창원대 연구팀이 대용량 풍력발전기를 경량화하는 핵심 기술을 개발했다.

박민원 창원대 교수 연구팀은 대용량 풍력발전기 경량화를 위한 회전자 고온 초전도자석을 개발하고, 성능을 입증하는 데 성공했다고 밝혔다.

최근 풍력발전기는 대량의 전기에너지 생산을 위한 대용량화가 세계적인 흐름이다. 발전량 증가와 유지보수 절감을 위한 대용량화 소재 개발도 시급하다.

발전기의 용량을 높이려면 회전자와 고정자의 접촉 면을 늘려주는 방법, 회전자의 자장을 강하게 하는 방법, 회전속도를 높이는 방법 등이 있다. 발전 용량을 높이면서 무게와 부피를 함께 줄이려면 회전자 자석을 자기장이 매우 강한 자석으로 구성하는 방법이 유일한 대안이었다.

초전도자석을 이용한 초고자장 고에너지밀도형 대용량 풍력발전기는 미국, 유럽 등에서 개발 중이지만 아직 성공 사례가 보고된 적은 없다.

창원대 연구팀은 한국전력공사가 지원하는 '에너지 거점대학 클러스터사업'에 참여해 초전도회전기용 특성평가장치 개발과 10㎿급 초전도 발전기용 3극을 제작하고, 성능평가에 성공했다.

그동안 초전도회전기는 초전도자석의 기계적 부하특성을 사전에 검증할 수 있는 시스템이 없어 신뢰성 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 연구팀이 특성평가장치를 개발함으로써 대형초전도회전기기에 대한 초전도자석의 사전 성능평가를 할 수 있게 됐다.

연구팀이 개발한 10㎿급 초전도풍력발전기용 3극은 대용량 초전도회전기기에 적합한 회전형 네온·헬륨 혼합형(하이브리드) 냉각 시스템이 적용돼 냉각을 성공적으로 수행해냈다.

연구팀은 이번 성과 의미에 대해 "10㎿급 초전도풍력발전기의 제작 가능성을 확인하게 됐다"고 밝혔다.

현재까지 제작된 초전도풍력발전기의 최대용량은 유럽 Eco-Swing 프로젝트를 통해 개발된 3.6㎿다. 창원대는 이번에 개발한 10㎿ 초전도자석이 Eco-Swing의 초전도자석보다 4배 크며, 1극(초전도자석)당 가해지는 힘도 3배가량 높다고 설명했다.

연구팀 관계자는 "초전도풍력발전기 기술 선점이 늦어지면 기술자립과 국제표준화 등재를 놓칠 수 있어 후속기술개발과 상용화 지원이 절실하다"고 말했다.