초대형 풍력발전기 날개 국산화…AI 도움받아 107m, 12MW급 설계
100% 수입에 의존하던 초대형 풍력발전기 블레이드가 국산화됐다. 용량은 12MW급으로 AI 지원을 받았다. 한국에너지기술연구원은 풍력연구단(유철 단장) 연구진이 초대형 풍력 블레이드 설계 플랫폼과 제작, 시험까지 가능한 통합 인프라를 구축했다고 19일 밝혔다. 이들은 또 12MW급 블레이드를 설계해 국내 최초로 국제 인증기관으로부터 설계 인증도 획득했다. 산업부 제11차 전력수급기본계획에 따르면, 우리나라는 오는 2038년 재생에너지 발전 용량을 2024년(30GW) 대비 4배인 121.9GW를 확보해야 한다. 이 가운데 풍력 발전 비중은 30%인 40,7GW다. 연구팀은 "현재 풍력발전 핵심 부품 국산화율은 34%에 불과하다"며 "특히 10MW 이상급 풍력발전기 핵심인 블레이드는 자체 설계, 제작 능력을 갖춘 국내기업이 거의 없어 대부분 해외 수입에 의존하고 있는 실정"이라고 말했다. 연구팀은 이를 위해 초대형 블레이드 설계가 가능한 국산 플랫폼 'KIER-블레이드포지(KIER-BladeFORGE)'를 개발했다. 블레이드 설계 핵심은 공력 설계와 구조 설계다. 기존에는 바람이 블레이드 표면을 지날 때 발생하는 힘을 제어하기 위해 공력 설계를 먼저 수행하고 이후 안정성 향상을 위한 구조 설계를 진행해 왔다. 하지만 공력 설계 내용이 조금이라도 변경되면 구조 설계를 완전히 바꿀 수밖에 없어 효율적이지 못했다. 연구팀은 이에 최신 AI 기법과 최적화 알고리즘을 적용해 블레이드 단면 형상, 비틀림 각도 등 미세한 설계 변수까지 실시간으로 반영할 수 있는 공력-구조 통합 설계 플랫폼을 구축했다. 기존 설계 방식의 한계를 극복한 것. 여기에 블레이드 설계 전 과정을 자동화한 소프트웨어를 적용했다. 기존 3~4주 이상 소요되는 고반복 수작업 방식 대비 설계 최적화 시간을 50% 이상 단축하는 데 성공했다. 한국선급으로부터 개념승인(AIP) 인증도 받았다. 개념승인은 조선해양 및 산업플랜트 분야에서 주로 제작되지 않은 개념 설계에 대한 원칙 승인을 의미한다. 관련 기술이 적절한 신뢰수준과 타당성을 갖췄는지 검증한다. 연구팀은 또 설계된 블레이드 실효성과 안정성을 검증할 수 있는 풍력 블레이드 전주기 시험 통합 인프라를 국내 처음 구축했다. 유철 단장은 "현재 길이 107m, 12MW급 초대형 풍력 블레이드를 설계했다"며 "국내서 생산한 초대형 풍력 블레이드 중 처음으로 국제 인증기관(덴마크 DNV)로부터 설계 인증도 획득했다"고 설명했다. 에너지연은 추후 관리 규약 등 구체적인 제도가 마련되면 관련 기업, 기관 모델 테스트를 추진할 예정이라고 덧붙였다. 유철 단장은 "설계부터 제작, 시험까지 전 과정을 아우르는 통합 연구 인프라를 구축했다는 것과 초대형 풍력 블레이드를 국제적으로 공식 인증 받았다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다. 연구는 한국에너지기술연구원 기본사업 지원을 받았다.
