카본 파이버 조류 터빈 로터, 20년 수명 입증 - 서스테이너블 마린

서스테이너블 마린(Sustainable Marine, 캐나다 노바스코샤)은 아일랜드 국립대학 골웨이(NUI 골웨이)의 마레이(MaREI) 센터와 엔지니어링 파트너 쇼텔 하이드로(독일)를 통해 새로운 탄소섬유 조류 터빈 로터가 현장에서 20년간 생존할 수 있음을 입증했다. 엄격한 테스트는 아일랜드 국립대학 골웨이의 라이언 연구소와 공학부에서 수행됐으며, 이곳은 375평방미터 구조 연구실을 갖춘 해양 에너지 센터로 알려져 있다. 이 프로젝트는 EU 전역의 해상 재생에너지 테스트를 지원하는 호라이즌 2020 프로그램인 마리넷2(Marinet2) 하에 수행됐다.

부유식 조류 에너지 시스템의 패시브-어댑티브 설계

서스테이너블 마린의 새로운 부유식 조류 에너지 시스템은 6.3미터와 4미터 두 가지 로터 직경을 공통 드라이브트레인과 함께 사용해 다양한 자원 현장 요구사항에 맞춘다. 회사에 따르면 터빈 설계는 과부하 조건에서 플렉스와 피치를 가능하게 하는 탄소섬유로 설계된 고정 피치 로터로 구성된다. 이 '패시브-어댑티브' 특성은 터빈의 구조적 하중을 줄여 더 작고 비용 효율적인 부품을 사용할 수 있게 한다고 서스테이너블 마린은 설명한다.

가속 수명 테스트로 20년 검증

NUI 골웨이에서 6.3미터 로터에 대한 광범위한 테스트를 완료한 후, 회사는 더 강한 자원 현장을 위해 특별히 설계된 4미터 단축 로터의 성능을 평가하기 위해 아일랜드 시설을 다시 방문했다. 최첨단 실험실은 '가속 수명 테스트'를 수행해 단 몇 주 만에 현장 20년 운전에 해당하는 조건을 로터에 적용했다. 스트레스, 변형, 진동 등 광범위한 매개변수를 다뤘다.

"세계적 수준의 테스트 및 연구 시설인 NUI 골웨이와의 파트너십을 연장하게 되어 기쁩니다."라고 서스테이너블 마린 비즈니스 개발 부사장 랄프 스타르츠만은 말한다. "독일 엔지니어링 파트너 쇼텔 하이드로를 통한 이 국제 협력은 조류 터빈 기술 분야에서 한계를 지속적으로 높이고 발전시키려는 우리의 야망을 확고히 보여줍니다. 경계를 넓히려면 우리 기술을 한계까지 밀어붙일 수 있는 선도적 시설에서 솔루션에 도전하는 것이 필수적입니다."

스타르츠만에 따르면 가속 수명 테스트는 정상 조건을 빠르게 시뮬레이션해 구조물이 시간이 지남에 따라 어떻게 반응할지 더 잘 이해하게 해주는 필수 공정이다. "새로운 4미터 로터 블레이드가 '초내구성'임이 입증됐습니다. 설계와 구조적 무결성에 대한 완전한 확신을 줍니다. 신뢰성은 조류 터빈 개발의 핵심 요소이며, 특히 이제 첫 상업 프로젝트로 나아가고 있는 시점에서 더욱 그렇습니다."

종합 분석 및 상용화 준비

마레이 센터의 완전한 분석은 피로 하중 하에서 로터 동작을 테스트해 비틀림 처짐과 전반적 구조 성능 등을 검토했다. 쇼텔 하이드로의 추가 사내 테스트는 궁극적 하중과 블레이드 파단까지의 무결성 테스트를 포함했다.

서스테이너블 마린은 현재 노바스코샤 펀디 만에서 세계 최초의 부유식 조류 에너지 어레이를 공급할 준비 중이다. 올해 초 새로운 420킬로와트 PLAT-I 6.40 부유식 조류 에너지 플랫폼을 출시했는데, 새로운 4미터 복합 로터를 탑재해 그랜드 패시지에서 시운전 및 테스트 중이다.

"짧은 블레이드가 풍력 블레이드 대비 현저히 높은 하중을 받기 때문에 조류 터빈 블레이드 전문 구조 테스트 시설이 조류 에너지 산업을 지원하기 위해 필요했습니다."라고 NUI 골웨이 공학부 연구혁신 디렉터 제이미 고긴스 교수는 말한다. "유럽위원회 호라이즌 2020과 아일랜드 정부 과학재단(SFI), 지속가능에너지청(SEAI)의 대규모 투자로 세계 최고 수준의 조류 터빈 블레이드 테스트 시설을 개발할 수 있었습니다."

고긴스는 이 프로젝트가 서스테이너블 마린의 풀스케일 블레이드 리스크를 줄이는 것 외에도 해양 부문의 상업적 생존 가능성 달성을 돕고 차세대 에너지 엔지니어 양성에 기여할 것이라고 덧붙였다. "현재까지 100명 이상의 엔지니어가 우리 그룹에서 직원이나 학생으로 일했으며, 세계 유수 기업으로 진출했습니다."라고 그는 결론지었다.