GIST, 호라이즌 유럽 풍력 연구 첫 선정…핵심 기술 개발 총괄

8개국 14개 기관 참여…총 520만 유로 규모 국제 공동연구
풍력터빈 결빙 예측·제어 기술 개발…발전량 2% 향상 목표

광주과학기술원(GIST) 연구팀이 유럽연합(EU)의 대형 연구개발(R&D) 프로그램인 '호라이즌 유럽(Horizon Europe)'의 풍력 연구 과제에 국내 최초로 선정됐다. 세계적인 풍력터빈 제조사 베스타스 등 해외 연구기관·기업과 함께 겨울철 풍력발전기의 날개에 얼음이 얼어붙는 문제를 해결하는 기술 개발에 나선다.

GIST는 기계로봇공학과 김태성 교수 연구팀이 호라이즌 유럽의 국제 공동연구 과제 '옵팀아이스(OptimICE)'에 참여한다고 9일 밝혔다. 연구팀이 참여한 과제 제안서는 호라이즌 유럽 심사에서 15점 만점을 받았다.

GIST 기계로봇공학과 김태성 교수가 호라이즌 유럽 옵팀아이스 컨소시엄 구성도 앞에서 포즈를 취하고 있다. GIST 제공

호라이즌 유럽은 EU가 2021년부터 2027년까지 약 955억 유로를 투입하는 연구혁신 프로그램이다. 한국은 지난해 아시아 국가 최초로 준회원국 자격을 확보해 국내 연구진도 유럽 연구진과 동등한 조건으로 관련 과제에 참여할 수 있게 됐다.

이번에 선정된 옵팀아이스는 총연구비 약 520만 유로, 연구기간 42개월 규모의 국제 공동연구다. 영국 켄트대학교가 주관하며 GIST를 비롯해 덴마크, 캐나다, 핀란드, 스위스, 스웨덴, 오스트리아 등 8개국 14개 기관이 참여한다. 베스타스와 덴마크공과대학교(DTU), 핀란드 기술연구센터(VTT) 등도 공동연구를 수행한다.

연구의 핵심은 추운 지역에서 풍력발전기의 효율을 떨어뜨리는 '착빙' 현상을 해결하는 것이다. 착빙은 풍력터빈의 날개인 블레이드 표면에 얼음이 쌓이는 현상으로, 날개 주변의 공기 흐름을 바꿔 발전량을 줄이거나 가동 중단을 유발한다. 전 세계 육상 풍력발전 설비의 약 25%에 해당하는 300GW(기가와트)가 한랭지역에서 운영되는 것으로 알려져 있어 결빙 방지 기술의 중요성이 커지고 있다.

GIST 연구팀은 컨소시엄에서 수치해석 모델 개발과 성능 비교·검증을 총괄한다. 블레이드 표면에 얼음이 쌓이거나 녹는 과정을 컴퓨터 시뮬레이션으로 재현하고, 착빙에 따른 발전 성능 변화를 예측하는 기술을 개발할 계획이다.

이를 위해 얼음이 쌓이면서 달라지는 블레이드 표면의 거칠기를 반영해 공기 흐름과 발전량 감소를 계산하는 모델을 구축한다. 블레이드를 가열했을 때 얼음이 녹거나 다시 어는 과정도 정밀하게 분석한다.

연구진은 풍력터빈의 운전 데이터와 기상·센서 정보를 결합한 물리 기반 인공지능(AI) 모델도 활용할 예정이다. 개발된 기술은 얼음이 형성되는 환경을 재현한 풍동시험과 실제 풍력단지의 운전 데이터를 통해 검증한다. 이후 베스타스의 공기역학·열역학 모델을 개선하는 데 활용할 계획이다.

컨소시엄은 연구가 성공적으로 완료되면 겨울철 풍력터빈의 연간 가동 중단 시간을 100~150시간 줄이고, 연간 순발전량을 2% 이상 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 결빙 관련 점검 시간도 15% 이상 단축하는 것이 목표다.

김태성 GIST 교수는 "풍력 연구 분야에서 국내 최초로 호라이즌 유럽 과제에 선정돼 매우 기쁘면서도 큰 책임감을 느낀다"며 "세계적인 연구기관 및 기업과 협력해 풍력발전기의 착빙 난제를 해결하고, 국내 풍력 산업의 경쟁력을 높이는 데 GIST가 핵심적인 역할을 하겠다"고 말했다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr