부유식 해상풍력으로 수직발전 전망

Jul 25, 2023

오랫동안 풍력 산업의 주변부로 밀려났던 수직축 풍력 터빈(VAWT)은 부유식 플랫폼에서 새로운 수명을 얻을 수 있습니다.

스웨덴 회사 SeaTwirl은 최근 몇 년 내에 세계 최대 해상 풍력 시장이 될 것으로 예상되는 중국에서 특허를 확보했다는 발표를 포함하여 부유식 해상 VAWT 설계로 큰 파장을 일으키고 있습니다.

SeaTwirl에 따르면 최근 미국에서도 승인된 이 특허는 발전기와 베어링 하우징을 보트로 수면 바로 위에서 교체할 수 있도록 하여 설치 및 유지 관리 비용을 절감하고 가동 중지 시간을 최소화할 수 있는 설계에 대한 것입니다.

표준 수평축 해상 풍력 터빈의 섬세한 장비 대부분은 물 위가 높기 때문에 수리가 더 어렵고 위험합니다.

지난 달 SeaTwirl은 해상 물류 회사인 NorSea와 벨기에 Colruyt Group의 지원을 받아 자사의 부유형 VAWT의 1메가와트 프로토타입을 구축하는 7천만 SEK(700만 달러) 프로젝트를 획득했다고 밝혔습니다. SeaTwirl CEO Gabriel Strängberg는 GTM과의 인터뷰에서 2020년에 S2 프로토타입을 제작할 계획이며 노르웨이에서 가장 가능성이 높다고 말했습니다.

SeaTwirl의 대량 발표는 지난해 미국 기반 Sandia 국립 연구소의 연구에서 VAWT가 부유식 플랫폼의 해상 풍력 비용을 절감할 수 있는 상당한 잠재력이 있을 수 있다는 사실을 발견한 이후에 나온 것입니다.

5년간 410만 달러 규모의 연구에 따르면 VAWT는 모두 결함이 있는 기어박스, 고속 샤프트, 요 시스템 및 나셀의 필요성을 제거함으로써 부유식 해상 풍력 터빈, 설치 및 유지 관리 비용을 잠재적으로 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다.

그러나 해상 환경에서 수평축 풍력 터빈(HAWT)과 비교하여 VAWT의 주요 매력은 잠재적으로 더 저렴한 부유식 플랫폼과 함께 작동할 수 있다는 것입니다.

Sandia 풍력 에너지 기술 부서의 연구 책임자인 Brandon Ennis 박사는 GTM에 "부유식 해상 풍력의 경우 플랫폼은 균등화된 전기 비용에 가장 큰 기여를 합니다."라고 말했습니다.

"약간 더 비싼 로터를 가지고 있지만 플랫폼 비용이 상당히 절감된다면 이는 시스템상의 이점이 될 수 있습니다."

아직 초기 단계이지만, 부유식 해상 풍력은 비용이 낮아지고 더 얕은 바다에 있는 해상 풍력 발전 단지를 위한 최고의 부지가 많이 사용됨에 따라 2020년대에 본격화될 것으로 예상됩니다.

부유식 플랫폼의 HAWT에 대한 큰 과제는 구동계 및 발전기와 같은 터빈의 무거운 구성 요소 중 다수가 물보다 높다는 것입니다.

이는 일반적으로 하부 구조에 질량을 추가하여 부동 플랫폼을 안정화해야 하는 큰 전복 순간을 생성합니다. Sandia에서 연구된 Darrieus 설계와 같은 VAWT를 사용하면 무거운 구성 요소가 모두 터빈 바닥에 위치하게 됩니다.

이는 안정성에 기여할 뿐만 아니라 유지 관리 및 수리 수행을 더 쉽고 저렴하게 만듭니다.

VAWT의 또 다른 장점은 HAWT와 달리 높이에 따라 바람의 방향이 바뀌는 풍향에 둔감하다는 것입니다.

마지막으로 전문 분석 회사인 Quest Floating Wind Energy에 따르면 VAWT는 HAWT 기반 풍력 발전 단지와 관련된 후류 효과를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Quest의 시장 개발 및 전략 담당 이사인 Erik Rijkers는 "업계에서는 점점 더 큰 터빈을 찾고 있습니다."라고 말했습니다. "GE 12메가와트 터빈의 길이는 220m입니다. 이는 플로터가 약 1.5km 간격으로 떨어져 있어야 한다는 것을 의미하며, 이로 인해 케이블링 비용이 많이 듭니다."

대조적으로, 그는 프랑스의 연구에 따르면 단일 플로터에 배치된 두 개의 VAWT가 실제로 서로의 성능을 향상시켜 케이블링 필요성을 줄이고 이 기술이 호수와 같은 비좁은 환경에 좋은 선택이 될 것이라고 말했습니다.

결정적으로 HAWT가 클수록 플로팅 기초에 대한 작업이 점점 더 어려워지는 반면, VAWT의 경우 크기를 늘리면 성능과 비용 효율성이 향상될 수 있습니다. "해외에서는 업스케일링 효율성이 향상됩니다"라고 Ennis는 말했습니다.