- 국내 최초 순수 국산기술을 활용한 대형 풍력발전기 형식시험 적합 확인서 획득

- 해외기관의 비용 대비 50% 수준, 수행시간 단축 가능

□ 그린뉴딜 정책에 따라 신재생에너지 보급목표의 1/3이 풍력에너지인 만큼 풍력은 잠재성과 발전량을 인정받고 있다. 이렇듯 순풍에 돛을 단 풍력발전의 성장과 함께 중요한 풍력발전 인증시험 기술이 국내 연구진의 국산화를 통해 재탄생했다.

■ 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 풍력연구팀 이광세 박사 연구진은 국내 최초로 국산시험기술을 활용해 해상용 5.5MW급 풍력터빈(효성중공업)의 출력·기계 하중시험을 성공적으로 수행하고 적합확인서를 발급받았다고 밝혔다.

○ 풍력발전기에 대한 인증은 크게 형식인증, 부분품 인증, 프로젝트 인증으로 구분할 수 있다. 이 중 형식인증은 풍력발전기의 형식이 국제요건 또는 국제적으로 요구되는 기술수준에 따라 적합하게 설계·제작되었는지 평가하는 과정이다. 형식인증 중에서 한국에너지기술연구원은 출력성능과 기계적 하중 형식시험을 담당하고 있다.

□ 대형 풍력발전기 제작사는 KS인증 확보를 위해 설계평가·형식시험·제조평가·최종평가를 수행해야 하는데, 실제 풍력발전기를 설치해 시험하는 출력성능 및 기계적 하중에 관한형식시험은 최근까지 모두 해외 기술로 진행됐다. 해외 기술을 활용한 형식시험은 시간적·비용적 불편함을 초래할 뿐 아니라, 상세 측정에 따른 국내 풍력발전 기술유출의 우려도 상존한다.

□ 해외 주요 성능검사기관은 성능시험의 전 과정을 전용 프로그램을 개발해 사용하는데, 후발기관들에게 진입장벽을 높임과 동시에 경쟁력에 우위를 위해 자체 개발한 소프트웨어의 유출을 엄격히 금지한다. 이에 국내 대형풍력발전기 형식시험은 주로 미국의 UL*에 의존했다.

* UL(Underwriters Laboratories): 미국 일리노이에 위치한 미국 최초 안전규격 개발 기관이자 인증회사로, 국가기술표준원이 2013년 대형 풍력발전설비 인증을 위해 위탁평가기관으로 지정한 4개 기관(에너지연, 재료연, 한국선급) 중 하나다.  

○ ‘19년 10월 기준 간소화 인증 외 총 38개의 KS 인증을 받은 중대형 풍력발전기의 형식시험은 모두 해외 기술을 이용해 수행됐다.

■ 이를 극복하기 위해 그간 지속적 노력을 기울인 결과, 에너지연의 이광세 박사 연구진은 자체 개발한 시험분석 소프트웨어를 바탕으로 국내 최대용량인 5.5MW 풍력발전기 형식시험 보고서를 작성해 형식시험 적합 확인서를 획득했다.

□ 연구팀은 3차원 운동을 하는 대형 회전체의 다물리(온도, 습도, 대기압, 풍속, 풍황, 출력, 진동, 굽힘 및 비틀림 하중, 제어기 터빈 상태 신호) 신호를 다양한 주파수로 계측하고, 이격 거리가 최대 약 600미터에 이르는 광범위한 지역에 위치하는 상이한 통신 방식의 데이터를 누적해 TB급 빅데이터를 측정과 관리 및 분석하고 있다.

□ 또한 연구팀은 지속적인 연구를 통해 풍력터빈의 블레이드 무게와 운전데이터를 기반으로 하중을 교정 수행하는 기술과 절차를 실증했으며 이를 바탕으로 형식시험 보고서를 작성했다. 최근에는 기계학습 방법론 중 하나인 Q Learning 기법을 이용한 측정 데이터의 효율성을 최적화하는 기법을 개발해 형식시험에 필요한 하중 데이터 취득 비용의 추가 저감이 예상된다.

■ 이번에 연구진이 개발한 소프트웨어를 기반으로 진행한 형식시험 비용은 해외 기관에서 제시하는 비용의 절반 수준에 불과하며, 형식시험에 필수 항목인 출력성능 및 기계적 하중 시험을 수행하는 시간마저 대폭 단축되는 것으로 나타났다. 또한 해외기관에 비해 원활한 소통이 가능하고 신속, 밀착형 업무지원이 가능하기 때문에 연구원은 시험기관으로서의 강점으로 작용할 수 있을 것으로 기대한다.

■ 풍력연구팀 이광세 선임연구원은 “향후 정확하고 신속한 형식시험 기술을 점진적으로 고도화해, 국가 정책목표 달성에 크게 기여할 것”이라고 전했다.

□ 이러한 노력의 일환으로 현재 풍력연구팀은 최근 국제 풍력발전시스템 인증 체계의 가장 큰 흐름인 IECRE* 체계로의 형식시험 기술 및 인프라를 확장하기 위해 연구개발을 진행하고 있으며, 형식시험 기술을 파생하여 풍력터빈 상태감시, 구조건전성분석, 유지보수 지원 기술을 위한 국책과제를 수행하고 있다.

* IECRE(신재생에너지 국제인증제도, IEC System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Renewable Energy Applications): 태양광·풍력·해양에너지 등 신재생에너지 설비의 설치․유지 및 보수와 관련한 품질성능을 평가하는 국제 인증 제도