-- 목차 --
1. 개요
2. 풍력터빈 블레이드
3. Self-healing 기술
4. 차세대 풍력터빈 블레이드
5. 자기치유 기술 확대적용
6. 맺음말
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4. 차세대 풍력터빈 블레이드

앞서 소개한 자기치유 기술들은 대부분 대학교 실험실 수준에서 개발 및 연구되고 있으며, 화공 및 재료 분야의 요소 기술에 기반을 두고 있다. 그러나 내구성 높고 유지보수 비용을 절감시킬 수 있는 실질적인 풍력터빈 블레이드를 개발하기 위해서는 [그림 12]와 같이 다양한 기술들을 융합하는 것이 필요하다. 무엇보다 현재 상용화되어 사용되고 있는 풍력터빈 블레이드에서 발생하는 손상사례 및 물리적 손상기구에 대한 선행조사가 필요하다. 이와 병행하여 열가소성 수지 개발 및 자기치유 고분자 제조를 위한 재료·화공 분야 기술에 대한 깊이 있는 연구가 진행되어야 한다. 다음으로는 바람의 힘을 효과적으로 이용하기 위해 공력을 고려한 형상 설계 및 해석, 시험을 포함한 기계항공 분야 기술들을 이용해야 한다. 또한 전기적 특성을 분석하고 확대 적용가능 분야를 선정하기 위한 전기전자 분야 기술과 기술사업화 및 경제성 분석을 위한 경제경영 분야 등의 기술들을 융합해야 한다.
현재 Vestas, Gamesa, Goldwind와 같이 풍력터빈 시장을 주도하고 있는 회사들은 유지보수 사업에 많은 관심을 갖고 관련 기술들을 선도하고 있다.
또한 전세계적으로 블레이드의 상태 감시를 위한 온라인/오프라인 시스템 및 분석 기술들이 빠르게 개발되고 있다. 따라서 자기치유 기술을 이용한 풍력터빈 블레이드가 개발된다면 풍력발전 시장에서 획기적인 혁신을 주도하게 될 것이다.

5. 자기치유 기술 확대적용

자기치유 기술이 복합재 및 폴리머 재료를 기반으로 가능하다고 할 때, 풍력터빈 블레이드 뿐만 아니라 [그림 13]과 같이 유지보수 비용이나 손상되었을 때 야기되는 경제적 피해가 큰 복합재 소재의 전력설비를 주목해 볼 필요가 있다. 2008년부터 유럽을 중심으로 급성장하고 있는 해상풍력발전 시장에서 경량화, 내구성, 내부식성 등이 보다 중요해지고 있는 풍력타워, 해저에서 내구성 못지 않게 절연특성을 유지해야 하는 직류 해저케이블, 단위 크기당 강도 및 강성을 높여야 하는 compact 절연암 등이 자기치유 기술을 확대 적용할 수 있는 분야라 할 수 있겠다.
한편 복합재가 포함된 상당수 송배전 설비의 경우, 기계적인 내구성 저하보다는 복합재 손상 및 균열에 의한 절연 파괴 같은 전기적 신뢰성 저하가 더욱 중요하다. 결과적으로 폴리머 소재의 로드나 케이블에 자기치유 기술을 이용한 새로운 폴리머를 사용하게 된다면 미소 균열에서 시작되는 막대한 손실을 미연에 방지할 수 있을 것이다.

6. 맺음말

전 세계적으로 풍력발전 시장은 육상 및 해상풍력 분야에서 빠르게 성장하고 있으나, 아직까지 국내 풍력발전 관련 설계 및 제작 기술 수준이 선진국에 비하면 상대적으로 낮다. 한편 풍력발전 시장에서 유지보수 비용이 상당한 비율을 차지하고 있으며, 최근 들어 관련 기술들의 개발에 다양한 시도들이 증가하고 있다. 이에 따라 손상이 발생한 이후의 대대적인 유지보수가 아닌, 손상 예방 및 확대를 최소화할 수 있는 새로운 기술, 자기치유 기술을 현실성 있게 개발하고 적용한다면 경쟁 우위에 있는 유럽의 선진 업체들을 넘어 차세대 풍력발전 시장을 선도할 수 있을 것으로 생각된다. 나아가 폴리머 및 복합재 소재를 사용하고 있는 전력/에너지 설비에 확대 적용한다면 후속사고 예방과 설비 수명 연장을 통해 기하급수적인 경제적 이득을 취할 수 있을 것으로 사료된다.
현재까지 자기치유 기술을 특허 및 논문, 시장 동향 측면에서 볼 때, 산업적 용도 적용이 뚜렷하지 않고, 특정 연구기관 및 연구자에 의한 개발에 집중되어 있으며, 산업적으로나 기술적으로 도입기 단계의 기술이다. 이에 따라 KEPCO가 원천 기술을 확보하고 실제 운영하고 있는 설비 및 부품에 적용하기 위한 융복합 기술을 개발한다면 또 하나의 성장 동력으로 성장시킬 수 있을 것으로 생각한다.

* 참고문헌
[1]최우성, “풍력에너지의 경제성 및 성장 가능성”, 전력기술동향 통권 63호 (2011)
[2]박지상, 정성훈, 황병선“, 풍력터빈 블레이드의 설계/해석 및 시험 평가 기술”, 기계와 재료 (2007)
[3]‘풍력발전 기술과 국내외 시장 및 기술동향’, 대우엔지니어링기술보 (2005)
[4]‘해외풍력사업 설명회’, 해외사업본부 (2011)
[5]‘Wind turbine blade materials’, SuperGEN WIND(2010)
[6]정재승, 이종찬, “자가 복원성 고분자의 연구 동향”, NICE, 제29권 제1호 (2011)
[7]R.S Trask, "Self-healing polymer composites : mimicking nature to enhance performance" (2006)
[8]기초정보 조사 보고서, WIPS (2011)
* 작성자
최우성 : 선임연구원/그린에너지연구소 woosung@kepco.co.kr
* 출처 : 한국전력공사 전력연구원 www.kepri.re.kr