UT 댈러스 연구진, 심해 풍력 터빈 블레이드 개척... 부유식 해상 풍력 발전

UT 댈러스(University of Texas at Dallas) 기계공학 부교수 토드 그리피스(Dr. Todd Griffith) 박사팀이 미 에너지부(DOE) 330만 달러 지원을 받아 심해 풍력을 전기로 변환하는 부유식 해상 풍력 터빈 설계 프로토타입 개발에 나섭니다.

신규 보조금은 부유식 해상 풍력 터빈 기술 가속화를 위한 2,600만 달러 APRA-E(첨단연구프로젝트국-에너지) 어워드 일환으로, ATLANTIS 프로그램(공기역학 터빈, 경량화·부유, 해양 기술·통합 서보 제어) 13개 프로젝트 지원.

DOE 추산 미국 연안·오대호 주·연방 수역이 전국 모든 화력발전소 총발전량 2배 에너지 생산 가능. 하지만 수심 깊은 곳 풍력 터빈 배치 고비용이 최대 걸림돌로, 부유식 플랫폼 필요. 그리피스 프로젝트는 설치·해저 케이블 기존 전력망 연계 과제 극복과 비용 절감 목표.

수직축 풍력 터빈 설계... 기존 3날 수평축과 차별화

그리피스 수직축 풍력 터빈 설계는 전통적 3날 수평축과 달리, 해수면 위아래 걸친 플랫폼에 수직 블레이드 세움. 플랫폼은 해저에 케이블로 연결(수심 최소 200피트/약 61m 이상), 해저 직접 앵커링 아님.

설계상 터빈 블레이드 해수면 위 600-700피트(약 183-213m) 상승, 최대 900피트(약 274m)까지 가능.

그리피스는 2009년 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories, 뉴멕시코 앨버커키) 풍력 에너지 기술부 수석 기술 직원·해양 기술 리드로 수직축 풍력 터빈 설계 연구 시작. 2017년 UT 댈러스 합류.

신규 보조금으로 UT 댈러스 팀에 박사과정생, 박사후연구원, 기계공학과장 에릭 존슨 석좌교수 마리오 로테아(Dr. Mario Rotea) 합류해 프로젝트 제어 시스템 파트 주도. '제어 공동 설계(control co-design)' 프로세스로 터빈 최소 노력으로 최대 전력 추출 위한 서브시스템 개발, 블레이드·터빈 힘 관리와 기상 변화 속 터빈 속도 제어 포함.

로테아에 따르면 이 연구가 미국 해안 지역 풍력 에너지 활용 확대에 결정적. 미국 최초 상업 해상 풍력 프로젝트(2016년 가동)는 로드아일랜드 블록아일랜드 약 4마일 해상 블록아일랜드 윈드 팜(Block Island Wind Farm).

UT 댈러스 연구진은 일리노이대 어바나-샴페인, 기업 파트너 아쿠아니스(Aquanis Inc.), VL 오프쇼어(VL Offshore), X플로 에너지(XFlow Energy)와 협업.

"내게 이는 훌륭한 다학제 공학 팀과 훌륭한 연구를 할 기회입니다."라고 그리피스. "구조 설계, 공기역학, 제어 시스템, 부유 시스템, 경제성, 설치 절차 모두 통합. 진정한 시스템 레벨 엔지니어링 문제입니다. ATLANTIS 프로그램 비전 실현 위해 이 모든 기술을 모으는 이 놀라운 그룹을 이끌게 되어 기쁩니다."