KERI, 세계 최초 겨울 낙뢰 막을 기술 개발… 풍력발전기 안정성 향상

우정민 박사팀, 겨울철 낙뢰 피해 막는 '수뢰부 설계법' 개발
풍력 발전기 안전·효율성↑… 상위 5% 국제 학술지 논문 게재

기존 풍력블레이드 수뢰부(왼쪽)와 정극성 낙뢰 피해를 막기 위해 가장자리 위치(파란색)에 KERI가 새롭게 설계한 수뢰부(오른쪽). KERI 제공

한국전기연구원(KERI)은 전기환경연구센터 우정민 박사팀이 겨울철 해상풍력단지에서 빈번하게 발생하는 ‘정극성 낙뢰’ 피해를 막을 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 16일 밝혔다.

최근 신재생에너지에 대한 수요 증가와 함께 저풍속 환경에 특화된 해상풍력발전기 건설이 늘어 나면 낙뢰로 인한 블레이드(날개) 손상에 따른 가동 중단 빛 복구비용 발생 등의 문제가 제기돼 왔다.

이에 우정민 박사팀은 다양한 극성과 조건, 블레이드의 회전 각도와 재질에 따라 어떠한 영향이 발생하는지를 분석해 부극성(-)과 달리 정극성 낙뢰는 기존 블레이드 날개 끝에 있는 수뢰부(리셉터)를 피해 블레이드의 옆 가장자리에 내리쳐 피해를 준다는 사실을 확인했다. 공기 중에 분포하는 양전하가 수뢰부 근처에 모여 있다 보니, 같은 양(+)극인 정극성 낙뢰가 이를 피해 부극성을 띄는 블레이드 중간 부분에 타격을 줬기 때문이다.

이를 통해 연구팀은 블레이드 옆 가장자리에도 수뢰부를 최적으로 위치시키는 새로운 설계법(edge receptor)을 고안해 낼 수 있었고, 이 방식이 정극성 낙뢰의 전하 분포를 제어해 피해를 최소화할 수 있다는 것을 확인했다.

우 박사는 “풍력터빈 블레이드를 대상으로 정극성 낙뢰 대책을 설계하고, 실험적 검증도 성공적으로 수행한 기관은 전 세계에서 우리가 유일”이라고 밝히며 “우리의 기술로 풍력 발전기의 안정성과 효율성을 높여 재생에너지 보급 확대에 크게 기여하고, 궁극적으로 소비자 전기료 절감에도 긍정적인 영향을 미칠 것”이라고 전했다.

이번 연구결과는 높은 평가를 받아 재생에너지 분야 상위 5% 국제 학술지인 ‘Results in Engineering’에 논문이 게재됐고, 전기에너지산업 분야 글로벌 플랫폼인 ‘국제대전력망협의회(CIGRE)’의 공식 저널에도 기고됐다.

KERI는 이번에 개발한 설계법을 실제 규모 풍력 블레이드에 본격적으로 적용해 실험 데이터를 더욱 확보할 예정이며, 관련 특허 등록 및 기업체 기술이전도 추진할 계획이다. 또 해당 성과가 풍력뿐만 아니라 고층 건축물, 통신탑, 해양 구조물 등 낙뢰에 취약한 여러 분야에도 적용될 수 있을 것으로 보고, 연구 범위를 확대할 방침이다.

이동렬 기자 dylee@hankookilbo.com