풍력발전기의 타워 : 국내의 터빈 제조사 중 최강 아이템

풍력발전기의 구성요소인 타워에 대해서 알아보겠습니다.

타워는 나셀과 허브를 지지하고 있는 구조물이며, 터빈이 바람을 최적화된 높이에서 받을 수 있도록 돕고, 터빈의 무게를 지탱하며 안정성을 제공합니다. 일반적으로 타워는 수십에서 수백 미터 높이로 세워지며, 그 높이에 따라 터빈이 더 강력한 바람을 받을 수 있어 발전 효율이 증가합니다. 타워의 높이는 처음 Hub Height가 결정을 하고 그뒤 나셀의 높이 등을 고려하여 결정하게 됩니다. 

 

1. 풍력 발전기 타워의 구조

풍력발전기 타워는 주로 철강이나 콘크리트로 제작되며, 몇 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

1. 타워 본체: 타워의 주된 부분으로, 일반적으로 원통형이나 테이퍼형(아래쪽이 두껍고 위쪽으로 갈수록 얇아짐)으로 설계됩니다. 타워의 크기와 강도는 터빈의 크기와 바람의 세기에 따라 결정됩니다.
2. 내부 구성 요소: 타워 내부에는 터빈 제어 시스템, 케이블, 접근용 계단 또는 엘리베이터가 설치되어 있습니다. 이러한 요소들은 타워의 기능성과 유지보수를 용이하게 합니다.
3. 기초: 타워를 지탱하는 기반으로, 지반에 깊이 박혀 있으며 타워의 무게를 분산시키고 강력한 바람에도 구조물이 안정되도록 합니다.

2. 풍력 발전기 타워의 역할

풍력발전기 타워는 여러 가지 중요한 역할을 합니다.

1. 터빈의 최적화된 위치 제공: 타워는 터빈이 바람의 흐름을 최대한 활용할 수 있는 위치에 설치됩니다. 타워의 높이가 높을수록 더 강한 바람을 받을 수 있어 발전 효율이 향상됩니다.
2. 구조적 안정성 제공: 거대한 터빈 블레이드와 발전기 시스템을 지탱하면서 강한 바람과 자연 재해로부터 터빈을 보호하는 역할을 합니다.
3. 접근성 제공: 유지보수 작업을 위해 타워 내부에는 터빈으로 접근할 수 있는 계단이나 엘리베이터가 설치되어 있어 기술자들이 안전하게 작업할 수 있도록 합니다.
4. 케이블 고정: 터빈의 제조사에 따른 배치에 따라 다르겠지만 일반적으로 나셀에 배치되어 있는 발전기에서 그리드까지 연결 되는 과정에 PCS, MVTR 등 전력 변환 장치를 거치게 됩니다. 이때 발전기에서 연결되는 전력을 케이블을 통해 전달하게 되는데 이 케이블들이 타워에 고정되어 있습니다.

3. 풍력 발전기 타워의 중요성

풍력발전기 타워는 풍력발전 시스템의 성능을 좌우하는 중요한 요소입니다. 타워가 더 높고 견고할수록 터빈은 더 많은 에너지를 생산할 수 있습니다. 이로 인해 에너지 효율이 높아지며, 전력 생산 비용을 줄일 수 있습니다. 또한, 높은 타워는 지형적 한계를 극복할 수 있어 설치 장소의 선택 폭이 넓어집니다.

 

4. 풍력 발전기 타워의 높이

풍력 발전기의 높이는 최초로 Hub height의 기준으로 결정되게 됩니다. 터빈 설계를 할때, 바람 속도 및 방향을 가정하고 시뮬레이션을 하게 되는데 이때 기준이 되는 것이 Hub Height입니다. 실제 설치된 터빈이 시뮬레이션한 경우보다 낮으면 크게 문제 되지 않지만 높을 경우 Wind Shear의 영향으로 바람의 속도는 올라가게 되고 이는 하중의 증가로 이어지게 때문에 Hub Height는 굉장히 중요한 요소입니다. 높은면 높을수록 높은 속도의 바람을 얻을수 있지만, 비용은 그만큼 증가 되기 때문에 경제적인 높이에 선택하여야 합니다. 해양풍력발전의 경우 100m가 넘는 블레이드의 영향으로 120~150m로 많이 설계 되어 있습니다.

 추가적으로 블레이드와 기준점의 Clearance도 고려해야 합니다. 이 높이에 대해서는 국내외 에는 정해진 규정은 없습니다. 하지만 일반적으로 터빈의 진입 및 작업이 가능한 높이롤 고려해야 합니다. 육상풍력에서는 나무가 자라는 높이등을 고려하여 20m이상의 간격을 두었습니다. 해상풍력에서는 Davit Crane의 운영 반경 등을 고려하여 30m 정도의 간격을 두는것이 일반적입니다. 

 

 

 

 

5. 국내 풍력 발전기 타워 제조사

한국은 풍력발전 기술의 발전과 더불어, 타워 제조에서도 경쟁력을 갖추고 있습니다. 대표적인 국내 타워 제조사로는 다음과 같은 기업들이 있습니다.

1. 유니슨(Unison): 국내에서 가장 오래된 풍력발전기 제조업체 중 하나로, 풍력발전 타워를 포함한 다양한 풍력발전 설비를 제작하고 있습니다. 유니슨은 국내외 여러 프로젝트에 타워를 공급하며, 지속 가능한 에너지 산업에 기여하고 있습니다.
2. 씨에스윈드(CS Wind): 풍력발전기 타워 제조 분야에서 세계적인 경쟁력을 가진 기업으로, 국내외 주요 풍력발전 프로젝트에 타워를 공급하고 있습니다. 특히, 씨에스윈드는 고정밀 타워 제작 기술과 대형 타워 제작 능력으로 유명합니다.
3. 동국 S&C : 미국과 일본 시장을 주 고객으로 하고 있으면 해상 풍력 타워 공급에는 용량 문제가 있습니다.

6. 결론

풍력발전기 타워는 지속 가능한 에너지 전환을 위해 필수적인 요소로, 전 세계적으로 중요한 역할을 하고 있습니다. 이 타워는 터빈의 성능을 최적화하고, 구조적 안정성을 제공하며, 더 나은 접근성을 통해 유지보수를 용이하게 합니다. 풍력 에너지의 중요성이 커지는 만큼, 풍력발전기 타워의 기술도 계속해서 발전할 것입니다.