미래의 풍력 터빈

매년 세계적인 성장을 보여주고 있는 풍력 에너지 산업은 대형 풍력 터빈의 부품 생산에 사용되는 자재를 줄일 방법을 찾고 있습니다. 독일의 한 프로젝트에서는 20년에 걸친 마모 과정을 단시간에 시뮬레이션할 수 있는 새로운 시공법을 테스트하고 있습니다.

계속 성장 중인 풍력 에너지 산업에서 늘어나는 비용 문제를 해결하기 위해 심도 깊은 테스트가 필요해졌습니다. 또한 장기적인 대체 에너지원으로서 풍력 에너지의 입지를 강화하기 위해 비용 절감 방법에 대한 지속적인 연구가 요구되었습니다.

풍력 터빈 발전기(WTG) 제조업체, 풍력 발전소, 공급업체 및 에너지 공급 회사 등과 같은 고객을 지원하는 독일의 Fraun Hofer 연구소 IWES(풍력 에너지 및 에너지 시스템 기술을 위한 Fraun Hofer 연구소)는 산업 관련 연구 서비스와 풍력 에너지에 대한 다양한 기술적 문제 해결을 위해 협력합니다.

더욱 적은 소재를 사용하여 비즈니스 안전 요건을 충족하는 것이 가능한지에 대해 연구하는 BeBen XXL 프로젝트의 Hans Kyling 연구원은 "IWES는 풍력 산업 분야의 발전을 위한 전문 산업 연구소"라고 설명합니다.

2012~2017년 동안 진행되는 이 프로젝트는 Fraun Hofer IWES와 풍력 터빈 제조업체이자 이 프로젝트를 최초로 시작한 Suzlon에너지와 함부르크 응용과학대학교(HAW)의 합작 프로젝트입니다. 이 프로젝트는 독일 연방 공화국의 경제에너지부에서 자금을 지원합니다.

독일어 약자인 BeBen은 "메인 축의 실제 사례들을 통해 대형 풍력 터빈 부품의 내구성 강도 확인을 위한 가속화된 실험"으로 번역할 수 있습니다.

"실제로 가볍게 만드는 것이 아닌 비교적 가볍게 만드는 것이기 때문에 경량 구조라는 용어는 다소 과장된 느낌"이라고 Kyling씨는 지적합니다.

아마도 모든 풍력 산업의 OEM(주문자 상표 부착 제조) 업체들이 장기적으로 이 프로젝트의 긍정적인 결과로 이득을 볼 것입니다. 인증 지침이 적합하게 조정되면 풍력 터빈 발전기 부품을 대량 확보할 필요가 없으므로 비용 효율성이 높아질 것입니다.

비용 절감의 목표 외에 값비싼 단조 소재에 대한 대체물로서 고장력 주철의 지속 가능성 또한 검토 및 인증 절차를 밟고 있습니다. Kyling씨는 이렇게 말합니다. "우리는 일부 매개변수를 변경함으로써 가속화된 수명주기 테스트를 시행하고 있습니다. 예를 들면, 보통의 풍력 터빈 발전기 운행 때보다 더 빠른 회전 속도를 이용하여 더 무거운 로터를 통해 메인 축에 더 높은 응력을 가하는 것입니다."

이 프로젝트가 혁신적인 또 다른 이유는 매우 큰 크기의 소재나 부품의 진동 저항을 결정하는 Wöhler 곡선을 만들었기 때문입니다. 자동차 산업에서는 일반적으로 작은 부품에 대해 진동 저항 테스트를 수행합니다. 항공 산업에서도 비용적인 이유로 훨씬 더 작은 부품을 테스트합니다.

풍력 터빈 발전기 메인 축의 거대한 크기에도 불구하고 볼트 체결부의 작업 공간은 매우 제한적이기 때문에 설치와 유지보수가 어려울 수 있으며 심지어 위험하기도 합니다.

Kyling씨는 "우리는 분할된 형태의 테스트 장비를 만들었고, 이 장비는 기반에 연결된 강구조와 테스트 표본에 연결된 상단의 강구조가 있다"고 말합니다.

일반적으로 두 체결부는 모두 접근이 매우 어렵습니다. 이 구조는 하중 이동의 최적화를 위해 설계되었는데, 이는 장비를 사용하여 볼트를 체결할 수 있는 공간이 거의 없어 작업이 힘든 곳에 위치한다는 것을 의미합니다. Kyling씨는 협소한 공간 외 다른 어려움도 강조합니다. "축력 손실은 가능한 한 낮아야 하며 동시에 매우 높은 힘을 견딜 수 있어야 합니다."

주로 이러한 어려움 때문에 Nord-Lock 제품을 선택하게 됩니다. Superbolt tensioners는 제한된 공간에서 작업이 가능할 뿐만 아니라 더 가벼운 장비를 사용할 수 있어 프로젝트의 안전 향상에 기여할 수 있습니다. 이러한 상황에서 유압 장비를 취급하는 것은 기술자의 안전을 보장할 수 없습니다.

Superbolt tensioners는 두 개의 상단 강철 부품 사이와 강구조와 기반 사이에 사용됩니다. 이 프로젝트에서는 8개의 M80 사이즈 텐셔너와 함께 이보다 작은 28개의 M56 사이즈 텐셔너가 사용됩니다. 대형 M80 Superbolt tensioners를 사용하여도 2.8MN(메가뉴턴)의 적지 않은 하중을 고려되어야 하지만 Superbolt multi-jackbolt tensioners는 그 힘을 견뎌 낼 수 있습니다.

풍력 에너지 산업에서 쌓은 Nord-Lock의 오랜 경험을 BeBen XXL 프로젝트 역시 최대한 이용하고 있습니다. 풍력 에너지 시장에서는 포지셔닝이 성공의 핵심입니다. Kyling 씨는 그 이유로 "언제나 비용 압박이 있기 때문"이라고 말합니다.

Nord-Lock의 세일즈 엔지니어인 Tobias Klanck씨는 이렇게 말합니다. "풍력 에너지 산업에서 고도로 뛰어난 기술을 보유한 우리는 이 부문이 지속해서 성장하는 추세여서 기대가 큽니다. 특히 소형 풍력 터빈이 그렇습니다. 자연 바람을 100% 사용하기 때문에 전 세계 다양한 곳에 설치가 가능합니다.

더 나아가 Kyling씨는 풍력 터빈 건설에 대해 "아직도 극복해야 할 과제가 많다"고 말합니다. 이 과제 중 하나는 로터 블레이드 사용이 점점 증가하는 문제입니다. 드라이브트레인의 경우 비용을 줄이기 위해 단조 축보다 주철 축을 사용하는 문제가 있습니다. 일반적인 드라이브트레인의 컨셉이 없으므로 풍력 터빈 발전기 제조업체의 경우 경쟁력을 갖추는 데 있어서 베어링이라는 또 다른 어려움이 있습니다.

기술 통찰:모든 조건을 만족시키는 제품

Nord-Lock Group의 우수한 제품군은 풍력 터빈 작업자의 까다로운 요구사항을 모두 만족시키기 때문에 풍력 에너지 산업에서 상당한 매력이 있습니다. 노드락 제품은 극한 조건에서 엄청난 압력을 견뎌야 하는 풍력 터빈의 볼트 체결부를 고정하는 데 안성맞춤입니다. 또한 실제 유지 관리를 할 필요가 없는 작업환경을 제공해 드립니다.

Nord-Lock washers는 마찰력이 아닌 장력을 이용하여 진동과 동하중으로 인한 볼트 풀림 현상을 방지하기 때문에 생산 중단으로 인한 재산 피해의 위험을 줄여줍니다. X-series washers 또한 기존의 쐐기형 풀림 방지 효과를 동일하게 가지면서 침하 및 이완을 보완해 안전성을 더욱 높여줍니다. 특히 지속적으로 성능이 향상되고 있는 새로운 터빈에서의 동하중 역시 확실하게 처리합니다.

풍력 터빈의 경우 Superbolt tensioners가 탁월한 선택입니다. 기존의 너트와 볼트를 대체하는 Superbolt tensioners는 볼트 체결부의 수명을 높여주며 수공구만 가지고도 체결할 수 있습니다. Superbolt는 큰 힘을 지속적으로 받는 드라이브트레인과 기어박스의 앞 뒤, 하우징 및 푸팅 너트에 사용하는 것이 이상적입니다.

Boltight 유압 장비를 사용하면 건설과 유지 보수에서 중요 볼트 체결부에 정확한 축력으로 체결할 수 있습니다. 타워 필드 연결부 뿐만 아니라 프레임, 베어링, 기반, 로터 블레이드 등이 적용처에 포함됩니다.

M80 MULTI-JACKBOLT TENSIONER

대상: The BeBen XXL 연구 프로젝트
고객: Fraun Hofer IWES 산업 연구소
위치: 독일 브레머하펜
프로젝트: 2012–2017년 BeBen XXL 연구 프로젝트
프로젝트 목표: 대형 풍력 터빈 축에 사용되는 소재의 절감 및 변경 가능 여부 판단
Nord-Lock 제품: SSuperbolt M56 및 M80 multi-jackbolt tensioners
제품 장점:

  • 제한된 공간에서 뛰어남
  • 축력 손실 없음
  • 매우 높은 힘 처리 가능
  • 수공구 사용 가능

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