송승호 풍력발전 제어시스템 원천기술연구센터장

광운대에 세워진 ‘풍력발전 제어시스템’ 원천기술연구센터는 강원대 한밭대 전북대 영남대 제주대 숭실대 등 7개 대학간 컨소시엄으로 운영된다. 센터 내에 세 연구팀을 두고 피치제어 고도화, 시스템 통합시뮬레이션, 발전기 출력품질 제어기술을 연구하게 된다.

센터의 1단계 최종 목표는 풍력발전 제어시스템 원천기술개발, 2단계 최종 목표는 풍력발전 제어시스템 실용화 기술 개발이다.

센터의 비전은 ‘풍력발전 원천기술 확보와 고급인력양성’이다. 원천기술 공동연구를 통해 사업화 기반을 구축하고, 국제 경쟁력을 갖춘 전문인력을 양성하겠다는 것이다. 또 산학연 공동연구를 통한 기술력 업그레이드가 필요하다.

연구 인프라를 갖추기 위해 제어시스템 설계를 위한 터빈 상세 데이터 확보, 시스템 해석 및 설계 소프트웨어 공용화, 발전기 및 피치 제어 시스템 하드웨어 시뮬레이터를 구축할 계계획이다.

인터뷰 / 송승호 풍력발전 제어시스템 원천기술연구센터장(광운대 교수)

“발전기 커질수록 제어시스템 역할도 커진다”

-풍력발전 ‘제어시스템’에 대해 간략하게 소개해 달라

바람의 힘으로 회전하는 회전자로부터 회전력을 얻어 축에 연결된 발전기를 회전시키면 발전 전압이 나오고 전력이 생산된다. 이 때 회전자의 회전 각도를 조절하는 피치제어나 회전자의 방위각 방향을 조절하는 요 제어 등이 발전시스템의 운전 성능을 좌우한다.

또한 발전기 출력 전력을 전력계통에 적합하도록 변환하는 과정에서 발전기의 속도와 힘을 조절하는 것이 전기적 제어 시스템이다. 이러한 기계적 제어와 전기적 제어를 합쳐 풍력발전기 제어시스템이라고 한다.

타워, 블레이드, 발전기 등이 핵심 하드웨어 부품이라면 발전제어 시스템은 풍력발전기의 두뇌부에 해당한다. 우리가 개발하게 될 풍력발전 제어시스템 원천기술은 시스템 효율을 높이고 신뢰도를 향상시키는 데 커다란 기여를 할 것으로 확신한다. 기존 풍력발전기의 지능이 100이라면 앞으로 개발되는 제어시스템을 채택하는 풍력발전기는 150이 되도록 하려는 것이다.

-센터의 목표와 비전은

현재 풍력 국산화에서 제어시스템 분야는 핵심 중의 핵심이다. 시스템 운전 중 한계상황이 발생했을 때 이를 극복할 수 있게 하는 지능적인 제어 시스템이 필요하다.

또한 풍력 터빈이 거대화될수록 복잡하고 정확한 모델링을 바탕으로 운전제어 시스템을 구성해야한다. 국내 터빈 메이커 및 관련 산업 급성장으로 인해 개발 및 운용 기술 인력의 수요가 증가하고 있으므로 고급인력 양성도 시급하다. 제어시스템을 연구한 인력은 시스템 전반을 이해하고 해석할 수 있는 능력을 갖추게 된다. 또한 대학 형편으로 갖추기 어려운 공동연구 인프라를 갖추고 기술력을 업그레이드 하는 등 기업과 유기적인 관계를 유지해 나갈 것이다.

-국내외 풍력발전 제어시스템의 기술적 차이는

선진 메이커들은 그동안의 실적을 바탕으로 터득한 경험과 노하우를 포함한 제어시스템 S/W를 보유하고 있다.

한편, 국내에서는 올해에 제주도를 비롯한 여러 지역에 국산 풍력발전기가 설치되어 운전을 시작할 예정이다. 그동안 국내에 설치된 풍력발전기의 대부분은 외국산이며 제작사와의 계약에 의해 해당 시스템의 기술적 내용은 공개되지 않았다. 반면 국산 풍력발전 시스템은 최신 기술을 도입하고 첨단 하드웨어를 사용하므로 효율도 더욱 높을 것으로 기대되지만 아직 많은 경험을 쌓지 못한 것이 단점이다.

국산 시스템의 경우 국내에서 설계, 제작된 시스템이므로 원천기술 연구센터에서 새로운 제어기술을 개발할 경우 바로 시스템에 적용해 우수성을 확인해볼 수 있는 기반이 마련돼 있다고 본다.

-국내에서 풍력발전 제어시스템 관련 기업의 과제는

세계적으로 대단위 육·해상 풍력발전단지 건설이 늘어날 전망이어서 고효율, 고신뢰성을 갖춘 풍력발전 시스템의 핵심 기술로서 제어시스템의 역할이 더욱 중요해 질 것이다. 

우리 센터와 협력해 미래지향적인 원천기술 개발에 나서자는 당부를 하고 싶다. 하다가 안 되면 사온다는 개념보다 장기적 관점에서 자체기술을 확보하도록 노력해야 한다. 시스템 개발이나 선진 메이커가 되는 것도 결국 사람이 하는 일이므로 체계적인 인력 양성에 아낌없이 투자해야 한다.

-정부에 당부하고 싶은 부분은

어떤 기술이든 세계적인 경쟁력을 갖기 전에 자체 시장을 형성하고 기술력을 높여가야 한다. 초기 시장 형성은 현재 이뤄지고 있는 수준보다 훨씬 크고 빠르게 진행될 때 그 효과가 극대화 된다. 산업이 활성화 돼야 기술연구나 고급인력 양성도 빛을 발한다.

앞으로 몇 년간 치열한 기술 및 제품 경쟁이 예상되는데 세계 속에 국산 터빈 메이커들이 여럿 탄생하기 위해 정부가 시기적절하게 도와줄 일이 무엇인지 깊이 생각하고 전문가들의 의견을 모아야 한다.

풍력 단지 개발 절차를 점검하고 체계화 하는 일, 전력계통에 연계하기 위해 드는 비용과 기술적 문제 해결을 위해 투자하는 일, 발전차액 지원제도 보완 및 개선 방향에 대한 정책적 의사 결정 등 쉽지는 않겠지만 향후 2~3년간 꼭 해야 할 일들이다.