풍력핵심기술연구센터 (WTRC, Wind-turbine Technology Research Center)

WTRC 개요

• 대형 풍력 핵심부품 기술개발, 기반구축, 기업지원, 인력양성 역할 수행 (2006년 설립)
  

WTRC 역할 및 임무

• 대형 풍력 블레이드에 대한 독자 기술개발로 소재-설계-제조-시험인증 100% 국산화 및 상용화 성공 등 우수한 실적으로 풍력산업 발전에 선도적 역할 수행
  * 지금까지 국내 설계로 개발된 모든 블레이드 (3~5MW급 4기) 설계 개발 수행
  - ‘소재-공정-설계-제조-인증시험’의 전주기적 기술개발 체계 구축
• 부안 풍력시험동 건립 및 운용 (2011년 건립)
  - 국내 유일의 대형 풍력 핵심부품 인증시험 기관 임무 담당
  - KOLAS 국제공인시험기관 (국제인증), 산업부 지정 성능검사기관 (국내인증)
  * 지금까지 국내 설계로 개발된 모든 블레이드 (2~5MW급 9기) 인증시험 수행
  - 부안 풍력시험동 설비 현황

• 시험동 전경
  규모 : 203m(L) × 30m(W) × (16.5~26)m(H)

  

• 블레이드 고정시스템
  고정식/유압작동식 Test rig 2기

  

• 블레이드 정하중 시험장비 (5MW급)
  스탠드 윈치: 10 ton×2기, 20 ton×2기, 30 ton×1기

  

• 블레이드 피로 시험장비 (3MW급)
  - Flapwise exciter 2기, Edgewise exciter 1기

  

주요실적

• 3MW 대형 풍력 블레이드 국내기술 독자 개발
  - 소재, 설계, 제조, 시험평가의 전 분야를 100% 국내 기술로 개발
  - 두산중공업(시스템) - 케이엠(블레이드 제조) - KIMS(블레이드 설계, 시험평가) 공동개발
  - 세계 최고 수준의 유럽 경쟁 제품 대비 10% 이상 중량 절감 달성, DEWI-OCC 인증획득
  - WinDS 3000에 장착 실증
  → 양호한 하중 특성, 출력효율 48% 이상 우수한 성능, 시스템 인증완료
  - 국내 블레이드 설계기술과 제조기술 우수성 입증
  
• 해상용 5MW 대형 풍력 블레이드 개발
  - 5MW급 대형 풍력 블레이드 구조 설계/해석 (길이 68m, 중량 28ton)
  - 인증시험을 통한 국제인증 획득 (GL 인증)
  - 통합 블레이드 설계/해석 소프트웨어 개발 (BIMS)
• BIMS-CASA 통합 블레이드 설계/해석 소프트웨어 개발
  - BIMS (Blade Intelligent Modeling Scheme)
  • 블레이드 설계/해석/제작성확인/도면출도 전 과정을 자동화/체계화
  • 블레이드 해석 시간의 획기적 단축 (모델링 시간 기존 대비 1/10 수준)
  • 복잡한 복합재 블레이드 적층 설계를 직관적으로 구성
  • 실제 적층에 가까운 복합재 적층 모델 반영 및 정확도 향상
  
  - CASA (Computational Asymptotic Section Analysis)
  • 전산점근해석기법을 적용, 복합재 블레이드 단면 물성을 수학적으로 정확히 계산
  • FE Shell 모델로부터 직접적으로 빔 섹션 물성을 계산 (6×6 matrix)
  • FE Shell 모델 구성과 동시에 빔 섹션 물성이 계산되어지도록 BIMS 프로그램에 기능 탑재
  
• 진보된 대형 풍력 블레이드 성능평가 시험기술 개발
  - 피로시험 시뮬레이션 기술 (Test planning & Evaluation)
  - 대형 블레이드 변형률 측정을 위한 분산형 DAQ 기술
  - 새로운 하중 동시 제어 알고리즘 및 제어시스템 개발
  - 모멘트 캘리브레이션 방법 및 데이터 처리 알고리즘 개발
  
• 세계 최초 카본 파이버 적용 TBC 블레이드 상용화 개발 (저풍속형 3MW TC3급)
  - 동급 중 가장 가볍고 긴 블레이드 (길이 65.5m, 중량 13.8ton, capacity factor 48% 향상)
  - 세계 최초 카본파이버 스킨셸 적용, MW급 TBC 블레이드 상용화 (하중 10% 저감)
  - 국내 최초 정하중-피로하중-피로후정하중 시험 성공 (Full set 인증시험으로 신뢰성 검증)
  - 카본 프리프레그, 에폭시 수지, 접착제 등 핵심 소재 국산화 (국산소재의 우수성 입증)
  - 개발된 블레이드 60기 이상 수주 성공
  
• 2~5MW급 블레이드 인증시험 15건 완료, 1건 진행 중
  
  

‘재생에너지 3020 국정과제’ 대응 사업 추진 현황

① 8MW급 대용량 해상풍력발전시스템 개발

• (사업개요) ‘22년 이후 국내 대규모 해상풍력단지 공급을 목표로 8MW급 풍력터빈 개발, 재료연 8MW급 블레이드 설계개발 및 인증시험 담당, 두산중공업 주관
• (사업기간) ‘18.6 ~ ’22.5
  ▶ 국정과제인 ‘재생에너지 3020’의 13GW 해상풍력단지 건설 목표 달성을 위한 산업부 핵심 추진 과제

② 8MW급 블레이드 시험설비 구축 및 시험기술 개발

• (사업개요) 기존 부안 풍력시험동 설비를 용량 8MW, 길이 100m 이상 블레이드 시험설비로 확장 구축, 초대형 블레이드 시험기술 개발, 재료연 주관
• (사업기간) ‘18. 6 ~ ’21. 5
  ▶ 8MW급 대용량 풍력터빈 개발 및 상용화를 위해 필수적인 인증시험설비와 시험기술을 구축하는 과제로, 상기 8MW급 풍력발전시스템 개발과 병행 추진
  

③ 5MW급 풍력 블레이드 상용화 개발

• (사업개요) 두산중공업의 5.5MW, 효성의 5MW 풍력터빈
• 블레이드 설계개발 및 인증시험 수행
• (사업기간) ‘17. 5 ~ ’19. 6
• (추진현황) ‘17년 설계개발 완료 → ‘18년 블레이드 2기 인증시험 착수, 현재 동시 진행 중 → ‘19년 초 인증획득 목표
  ▶ 5MW급 모델은 8MW 모델 상용화 전까지 국내 해상풍력단지 보급(새만금 인근 GW급 해상풍력 구축)을 위한 주력 모델로서, 적기 상용화를 위해 재료연구소는 두산, 효성과 함께 노력하고 있음
  * 5MW 모델은 지금까지 국내 개발품 중 최대 용량 (블레이드 길이 68m, 중량 26톤) 이며 ‘19년 중 상용화 예정임