45MW이상 출력에도 안정적인 중규모 수력발전기 제작된다
45MW이상 출력에도 안정적인 중규모 수력발전기 제작된다
  • 전찬민 기자
  • 승인 2021.08.12 13:44
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[공학저널 전찬민 기자] 우리나라 여건상 수력발전은 해외와 다르게 시장이 활발히 형성되지 않고 있으며, 소수력과 관련된 기술 개발에 집중돼 있었다. 하지만 중대규모 수력발전 시설의 노후화로 교체 또는 현대화가 불가피해지면서 기존에 있는 시설을 유지하면서 효율을 높이기 위한 발전기 기술 개발의 필요성이 강조되고 있다.

기존 발전기 기술은 약 40년 전 선진기술 적용의 결과물이지만 발전기의 중요 성능지표인 효율은 준공 당시 현재 기술과 비교해도 우수한 것은 누구나 다 인정하는 부분이다. 특히 소수력발전 기술은 국내에서도 나름 시장형성이 돼 관련 기업들이 개발을 통해 기술 발전은 현재까지도 진행되고 있다.

이러한 기술력을 기반으로 해외 기술의 의존에서 벗어나고자 한국수자원공사가 책임연구기관을 맡은 ‘중규모 수력플랜트 건설기술 개발’ 국가 R&D가 착수돼 중소기업의 중규모 수력발전 기술 개발을 지원하고 국산화에 본격적으로 나섰다. 철저한 공장 검사기술, 현장 조립과 설치 검사·시험 기술 또한 현시점 가능한 부분을 적용해 발전기 파트 전체를 국내에서 신뢰성 입증하는 첫 사례로 기대를 모으고 있다.

이번 연구에서 발전기 제작에 참여한 ㈜위드피에스는 함께 개발되는 수차가 정격 속도 150rpm 기준 입력되는 동력을 기존 발전기와 동등 이상의 효율로 45MW 이상 출력을 안정적으로 공급하는 동기 발전기를 설계, 제작, 시공하는 것을 맡고 있다.

발전기 파트는 크게 발전기능을 수행하는 메인 발전부와 메인발전부의 발전 기능을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 기계구조부로 나눌 수 있다. 메인발전부는 여자공급으로 전자석화 돼 회전하는 회전자와 회전자의 회전으로 전기를 발생시켜 공급하는 고정자가 있다. 이 두 파트의 설계는 일반적인 장하분배와 일본선진사로부터 기술도입한 출력계수 등의 실적 데이터를 바탕으로 수행됐다.

다음으로 기계구조부는 크게 발전 중 발생하는 열의 냉각을 위한 냉각부, 수차의 수추력과 회전부의 하중 등을 지지하는 베어링부, 각각의 하중을 지지하는 브라켓부 등으로 구분되며 필요한 계산 및 시뮬레이션을 거쳐 설계됐다.

현재 이와 같이 수행된 설계에 대해 관련기관의 검토가 완료돼 본격적으로 제작을 진행하고 있다.

위드피에스는 발전기 전문기업 ‘썬테크’에서 법인분리돼 국방기술 분야 수요에 맞춰 기업 기술력을 제고하고 양질의 제품을 제공하기 위해 노력하고 있다. 이번 과제 참여 당시 썬테크 기업부설연구소에서 기획과 참여하게 됐으며 현재 핵심인력은 모두 위드피에스로 소속돼 연구 개발 중이다. 특히 대기업을 제외하고 소수인 국내 중소 발전기 전문기업 중 45MW급 중규모 수력플랜트의 개발의지와 기술도입 소화능력이 상대적으로 우수했다고 평가되며 중규모 수력발전 기술개발 연구에 참여하게 된 것이다.

45MW급 수차 동기발전기의 설계기술은 소형 발전기와 다르게 고려할 부분이 상당히 많아 전문적인 기술이 요구되고 있다.

위드피에스 조종현 전무(사진)는 “회전자의 자극(Pole)을 회전라 림(rim)에 삽입하는데 있어 열변형을 고려한 도브테일 설계를 적용하거나 메인발전부 냉각 회로를 고려한 코어 적층 사이 덕트 적용 등의 기술을 습득했고, 그를 위해 베어링 면압, 기초 하중, 냉각 풍량 등의 계산 혹은 시뮬레이션 기법을 습득했다”며 “향후 수차 동기발전기의 국내기술을 성장시키는 시작이 됐고 앞으로도 지속적인 연구를 수행할 것”이라고 말했다.

그는 이어 “설계 기술 외에 올해 말부터 시작되는 현장 실증에서도 습득할 기술이 많다”며 “일부 전조립 상태로 수입돼 설치됐던 기존 발전기들과 다르게 고정자 코어 한 장부터 적층하면서 관련 조립과 설치기술을 국내 관련 종사자들과 몸으로 습득할 좋은 기회가 될 것”이라고 덧붙였다.

공정이 완료되면 설치 후 검사부터 시운전 검사까지 모든 과정을 습득, 해당 기술 절차와 매뉴얼들을 성과물로 확보할 예정이다. 이에 위드피에스는 결과적으로 성공적인 실증이 될 것으로 확신하고 있으며 좋은 성능과 신뢰성을 확보한 발전기를 공급하는 기업으로 꾸준히 성장할 것으로 기대를 모으고 있다.


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