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연구보고서 글정보
과제명 2MW급 풍력발전용 피치 시스템 개발
등록자 이상호
과제유형 일반과제
기간 20081201~20111231
기관명 서호전기
조회수 823
연구보고서 상세내용
구분 내용
보고서목차 제 1 장 서 론 14
제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 14
1. 개발기술의 중요성 14
2. 연구개발의 필요성 15
3. 연구개발의 범위 17
제 2 절 국내 · 외 관련 기술의 현황 19
1. 국외기술현황 19
2. 국내기술현황 20
제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 · 경제적 파급 효과 21
1. 기술적 측면 21
2. 산업ㆍ경제적 측면 21

제 2 장 기술개발 내용 및 방법 22
제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 22
1. 기술 개발 최종 목표 22
2. 평가 방법 22
제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 23
제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 24
1. 1차년도 24
2. 2차년도 25
3. 3차년도 25

제 3 장 결과 및 사업화 계획 26
제 1 절 연구개발 최종 결과 26
1. 연구 개발 추진 일정 26
2. 연구개발 추진 실적 29
3. 기술 개발 결과 30
제 2 절 연구개발 추진 체계 33
1. 기업별 추진 역할 33
2. 주관기관 (서호전기) 추진 내역 35
3. 참여기업 (효성중공업) 추진 내역 130
4. 참여기관 (코칩) 추진 내역 161
제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 234
1. 시장 현황 234
2. 사업화 전망 236
3. 사업화 계획 237

부 록 1 참고 문헌 239

보고서초록 개발내용 및 결과

? 피치용 전동기 및 감속기
- 독일 OAT사 제품 분석 및 풍력 설계 프로그램 Flex5통해
DLC(Design Load Case) 해석후 용량 설정
- 제품 설계 및 시뮬레이션 수행
- 신뢰성 시험 실시 (성능 및 내구 시험 실시)
? 피치용 감속기
- 이탈리아 제조사 Bonfiglioli사의 제품 분석을 통해 벤치
마킹을 실시
- 제품 시뮬레이션 및 설계 (유성 기어 3단으로 설계)
- 신뢰성 시험 실시 (성능 및 내구,외부 공인 기관 시험 실시)
? 위치 제어용 서보 드라이브 제작
- 32bit DSP를 사용한 제어보드 개발(TI사 TMS320F28335)
- 11kW급 파워 보드 개발
- IGBT 드라이브 개발
- 유도 전동기 벡터 제어 및 위치 제어 알고리즘 개발
- 필드버스 (CANopen) 통신 프로그램 제작 및 통신 보드 제작
- 성능 및 신뢰성 시험 실시
- IP54기준 외함 제작
? 비상용 전원 장치 개발
- 피치 시스템 전용 수퍼 커패시터 모듈 개발
- 양방향(충방전) DC-DC 컨버터 알고리즘 / 하드웨어 개발


기술개발배경

신재생에너지의 중요성 및 필요성이 인식되면서 많은 국가와 기업들이 풍력발전기 사업에 투자하고 있다. 국내에서도 많은 기업들이 차세대 에너지 공급원으로 발전시키기 위한 노력을 기울이고 있다. 결과로써 현재 기계, 전기, 건축, 환경 등에 관한 많은 기술력이 축적되어 있는 상태라 할 수 있다. 그렇지만 아직까지 각 분야별로 많은 중요한 부분들이 해외기술에 의존하는 현실적인 문제는 남아 있다.
전기분야에 대한 국산화 기술력을 살펴보면 발전기, PCS 등은 이미 국산화가 가능한 수준까지 도달했다고 볼 수 있다. 현재 국내 관련 일부 기업들이 발전기에 대한 기술력을 이미 가지고 있는 상태다. 각종 정책적인 정부 지원 및 각 기업들의 노력 등으로 PCS는 일부분 국산화 기술로 만들어 지고 있고, 점차 확대될 것으로 예상된다. 하지만, 피치제어 시스템의 국산화에 대한 노력은 아직까지 부족한 상태이다. 피치제어 시스템의 개별 구성요소들은 이미 국산화가 가능하다. 모터, 감속기, 브레이크, 서보드라이브, 컨트롤러, 에너지 저장장치, 기타, 등의 대부분의 구성요소에 일부 기술력은 확보된 상태이다. 따라서 이를 적극 활용하고 개선함으로써 피치제어시스템의 국산화를 앞당길 수 있으며, 나아가 풍력발전시스템의 전체 분야에 대한 진정한 의미의 국산화가 가능해질 수 있는 한 여건을 제공한다.
현재까지 국산제품이 없기 때문에 국내에 설치된 풍력발전기용 피치제어 시스템은 전부 수입된 제품이라 할 수 있다. 또한 피치제어 시스템의 개발이 진행되지 않을 경우, 국내기업 제품의 풍력발전기가 외국으로 수출되는 상황에서도 피치제어 시스템은 여전히 수입된 제품을 사용하여야 하는 현실은 계속될 수 밖에 없을 것이다.
본 과제에서는 산업용 인버터에 대한 생산 기술을 확보하고 있는 서호전기, 전동기 및 감속기를 생산 하며, 현재 2MW급 풍력 발전 시스템을 개발 완료하고 실증을 하고 있는 효성, 2.5V/1500F 단위 셀 수퍼커패시터에 대한 기술을 가지고 있는 코칩이 피치 시스템 기술의 국산화를 앞당겨 수입 제품의 가격인하 유도 및 수입 대체 효과와 국내 기업의 수출 시장에 기여하고자 한다.


핵심개발기술의 의의

본 과제에서는 제작된 2MW급 블레이드 피치 시스템은 국내에서는 처음 개발 되는 것으로 제어 알고리즘 및 제작 기술은 순수 국내 기술로 개발이 된 것이며, 피치 모터, 감속기, 서보드라이브, 비상용 전원장치부가 연구가 되었다.
해외 제품 분석 및 시험을 통해 부품의 및 시스템 성능 향상을 추진하였고, 신뢰성 시험을 위한 시험 규격도 연구도 하였기에 향후, 관련 분야의 지침이 될 수 있다. 그리고, 핵심 기술 개발의 국산화를 통해 국내 풍력 시스템 제작사의 구매금액을 절감에 기여할 수 있으며, 향후 풍력 제품의 해외 수출 및 피치 시스템의 단독 수출 등의 효과를 가져 올수 있다. 과제의 연구를 통해 설계된 감속기 부분의 3단 유성 기어 설계 기술은 컴팩트한 제품 설계에 응용 될 수 있고, 축부위 강도 향상을 위한 스플라인 설계가 관련 제품 설계에 응용될 수 있다. 출력 Pinion의 체결 형태 변형을 통한 원가 절감이 관련 분야 관련 분야의 원가 개선에 기여할 수 있다. 그리고, 서보드라이브의 다축 시스템 제어기술은 각종 자동화 시스템 구축 기술을 확립하는데 응용될 수 있다. 개발된 수퍼 캐패시터 모듈은 전기바이크나 회생재동 및 겨울철 출력 보조용 에너지 효율 향상에 적용이 가능하다.



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