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Korea Institute of Ocean Science & Technology

청정한 미래에너지 확보를 위한 조류발전 부품성능 테스트베드 본격 가동!

  • 조회 : 306505
  • 등록일 : 2021-12-06
청정한 미래에너지 확보를 위한
조류발전 부품성능 테스트베드 본격 가동!
- 조류발전 부품성능 시험동 준공식 개최 -

조류발전 부품성능 시험동 앞 주요 내빈들의 테이프 컷팅 모습

사진 1. 조류발전 부품성능 시험동 앞 주요 내빈들의 테이프 컷팅 모습

온실가스를 감축하고 부존자원 고갈에 대처하기 위해 바다를 활용한 친환경 에너지를 생산하는 것은 이젠 선택이 아닌 필수의 과제다. 특히 안전하고 친환경적인 해양에너지로 주목받고 있는 조류발전 산업의 활성화를 위해서는 조류발전 부품의 성능에 대한 정량적인 평가기술과 이를 위한 인프라 시설의 구축이 필요하다. 이를 위해 한국해양과학기술원(이하 KIOST) 연안개발·에너지연구센터는 「조류발전 실해역 시험장 구축」 과제의 일환으로 올해 3월, KIOST 부지 내 육상실험장인 조류발전 부품성능 시험동 건축 공사 완료 이후, 9월까지 부품성능 시험동 내 주요 기장비를 성공적으로 구축했다. 지난 11월 15일(월) KIOST 본관 1층 대강당에서 개최된 준공식 현장을 찾아 국내외 해양에너지 시장을 주도해 나갈 힘찬 발걸음을 내딛는 순간을 취재했다.

국내 조류발전 상용·활성화를 위한
부품성능 평가 기반시설 구축의 노력

조류발전은 지구, 달, 태양 등 천체 운동에 의한 인력으로 발생하는 조석(潮汐, Tide)에 따라 바닷물의 흐름이 가지고 있는 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 발전방식으로, 해양환경에 미치는 영향이 적고, 조석현상에 의하여 발생하는 흐름을 이용하기 때문에 날씨 변화나 계절에 관계없이 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다. 국내에서는 2000년 이후 해양수산부에서 본격적으로 조류발전 등 해양에너지 관련 연구개발사업을 추진하였으며, 2001년부터 추진된 조류에너지 실용화 기술개발 과제를 통하여 2009년에 수직축 조류터빈을 적용한 울돌목 시험조류발전소를 건설4)한 바 있다. 그러나 조류발전 기술의 상용화를 위해서는 육상에서 조류발전기에 사용되는 부품의 검증 및 실해역에서 실제 발전량을 검증하기 위한 시설이 필요하며, 이를 지원하기 위하여 해양수산부에서는 KIOST 연안개발·에너지연구센터와 함께 2017년부터 「조류발전 실해역 시험장 구축」 과제를 추진하고 있다.

KIOST 연안개발·에너지연구센터   박진순 책임연구원

사진 2. KIOST 연안개발·에너지연구센터
박진순 책임연구원

“조류발전 산업 육성을 위해서 관련 장비를 개발하고 있지만, 부품의 성능에 대한 정확한 실험과 평가가 선행돼야 다음 단계로 나아갈 수 있습니다. 그러나 현장에서는 물살이 빠르고 조류의 방향이 수시로 바뀌는 탓에 매번 바다에서 실험을 진행하기에는 큰 어려움이 있었습니다. 따라서 동 과제를 통해 조류발전 부품성능 시험동과 실해역 시험장 구축을 계획5)하였으며, 오늘 블레이드 강도와 비파괴 시험을 진행할 조류발전 부품성능 시험동이 완공되었음을 기념하는 준공식을 개최하게 되었습니다. 동 시설은 관련 산업 활성화 및 조류발전 분야의 기술력을 선도하기 위해 꼭 필요한 시설이라고 할 수 있습니다.”
  • 조류발전 부품성능 시험동 조감도

    그림 1. 조류발전 부품성능 시험동 조감도

  • 조류발전 실해역 시험장 조감도

    그림 2. 조류발전 실해역 시험장 조감도

염기대 前 KIOST 원장 등 내외빈 참석
왼공의 기쁨과 감사를 나누는 뜻깊은 자리

금번 준공식은 KIOST 신청사 부지 내에 2020년 4월 28일~2021년 3월 20일까지 공사가 진행된 조류발전 부품성능 시험동의 완공을 기념하는 자리로, 행사장에는 KIOST 김웅서 원장 및 이윤호 부원장, 주세종 경영본부장 등 주요 보직자들과 해양공학연구본부 관계자, 그리고 완공을 축하하기 위하여 특별히 염기대 前 원장이 참석해 자리를 빛냈다. 더불어 해양수산부 해양개발과 황진실 사무관과 시험동 건축 관계자, 조류발전 분야 기업 대표들이 참석해 그간의 노고에 감사를 전하며 인사를 나눴다. KIOST 연안개발·에너지연구센터 이진학 센터장의 사회로 진행된 1부 행사에서는 KIOST 해양공학연구본부 오영민 본부장의 경과보고, 그리고 KIOST 김웅서 원장의 기념사가 이어졌다. 김웅서 원장은 ‘21년 10월 23일자 포브스 코리아(Forbes Korea) 저널에서 KIOST가 ‘2021년 탄소저감 혁신 기업/기관 해양에너지 부문 경쟁력 있는 기관 국내 1위(세계 6위)’로 선정된 기쁨을 전하며 조류발전 부품성능 시험동의 구축을 위해 노력한 모든 관계자들에게 감사를 전했다.

4) 이 과제를 통하여 지지구조물, 발전기, 전력변환장치 및 통합감시시스템 등을 개발하였다. 현재 울돌목 시험조류발전소는 다양한 중소형 조류발전 기술을 실해역에서 실증할 수 있는 해상기지로 활용되고 있으며, 80kW급 수직축 조류발전 장치를 상시 운영하고 있다.
5) 부품성능 시험동에서는 블레이드 강도와 비파괴 시험 분야에서, 실해역 시험장에서는 출력과 하중 분야에서 KOLAS 공인시험기관으로 지정받기 위한 관련 절차를 진행하고 있다.

금번 준공식은 KIOST 신청사 부지 내에 2020년 4월 28일~2021년 3월 20일까지 공사가 진행된 조류발전 부품성능 시험동의 완공을 기념하는 자리로, 행사장에는 KIOST 김웅서 원장 및 이윤호 부원장, 주세종 경영본부장 등 주요 보직자들과 해양공학연구본부 관계자, 그리고 완공을 축하하기 위하여 특별히 염기대 前 원장이 참석해 자리를 빛냈다. 더불어 해양수산부 해양개발과 황진실 사무관과 시험동 건축 관계자, 조류발전 분야 기업 대표들이 참석해 그간의 노고에 감사를 전하며 인사를 나눴다. KIOST 연안개발·에너지연구센터 이진학 센터장의 사회로 진행된 1부 행사에서는 KIOST 해양공학연구본부 오영민 본부장의 경과보고, 그리고 KIOST 김웅서 원장의 기념사가 이어졌다. 김웅서 원장은 ‘21년 10월 23일자 포브스 코리아(Forbes Korea) 저널에서 KIOST가 ‘2021년 탄소저감 혁신 기업/기관 해양에너지 부문 경쟁력 있는 기관 국내 1위(세계 6위)’로 선정된 기쁨을 전하며 조류발전 부품성능 시험동의 구축을 위해 노력한 모든 관계자들에게 감사를 전했다.

조류발전 부품성능 시험동 준공식이 개최된 KIOST 본원 대강당

사진 3. 조류발전 부품성능 시험동 준공식이 개최된 KIOST 본원 대강당

  • KIOST 해양공학연구본부 오영민 본부장의 경과보고 모습

    사진 4. KIOST 해양공학연구본부 오영민
    본부장의 경과보고 모습

  • 행사 사회를 맡은 KIOST 연안개발·에너지연구센터 이진학 센터장

    사진 5. 행사 사회를 맡은 KIOST
    연안개발·에너지연구센터 이진학 센터장

KIOST 김웅서 원장 기념사

사진 6. KIOST 김웅서 원장 기념사

“이순신 장군의 얼이 서린 울돌목에 우리나라 최초의 조류발전소를 준공한 지 벌써 12년이라는 세월이 흘렀습니다. 당시 KIOST는 400년 전 충무공이 울돌목에서 민족의 위기를 지혜로 역전 시켰듯, 에너지 자원 부족과 기후변화라는 인류가 당면한 문제들을 조류발전을 통해 친환경 에너지 생산과 새로운 시장을 창출하겠다는 각오로 열심히 노력해왔습니다. 이번에 준공된 조류발전 부품성능 시험동은 연간 실제 바닷속과 비슷한 조건에서 마음껏 실험할 수 있는 환경을 제공할 것입니다. 울돌목에서 조류발전 연구를 위한 걸음마를 띠었다면, 이제 조류발전 부품성능 시험동에서 조류발전 상용화를 위한 경쟁력을 갖추고 해양에너지 강국으로 도약하는 계기가 되기를 바라며, 앞으로도 친환경 해양에너지에 큰 관심과 애정을 가져주시길 바랍니다.”
시험동 구축에 노력한 관계자들에게
유공자 표창 및 감사패 전달

다음으로 조류발전 부품성능 시험동 공사와 관련하여 그동안 많은 애를 쓴 공사 감독원, 건축 참여업체에 대한 유공자 포상이 진행됐다. 먼저 조류발전 부품성능 시험동 구축 임무를 성실히 수행한 이들에게 전하는 표창장은 KIOST 연안개발·에너지연구센터 박준길 선임연구원이 대표로 수여받았으며, 구축 공사의 현장소장으로서 탁월한 시공 기술과 헌신적인 노력을 보여준 예진건설 전승렬 차장에게 감사패가 전달되었다.

유공자 포상 수여식 모습(좌측부터 KIOST 연안개발·에너지연구센터 박준길 선임연구원, KIOST 김웅서 원장, 예진건설 전승렬 차장, 홍혜민 기술원)

사진 7. 유공자 포상 수여식 모습(좌측부터 KIOST 연안개발·에너지연구센터 박준길 선임연구원,
KIOST 김웅서 원장, 예진건설 전승렬 차장, 홍혜민 기술원)

면적 494.32㎡, 지상/지하 1층 규모
부품성능 평가를 위한 각종 첨단 시험장비 구축

1부 행사를 마치고 주요 내외빈들은 KIOST 연안개발·에너지연구센터 박진순 책임연구원의 안내에 따라 시험동으로 이동했다. KIOST 부지 내에 구축된 조류발전 부품성능 시험동은 면적 494.32㎡의 철근콘크리트와 철골 구조물로 구성되었으며, 지하 1층, 지상 1층에 국제인정기준(KOLAS)에 의거해 주요 부품6)의 검증 및 성능평가7)를 진행할 수 있는 각종 첨단 시험설비를 갖추고 있었다.

6) 조류발전기의 부품은 크게 블레이드 너셀, 지지구조물로 구분되는데, 블레이드는 조류의 흐름을 전기에너지로 변환할 수 있는 터빈에 회전에너지를 전달하는 구조물이며, 너셀은 블레이드의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 터빈을 포함하는 주요설비이다.
7) 블레이드는 조류의 흐름을 견디는 강도의 확보가 필요하며, 너셀은 내부의 해수유입을 차단할 수 있는 수밀성이 확보되어야 한다. 지지구조물은 상부의 블레이드 및 너셀을 해저에 고정시키기 위한 구조물로써 조류의 흐름으로부터 지내력을 확보 및 강도를 확보해야 한다.

조류발전 부품성능 시험동의 구성

그림 3. 조류발전 부품성능 시험동의 구성8)

조류발전 부품성능 시험동의 주요 시험 설비

그림 4. 조류발전 부품성능 시험동의 주요 시험 설비

블레이드 강도시험 및
재료강도 구조시험 시연 진행

시험동 앞에서 간단한 테이프 커팅과 기념촬영을 마치고 1층 블레이드 시험장(Blade Testing Laboratory)에서 블레이드 강도를 시험하는 시연 행사가 진행됐다. KIOST 김웅서 원장과 해양수산부 해양개발과 황진실 사무관, ㈜KTE 김영신 부사장이 블레이드 강도시험 개시 버튼을 누르자, 사이렌 소리와 함께 포탈 프레임에 불빛이 켜지며 거대한 블레이드의 강도와 피로하중을 측정하는 액추에이터가 작동됐고, 현장에서 이를 지켜본 참석자들 모두 큰 박수와 응원을 보냈다.

8) 지상 1층에 조류발전 블레이드의 강도시험 및 비파괴 검사를 진행할 수 있는 블레이드 시험장, 강도시험기(Actuator) 제어를 위한 사무실(제어실), 각종 부품의 재료시험을 진행할 수 있는 재료강도시험실이 배치되어 있으며, 지하 1층에는 전기실과 유압펌프실이 배치되었다.

블레이드 시험장에서 박진순 연구책임자의 설명을 듣고 있는 주요 내빈들

사진 8. 블레이드 시험장에서 박진순 연구책임자의 설명을 듣고 있는 주요 내빈들

  • 조류발전 부품성능 시험동의  주요 설비를 소개하는 박진순 책임연구원

    사진 9. 조류발전 부품성능 시험동의
    주요 설비를 소개하는 박진순 책임연구원

  • 블레이드 강도시험 개시 버튼을  누르는 주요 내외빈 모습

    사진 10. 블레이드 강도시험 개시 버튼을
    누르는 주요 내외빈 모습

블레이드 강도시험기의 개시를 축하하는 참석자들 모습

사진 11. 블레이드 강도시험기의 개시를 축하하는 참석자들 모습

이어 참석자들은 재료성능에 관한 평가가 실시되는 재료실험실(Material Laboratory)로 자리를 옮겼다. 박진순 책임연구원은 먼저 철근 용접부 비파괴 시험 설비(초음파 탐상기)를 소개한 후, 복합재료의 인장시험을 위하여 구축된 300kN의 기계식 만능재료시험기의 재료강도 구조시험 시연을 선보였다. 300kN급 만능재료시험기(TO-102-300kN)의 작동 버튼을 누르고 일정 시간이 지나자, 장비 안에 고정된 콘크리트 시편(공시체)에 서서히 금이 가며 파쇄되는 모습을 육안으로 확인할 수 있었다.

  • 비파괴 시험 설비(초음파 탐상기, 좌)와 재료강도 시험 설비(300kN급 만능재료시험기, 우)를 소개하는 박진순 책임연구원
  • 비파괴 시험 설비(초음파 탐상기, 좌)와 재료강도 시험 설비(300kN급 만능재료시험기, 우)를 소개하는 박진순 책임연구원 2

사진 12, 13. 비파괴 시험 설비(초음파 탐상기, 좌)와 재료강도 시험 설비(300kN급 만능재료시험기, 우)를 소개하는 박진순 책임연구원

해양 구조물의 구조시험, 건설재료의 강도시험 등
다용도 시설로의 확장 계획

KIOST 연안개발·에너지연구센터는 앞으로 조류발전 부품성능 시험동 재료실험실 내에 강재의 인장시험, 복합재료의 굽힘시험 등을 위한 1,500kN의 유압식 만능재료시험기를 2022년 추가로 구축할 예정이다. 나아가 조류발전 부품성능 시험동을 조류발전 부품뿐만 아니라, 항만 및 해양 구조물(잔교, 교량, 기둥 등)의 구조시험, 건설재료(FRP, 콘크리트, 강재 등)의 강도시험 등 다용도 시설로의 확장도 계획하고 있다.

KIOST 연안개발·에너지연구센터  이진학 센터장

사진 14. KIOST 연안개발·에너지연구센터 이진학 센터장

아직 국내에 조류발전 산업이 충분히 활성화되지 않은 상태이기 때문에 초기 활용도를 높이기 위해서 일반적인 해양의 교량이나 교각, 아파트 등의 건설재료인 콘크리트 강도시험 등 다용도로의 확장을 계획하고 있습니다. 특히 우리나라가 탄소 중립 정책의 일환으로 풍력발전을 육성하고 있어 관련 산업의 붐이 일고 있는데, 100kW급 소형 풍력발전 블레이드의 경우, 조류발전의 블레이드와 규모나 사양이 유사하기 때문에 관련 시험 설비로 충분히 활용할 수 있을 것으로 봅니다. 따라서 앞으로 관련 실험능력을 높여서 조류발전 분야뿐만 아니라 소형 풍력시장 분야도 적극 진입할 계획입니다.”
수리모형실험동을 활용한 축소모형 성능평가,
부품부터 시스템 성능까지 원스톱으로 진행 가능

이진학 센터장은 이에 덧붙여 조류발전 부품성능 시험동의 또 다른 장점을 언급했다. 유럽의 경우, 부품성능 시험동과 실해역 실험장을 관리·운영하는 기관이 따로 존재하여 각각의 검사와 성능평가를 별개로 진행해야 하는 번거로움이 있는데, 이곳에서는 부품부터 시스템 성능까지 원스톱으로 진행이 가능하며, 바로 옆에 수리모형실험동이 위치하고 있어 축소모형에 대한 성능평가도 가능하다는 것이다. 그는 “아직 초기 단계이기 때문에 앞으로 선진기술을 많이 배워야 하겠지만, 숙련의 노하우가 쌓이면 조만간 조류발전 분야에서 세계 최고의 성능실험 기관으로 인정받을 수 있을 것”이라고 강조했다.

동 시험장을 구축하기 위해 지난 1년 여 간 건설사와 전기, 소방 등 다양한 분야의 기업들과 협력하며 동 사업을 성공적으로 완료한 KIOST 연안개발·에너지연구센터. 각계의 의견을 중간에서 소통하고 조율해가며 사업을 시행하는 일이 쉽지만은 않았기에 완공을 맞이한 기쁨과 감회는 남다를 수밖에 없다. 그러나 사업의 총괄 책임자인 박진순 책임연구원은 이제 시작이라고 말한다.

“매주 내부 회의와 공정회의를 진행하면서 각종 애로사항과 난관도 많았지만, 저 혼자가 아닌 팀원 모두가 한마음으로 노력했기에 어렵고 힘든 점을 극복하지 않았나 생각합니다. 오랜 시간 고생을 하여 완공을 했지만, 이제 시작일 뿐입니다. 여태껏 최고의 시험동을 구축하기 위한 목표를 가지고 달려왔다면, 이젠 진짜 조류산업의 발전을 견인해야 한다는 새로운 숙제가 놓여 있습니다. 앞으로 조류발전 분야 선진국과의 기술 격차를 극복하고, 기술력 선도를 통해 국내외 해양에너지 시장을 주도할 수 있도록 적극 노력할 것입니다.”
- KIOST 연안개발·에너지연구센터 박진순 책임연구원 -
조류발전 활성화 기반 구축을 위한 새로운 시작점
KOLAS 인증 획득을 통해 국제적인 시험장으로 인정받기를

시험동이 본격 가동됨에 따라 남은 과제는 KOLAS 공인시험기관으로 지정받아 보다 정량적인 평가를 진행하는 것과, 조류발전 실해역 시험장 건설, 그리고 조류발전기 부품의 안정성 확보 및 성능을 국제적으로 인정받는 일이다. 이에 KIOST 연안개발·에너지연구센터는 2022년을 목표로 기술 표준화 및 부품의 강도, 수밀성, 균열부 검사를 진행하고, 실해역에 조류발전기를 배치함으로써 해양에너지 산업 육성에 이바지할 계획이다. 조류발전 활성화 기반 구축을 위한 새로운 시작점에 오르며 창조적인 연구를 수행하고 있는 KIOST 연구진들의 노력이 친환경적인 연안기술 개발과 청정한 미래에너지 확보, 안전한 바다를 실현하고자 하는 모두의 꿈에 성큼 다가서기를 희망한다.

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최종수정일 :
2022-06-14