flexible Blade)가 원형으로 다시 돌아오려는 스프링 백(Spring Back) 현상으로 터빈 타워와 충돌할 수도 있다는 점이다. 이는 지난 2002년에 2 블레이드 터빈을 다시 한번 시도하려는 노력에 부정적인 영향을 주었다. 이에 설계자들은 모든 환경조건에서 블레이드 손상을 방지하기 위한 방안을 도출하였다고 말한다. 2009년 풍력터빈 설계자인 Peter Jamieson은 뒷바람 터빈의 타워 충돌(Tower Strike)을 완화하기 위해 조절된 로터 브레이킹 전략을 도출하였다. Jamieson는 2 블레이드 설계가 15~20%의 비용을 절감할 수 있다고 주장하였다.

Wind Turbine Company의 CEO인 Larry Miles는 지난 2002년 2 블레이드 터빈의 실증 테스트에서 실패를 경험한 바 있다. 그는 풍력산업이 품질 보증 및 재정적 위험을 기꺼이 감수하는 것에 대해 그리 긍정적이지 못할 것으로 본다. 그는 이러한 이유로 유틸리티 시장보다는 분산발전을 위한 소규모 100 kW급 터빈에 눈을 돌리고 있다. Miles는 아직도 중국 회사가 유틸리티 규모의 혁신을 위해 재정적 비용을 갖고 있을 것이라 생각한다. 그는 "누군가 2축 블레이드를 상용화한다면 그것은 바로 Ming Yang가 될 것이다. 이들은 충분한 자금과 중국 시장이 존재하기 때문"이라고 말했다.

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