풍력발전기 부품과 소재

풍력발전관련 소재 및 부품은 전통적으로 중공업이 발달된 국가에서 제조 및 공급이 가능한 부품들이다. 청정에너지를 얻기 위해서 많은 에너지를 사용하여 제조해야하는 다소 상충되는 사항이 있는 산업이지만 보다 많은 청정에너지를 확보하기 위하여 불가피한 측면이 있다.
본 풍력터빈 부품 및 소재기술은 중공업의 뿌리산업으로 풍력에너지를 얻기 위한 풍력터빈의 제조에는 필수적으로 발전해야 되는 분야이다. 다만 얼마나 친환경적으로 본 부품을 제조하기 위한 기술을 개발하느냐는 것이 또 다른 중요한 부분이다.
풍력터빈관련 소재 및 부품은 비록 전통적인 기반산업으로 여겨지지만 온실가스 감축을 위한 풍력에너지가 중요한 역할을 수행하는 한 중요성은 무시될 수 없으며 이러한 측면에서 향후 전망도 밝다고 볼 수 있다.
본 저서에서는 터빈의 주요 핵심부품을 구성하고 있는 부품의 기능을 소개하고 부품을 이루는 소재와 공정에 대하여 자세하게 설명하고자 하였다.
본 저서를 저술함에 있어 상당 부분은 기존 발간된 참고문헌인「최신풍력터빈의 이해」[1]를 인용하고 재정리하여 활용하였고 관련 주제 저자께도 감사드린다. 특히 블레이드는 풍력산업에서만 적용되는 특수한 부품이며 풍력발전기의 성능에 크게 영향을 미치고 부품의 규모 및 가격면에서도 매우 비중이 크기 때문에 소재, 제조, 그리고 시험에 관하여 집중적으로 다루었다. 특히 블레이드 및 드라이브트레인 부품은 풍력터빈의 핵심부품이므로 집중적으로 다루었고, 블레이드의 경우 시험분야도 추가하여 완성도를 높이려 했다, 기타 주요소재인 구리, 자석 등도 간단히 다루었다.

1. 풍력산업의 현황 1
1.1 개요 1
1.2 시장규모 및 전망 2

2. 풍력터빈 주요부품 및 소재 5

3. 블레이드(blade) 재료 및 제조 7
3.1 개요 7
3.2 수지(resins) 8
3.3 공간 확보재(sandwich materials) 14
3.4 유로 확보재(flow media) 15
3.5 보강재(reinforcement materials) 15
3.6 블레이드 코팅용 도료(coating materials) 23
3.7 블레이드 제조 공정(manufacturing process) 24
3.8 제조 공정의 설계 26
3.9 Infusion에 의한 블레이드 제조 32

4. 스피너 및 나셀 소재 39

5. 블레이드 시험평가 기술 43
5.1 개요 43
5.2 블레이드 정하중 시험기술 47
5.3 블레이드 피로하중 시험기술 56

6. 풍력발전기용 드라이브트레인 소재 기술 65
6.1 사형 주조공정 65
6.2 허브, 베드플레이트 및 증속기 하우징 65
6.3 단조공정 72
6.4 정밀가공공정 79

7. 커플링(couplings) 89

8. 브레이크 및 피치요 드라이브 91
8.1 기계브레이크 91

9. 타워(towers) 97
9.1 튜브(쉘, shells/tubes) 재료 97
9.2 타워 플랜지(tower flanges) 재료 97
9.3 하이브리드 타워(hybrid tower) 99
9.4 복합재료 타워(composite materials tower) 101

10. 풍력발전용 소재부품의 파괴 및 비파괴시험기술 103
10.1 개요 103
10.2 금속부품의 검사 103
10.3 풍력블레이드의 결함과 파손 104
10.4 풍력블레이드 비파괴시험 106

11. 기타 소재 113
11.1. 패스너(fastner) 재료 113
11.2 터빈 부품용 구리(Cu, Copper) 114
11.3 발전기용 자성재료(magnet materials) 117

황병선