풍력발전기 Drivetrain과 Generator의 효율

풍력발전기에서 어떠한 드라이브트레인과 발전기를 선택해야 되는지를 분석해보겠습니다. 많은 종류의 드라이브트레인이 있으며 발전기가 있습니다. Geared 타입을 사용하게 되면 유지보수 비용이 많이 들고 Gearless 타입을 사용하게 되면 발전기의 초기 비용이 올라가게 됩니다. 

 이를 똑같이 고민한 NREL에서 1.5MW를 기준으로 비용을 검토한 보고서가 있어서 함께 공유해드리고자 합니다.

 

1. 드라이브트레인의 흐름

2000년대 세계적인 추세는 Single stage Gear에 Medium speed PMG를 사용하고 있었으며, NPS사에서는 PMG 타입으로 개발을 하였습니다.

2005년에 GE의 전신인 Garrad Hassen에서 Garrad Hassen : 2stage gear + Medium speed PMG를 개발하였고

2006년에 GE에서 3 stage gear + PMG에 Full converter를 사용하였습니다.

이에 2008년 GE에 Herrick은 "Game changer"라는 표현을 사용하며 검증된 방식이 아닌 새로운것에 도전을 하였고 Geared/DD 모두를 시장을 통해 확인을 하였습니다. GE의 원천기술을 버리고 PMG 타입을 선택하게 되었습니다.

2009년에 Siemens에서 Direct drive의 컨셉의 디자인을 선보였습니다.

 

현재 풍력발전기는 PMG 타입을 사용하고 있는데 이는 앞도적인 효율때문이라 할수 있습니다.

 

 

2. Type별 COE 비교

NREL에서는 여러가지 타입을 비교를 하였는데 결론부터 말씀드리면 Single PM이 가장 낮은 COE를 나타내었습니다.

Gear는 single stage에 doubl-Helical Gear로 9.16:1의 비율이었으며, 발전기는 Inner rotor에 72pole, 600V 타입입니다.

 

이에 비교 대상군들은 하기의 그림으로 도식화 하였습니다.

 

이 연구는 육상풍력발전의 기준이므로 현재의 기준과는 많이 다르게 나타납니다.

 

3. 제조사별 모델 Drivetrain 

유명 제조사별로 가지고 있는 Drivetrain은 하기와 같습니다.

	Onshore
	Geared	Direct drive
Vestas	1.8 MW, 2 MW, 3.3 MW, 3.45 MW
Enercon	-	0.8 MW, 0.9 MW, 2.0 MW, 2.3 MW, 3.0 MW, 3.5 MW, 4.2 MW, 7.5 MW
Siemens	2.3 MW	-
Senvion	1.8 MW, 2.0 MW, 3.0 MW, 3.2 MW, 3.4 MW, 6.2 MW	-
Gamesa	2.0 MW,.2.5 MW, 4.5 MW, 5.0 MW	-
Nordex	2.4 MW, 2.5 MW, 3.0 MW, 3.3 MW	-
Mervento	-	3.6 MW

 

	Offshore
	Geared	Direct drive
Vestas MHI	3.3 MW, 8.0 MW	-
Enercon	-	-
Siemens	3.6 MW, 4.0 MW	6.0 MW
Senvion	6.2 MW	-
Gamesa	5.0 MW	-
Nordex	-	-
Mervento	-	3.6 MW

 

 

4. 육상/해상 풍력 가격및 Market Share

육상풍력은 터빈의 가격이 약70% 구성을 하는 반면 해상풍력은 상대적으로 비율이 줄어들게 되어 몇개의 회사가 시장을 주도하게 됩니다.

 

	Onshore	Offshore
Cost

 

이는 지역을 중심으로 주도하던 OEM사는 해상풍력으로 진입하지 못하고 Foudation, T&I, Cable 뿐 아니라 펀딩까지 담당할수 있는 대기업 위주로 이동하게 되었습니다.

 

 

	Onshore	Offshore
Market Share

 

최근 Mingyang에서 20MW 터빈이 설치를 완료했다는 뉴스를 보았습니다. 크기가 커질수록 터빈의 산업은 계속 변화하게 될것이고 굉장히 점유율 또한 변하게 됩니다.