풍력 터빈: 건설과 운영의 핵심 소재 분석

2020년 풍력 터빈은 미국 전체 유틸리티 규모 전력 생산의 약 8.4%를 차지했습니다.

정부는 2020년까지 풍력 발전을 전체 전력 생산의 10%로 끌어올릴 계획이었으나 목표를 달성하지 못했습니다. 그럼에도 2030년까지 전력 수요의 20%를 풍력 에너지로 충당할 계획입니다.

풍력 터빈이 대중화되면서 그 작동 원리에 대한 궁금증도 커지고 있습니다. 풍력 터빈 제조와 활용 과정을 살펴보겠습니다.

풍력 터빈 작동 원리

풍력 터빈은 바람으로 전기를 생산합니다. 바람이 터빈 블레이드를 로터 주위로 회전시킵니다. 로터가 발전기처럼 회전하며 전기를 생성합니다.

회전축이 지면과 평행한 수평축 풍력 터빈이 업계를 지배하는 표준 모델입니다. 주어진 풍량에서 더 많은 전력을 생산한다는 장점이 있습니다.

육상과 해상 대형 수역 모두에서 이런 풍력 단지를 볼 수 있습니다. 육상 터빈은 함께 배치 시 비용 효율이 높지만, 해상 터빈은 강력한 해양 바람에서 막대한 에너지를 포집합니다.

해상 풍력 터빈은 도로가 아닌 선박으로 운송되므로 운송 과제가 적습니다.

수직축 풍력 터빈의 회전축은 지면에 수직입니다. 일부 데이터에 따르면 거친 풍황 조건에서 잘 작동하며 360도 모든 방향에서 발전이 가능합니다. 경우에 따라 상하풍에서도 발전이 가능합니다.

대부분 소형 풍력 발전 시스템과 주거용 풍력 터빈 프로젝트는 수직 터빈을 사용합니다. 불안정한 기상 조건이나 안정적 풍속을 얻기엔 고도가 낮은 지역에 이상적입니다.

모든 가정이 자체 풍력 발전을 할 수는 없지만 일부 지역은 분산형 시스템에 적합합니다. 주거, 농업, 소규모 상업 용도가 여기에 해당합니다.

각 풍력 터빈은 타워, 나셀, 로터 블레이드 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

2015년 국립재생에너지연구소(NREL) 보고서에 따르면 풍력 터빈 구성 소재는 다음과 같습니다:

강철 (71-79%)
유리섬유, 수지, 플라스틱 (11-16%)
철 또는 주철 (5-17%)
구리 (1%)
알루미늄 (0-2%)

풍력 터빈 제조사는 시멘트용 쇄석, 점토, 셰일, 석고, 석회석도 사용합니다. 각 타워는 가혹한 환경 조건을 견디기 위해 강철 보강 콘크리트를 사용합니다.

나셀 내부에는 발전기 등 많은 부품이 있으며 기계 부품을 포함합니다. 코발트, 희토류 산화물, 붕소, 네오디뮴은 자석과 배터리 제조에 필수 소재입니다.

로터 블레이드에는 강성 확보를 위해 폼, 폴리머, 고무가 사용됩니다.

풍력 터빈은 재생에너지 발전에서 의심할 여지 없이 중요해지고 있습니다. 그러나 터빈 제조에는 다양한 소재와 공정이 필요합니다. 그럼에도 생산은 지속 성장 중입니다.

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