풍력 터빈(WT : Wind Turbine)이 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 에너지원으로 등장하면서 풍력 발전소의 규모와 풍력 터빈의 성능이 지속적으로 높아지는 추세에 있다. 이로 인해 최대한 전력 전송 손실을 줄이기 위해 풍력 발전소의 운용 전압의 증가가 요구되고 있다. WT 발전기(WTGs : WT Generators) 내의 전기 드라이브는, 전력을 효율적으로 생산하고 원하는 투자 회수율을 얻고자 하면서도, 그리드 코드 요건을 충족하기 위해 비용 효율적인 솔루션을 찾고 있는 새로운 시장 참여업체들 사이에서 인기 있는 선택이 되고 있다.
Frost & Sullivan의 새로운 분석 자료인 ‘풍력 에너지 산업에서 전기 드라이브의 세계 상황(Global Outlook for Electric Drives in the Wind Power Industry)’에 따르면, 이 산업은 2009년에 16억달러의 수익을 창출했고, 2015년에는 이 수치가 41억달러에 달할 전망이다.
WTG는 풍력 발전소 소유주들 사이에 인기 있는 선택이 되고 있는데, 그 이유는 이러한 드라이브가 유지비용이 필요한 부품을 전혀 탑재하고 있지 않기 때문이다. Frost & Sullivan 프로그램 매니저 Abhishek Gokhale는 “전기 드라이브의 목표는 공익사업 수준의 AC를 생산하는 반도체를 이용한 전자 변환기와 가변적인 속도의 발전기를 이용함으로써 여러 단계의 기어박스의 복잡성을 없애려는 것”이며, “이를 통해 소형의 설비가 가능하고 이로써 유지비용이 줄어드는 효과가 있다”고 설명한다.
지난 몇 년 동안에 다이렉트 드라이브 시스템에 대한 뚜렷한 선호 경향이 있었다. 풍력(바람)이 변화가 많기 때문에 업체들은 전 출력 컨버터 시스템을 갖춘 다이렉트 드라이브 기술 설치를 선호하고 있다. 이를 통해 전통적인 방식의 기어박스 기계보다 에너지 효율성이 높아지고 유지 관리비용은 줄어들면서 보다 많은 전력 출력이 가능한 것이다.
Abhishek Gokhale는 “유럽의 여러 국가들과 중국에서 새롭게 시장에 진입하는 업체들은 다이렉트 드라이브 기술을 채택하고 있다. 다이렉트 드라이브 기술은 기어박스 문제들을 피할 수 있을 뿐만 아니라 엔진실 시스템을 간소화하고 신뢰성과 효율성을 높인다”며, “WT 공급업체들은 기존의 기어 드라이브에 비해 가볍고 비용 면에서 효율적인 기술들을 개발 중에 있다. 그리고 이로 인해 새로운 설치가 많이 늘어날 것으로 예상된다”고 말했다.
과학자들은 또한 전력 그리드와 WT를 연결하면서 안내와 제어를 할 수 있는 새로운 시스템을 개발 중에 있다. 가장 많은 전력 수요가 도시에서 발생하는데도 풍력 발전소는 원거리 지역들에 위치하고 있다. 이 말의 의미는 전력 공급은 견고한 전송 그리드에 달려 있다는 뜻이다. 그러나 풍력 발전소의 급증과 더불어 전송 라인은 조달하기가 어려울 수도 있다.
전송 라인 인프라의 부족은 특히 북미와 아시아 지역에서 영향을 미치고 있다. 따라서 향후의 풍력 발전소는 주파수, 전압, VAR (Volt-Ampere-Reactive) 제어뿐만 아니라 오작동 포착 성능을 제공해 그리드를 지원할 뿐만 아니라 그리드에 대한 전력 컨트롤 성능을 가져야 할 것이다. 발전기와 전기 드라이브의 현대적인 설계는 WT 작동에 맞게 주문식 제작이 될 가능성이 높다.
에너지 생산과 신뢰성을 고려하면서 전기 드라이브가 있는 다이렉트 드라이브 발전기 시스템은 유지비용이 큰 문제가 되는 연안의 풍력 설치물에 대해, 특히 기어 드라이브 시스템보다 WT에 더욱 적합할 것으로 예상된다. 전기 드라이브 제조업체들은 더블 피드 방식과 영구 자기 발전기에서 사용되는 점차 증가하고 있는 전기 드라이브의 비중을 관리하는 데 주력해야 할 것이다.
Gokhale는 “탄탄한 구조의 WT 제공업체들 중에 일부는 이미 지역 드라이브 수요의 20~40%까지 제조할 수 있는 자체 능력을 갖추고 있다”며, “그러나 전기 드라이브 수요에 대해 아웃 소싱하는 WTG와 새롭게 시장에 진입하는 업체들에게도 실수요자 시장에 대한 엄청난 기회는 있다”고 지적한다.
