풍력 터빈 블레이드 보호 솔루션의 강우 침식 시험과 침식 거동 연구 = Rain Erosion Testing and Erosion Behavior Study of Wind Turbine Blade Protection Solutions|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

풍력 산업의 대형화 및 해상화 추세에 따라 블레이드 전연부의 침식은 연간 에너지 생산량 (AEP) 감소, 유지보수 비용 증가, 발전기의 신뢰성 저하 등 심각한 문제로 대두되고 있다. 본 연구는 풍력 발전기 블레이드 전연부(Leading Edge)의 강우 침식 문제 해결을 위해, 국내 최초 로 ASTM G73-10 표준 기반의 강우 침식 시험 장비를 개발하고, 다양한 보호 솔루션의 침식 거동을 체계적으로 평가하였다. 본 논문은 챔버형 장비를 기반으로 단점을 보완하여 룸 챔버형 강우 침식 시험 장비를 설계·제작하였으며, 최대 150 m/s의 회전 속도, 2열 구조의 노즐 배 치, 액적 크기(평균 2.91 mm) 및 낙하 빈도(4 ~ 11 Hz) 제어를 통해 실제 풍력 블레이드 운전 환경을 정밀하게 모사하였다. 시험 장비의 신뢰성과 반복성을 확보하기 위해, 표준 시험편(Al1100계)과 에폭시, 폴리우레아 /SiC 복합 필름 등 다양한 보호 솔루션을 적용하여 강우 침식 시험을 수행하였다. 에폭시 및 Al1100계 기준 시험편의 최대 침식률은 각각 0.0023 g/min, 0.0025 g/min으로 ASTM G73-10 표 준의 요구 조건을 충족함을 확인하였다. 복합 필름 평가에서는 SiC 분말의 입도가 작을수록, 그리고 8.8 wt.% 수준의 최적 투입량에서 가장 우수한 내침식성을 보였다. 음향임피던스, 경도, 표면거칠기 등 재료 특성과 침식 저항성 간의 상관관계를 정량적으로 규명하였고, 침식률의 속 도 의존성은 멱법칙(Power Law) 모델로 설명되어 속도지수 n=8.30이 도출되었다. 이는 블레이 드 회전 속도의 증가가 침식률에 지수적으로 큰 영향을 미침을 의미한다. 또한, 본 연구는 보호 솔루션의 내침식성 향상을 위한 재료 설계 지침을 제시하고, 국내 기업 의 신소재 개발 및 가속 수명 평가 기술의 자립 기반을 마련하였다. 향후 본 시스템과 데이터 는 다양한 점탄성, 금속, 자성, 복합재료 기반의 전연부 보호 코팅제 개발, 실장 전 가속 내구 성 평가, 블레이드 실장 시 수명 예측 등 풍력 산업 전반에 걸쳐 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구는 국내 풍력 블레이드 산업의 경쟁력 강화와 신뢰성 향상에 중요한 토대를 제공한다.

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풍력 산업의 대형화 및 해상화 추세에 따라 블레이드 전연부의 침식은 연간 에너지 생산량 (AEP) 감소, 유지보수 비용 증가, 발전기의 신뢰성 저하 등 심각한 문제로 대두되고 있다. 본 연구는...

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