억센 바다 날씨로부터 풍력 ‘발전 시스템’을 지켜라
억센 바다 날씨로부터 풍력 ‘발전 시스템’을 지켜라
  • 남수정 기자
  • 승인 2010.06.14 12:08
  • 댓글 0
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리탈의 인클로저 기술, 전기설비 보호 해법 제시

▲ 에너콘의 풍력발전기에 적용된 리탈의 인클로저시스템.
육상풍력의 부작용과 한계를 넘어서기 위한 해상풍력의 성장세가 거세다. 전통 풍력강국인 독일, 덴마크 등 유럽에 이어 미국, 중국까지 시장이 커지면서 해상풍력을 둘러싼 기술적인 논의가 활발하다.

염분과 습기가 포함된 거센 바람, 파도, 번개 등 억센 해상환경에도 견딜 수 있는 발전시스템 기술 개발과 제품 생산은 시스템 수명과 발전수익을 결정짓는 중요한 변수 중 하나이기 때문이다. 새로운 에너지원이 존재하는 해상입지가 오히려 여러 가지 문제를 초래할 수 있다. 풍력발전단지의 경제성은 시스템의 안정적인 운전 여부에 달려 있는데 해풍에 노출된 발전시스템은 기술적 고장이 잦고, 다운타임 또한 길어질 수 있다. 지금까지 경험하지 못했던 기술적인 문제들이 기계, 전기산업에서 풀어야 할 숙제가 됐다. 전기시스템에 대한 전방위적인 대책이 필요하다. 인클로저 시스템도 그 중 하나다.

풍력 발전기의 핵심인 전기장비는 나셀과 타워에 위치한다. 기어박스, 브레이크, 발전기, 열 교환기, 유압식 전원함과 컨트롤 캐비닛도 여기 설치된다. 지상에서 100미터나 떨어진 높이에 있는 나셀은 번개는 물론 특정 기계 부하와 진동에 매우 취약하다. 온도차, 폭우, 강풍 등 극한의 기후조건도 나쁜 영향을 미치고, 부식이나 응축현상은 전기·전자 부품에 치명타를 입힐 수 있다.

각종 어플라이언스와 충진 밀도가 높은 캐비닛 등으로 구성된 소형 나셀의 내부 공간은 매우 좁다. 게다가 6MW가 넘는 대형 풍력터빈이 개발되는 등 성능이 개선되면서 나셀과 타워 내부에 있는 전기 시스템의 열 손실 또한 매우 빠르게 커지고 있다. 과열로 인한 발전기 고장을 막기 위해 효율적이면서 안전한 온도 조절이 요구되는 이유다. 개별 부품에 대한 요구 사항 또한 상당히 까다로워지고 있다.

소금기가 있는 바다 바람으로 인한 부식을 막으려면 인클로저와 하우징은 스테인리스 스틸로 만들고, 표면은 자동차 수준의 도장이 필요하다. 인클로저는 기계적 응력과 진동 때문에 진동 방지, 요철 구조로 제작해야 한다. 또한 전자기 방사선으로부터 신호가 방해받지 않도록 하면서도 전자파 적합성을 충족해야 한다. 스테인리스 스틸이나 아연 도금 강판으로 만들어진 프레임은 전도율이 높은데다 빠른 무선 보호 컨덕터 연결이 가능하다. 부착 지점에 대해서도 테스트와 인증을 거쳐야 한다.
산업·전자·데이터 통신·전자 통신용 인클로저·하우징 시스템 분야에서 세계 1위를 고수하고 있는 리탈이 국내 해상풍력 시장에 뛰어든 것은 이 때문이다.

△IP66 획득한 공간절약형 설계 - 로터 바로 뒤에 있는 나셀 전자 장비는 꼼꼼한 패키징이 필수다. 공간을 많이 차지하지 않으면서도 통합이 편리하고, 높은 보호 성능을 나타내는 하우징 솔루션도 뒷받침돼야 한다.
리탈은 최대 IP66 보호등급을 획득한 ‘AE 특수 콤팩트 인클로저’ 시리즈를 공급하고 있다. 이 시리즈는 스테인리스 스틸 소재나 도장처리한 강판으로 만든 200가지 넘는 제품들을 포함한다. 리탈은 또한 플라스틱과 주조 알루미늄으로 만든 인클로저와 버스 인클로저, 터미널 박스, E 박스 등의 제품군도 보유하고 있다.

△유연성·모듈성은 우리의 무기 - 리탈은 제어·부하제어 캐비닛에 표준 ‘TS 8 톱 인클로저 시스템’을 도입했다. 이 시스템은 강판이나 스테인리스 스틸 버전에서도 사용할 수 있고, 모듈성과 유연성이 우수해 모든 측면에서 조립과 접근이 가능하다. 시스템의 설치, 유지 보수 과정에서 시간과 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 다운타임을 최소화할 수 있다. 16겹의 수직 프로파일이 시스템의 핵심을 이루고 있는데 이 프로파일의 대칭성 덕분에 사용자는 여러 조립 단계에서 무제한으로 시스템을 확장할 수 있다.

△온도조절, 시스템에 날개를 달다 - 전자장치에서 열 손실이 커지는 추세를 감안하면 냉각방식은 풍력발전기를 안전하게 가동하기 위한 필수요소다. 리탈은 공기·물 교환기를 이용하거나 내·외부 공기 회로가 분리되어 밀폐되어 있는 활성 냉각 유닛을 이용한다. 거칠고 염분을 머금은 바다 공기가 인클로저 내부로 들어오지 못하게 하기 위해서다. 다수의 습도 조절기와 히터도 적용된다. 리탈의 온도 조절 장치는 강판이나 스테인리스 스틸 재질의 외장함을 선택할 수 있고, EMC 보호 수준을 실현하기 때문에 거친 환경에서 사용하기에 적합하다.

특히 풍력발전기 컨버터 인클로저는 전압과 충진밀도가 높기 때문에 시스템 온도 조절이 좀 더 세밀하게 이뤄져야 한다. 로터문드 대표는 “리탈의 공인된 자체 테스트 실험 결과 진동테스트, 염소 분무·부식, EMC 테스트를 실시하고 있다”면서 “진동과 기계적 응력 제어를 위해 터널 공법, 철로 엔지니어링, 조선 분야에서 쌓은 노하우가 큰 힘이 되고 있다”고 설명했다.  

△안전을 위한 ‘배전솔루션’ - 리탈의 ‘Ri4Power’는 저전압 스위치 기어의 빠르고 간단한 설치와 기계, 시스템의 안정적인 운영을 위한 통합 시스템 솔루션이다. 형식시험을 통과한 TS8 플랫폼 기반 시스템 기술을 바탕으로 엔지니어에게 단순한 설계, 빠른 설치, 우수한 모듈성을 안겨준다.  


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