조류발전 블레이드 성능 평가를 위한 시험동

Abstract

조류발전은 지구, 달, 태양 등 천체 운동에 의한 인력으로 발생하는 조석(潮汐, tide)에 따라 바닷물의 흐름이 가지고 있는 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전방식으로, 기본원리는 풍력발전과 매우 유사하다. 조류발전은 해양환경에 미치는 영향이 적고, 조석현상에 의하여 발생하는 흐름을 이용하기 때문에 날씨 변화나 계절에 관계없이 전기를 생산할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 영국에서는 20세기 말부터 조류발전 연구를 추진하였고, 2017년 말에는 Meygen 프로젝트의 1단계로 1.5MW급 4기를 설치하여 총 6MW급 발전단지를 구축하여 운영하고 있으며, 이를 확대하여 총 398MW 단지 조성을 추진 중에 있다. 현재 국내에서는 2001년부터 조류 에너지 실용화 기술개발을 추진하고 있다. 하지만, 이러한 노력에도 불구하고 조류발전기의 부품을 실험할 수 있는 방법 및 시설은 아직까지 국내에 존재하지 않아 산업의 활성화가 이루어지고 있지 않다. 그러므로 본 연구에서는 조류발전기에 사용되는 블레이드의 성능평가 시설의 기획 및 설계하여 건설하였다. 또한 조류발전 블레이드의 강도 성능을 검증하기 위해 블레이드 시험체 설치용 반력구조물과 하중을 가하기 위한 엑추에이터(Actuator)를 설치하였으며, 균열의 상태 확인을 통한 수밀성 및 사용성을 확보하기 위해 열화상 카메라 및 초음파 검사 장비를 구축하였다. 블레이드 강도시험을 위하여, 반력상의 규모는 9.7 m의 폭에 15.2 m의 길이를 가지며, 반력벽은 9.7m의 폭에 6.0m의 높이로 제작하였다. 엑추에이터는 최대용량 250kN에 1,500mm의 가동범위를 가지는 2기와 최대용량 500kN에 500mm의 가동범위를 지니는 1기를 구비 하였으며, 3기 엑추에이터를 연동하여 4등분 점 강도시험을 진행할 수 있으며, 약 10m 길이의 블레이드까지 시험이 가능하다. 이외에도 Focal Laws 4096에 UT chanel이 16개인 초음파 검사장비와 Resolution 640×480의 열화상 카메라를 보유하여 블레이드 강도시험 중 블레이드의 손상정도를 평가할 수 있다. 해당 시설을 이용하여 조류발전 블레이드 이외 소형 풍력 블레이드의 시험이 가능하며, 조류발전 블레이드의 강도평가를 위한 시험법의 정립을 진행할 예정이다.