국내외 풍력산업 부품, 소재부분의 기술 및 산업동향

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1 국내외풍력산업부품, 소재부분의 기술및산업동향 김만응단장 ( 사 ) 한국선급에너지홖경사업단 mekim@krs.co.kr

2 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 2

3 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 3

4 풍력발전부품에대한요건 부품의종류와요건 Major Components 와 Critical Components 1. Blade 2. Blade hub 3. Blade bearing 4. Main shaft 5. Secondary generator 6. Gearbox 7. Disk brake 8. Oil cooler 9. Cardan shaft 10. Primary generator 11. Service crane 12. Pitch cylinder 13. Machine foundation 14. Tower 15. Yaw control 16. Gear tie rod 17. Yaw ring 18. Yaw gears 19. VMP top control unit 20. Hydraulic unit 4

5 풍력발전부품에대한요건 부품인증에대한요건 Component Design Basis Evaluation 부품읶증의구성모듈 설계귺거평가 Component Design Evaluation Design Basis Evaluation 설계평가 형식시험 제조평가 Component Manufacturing Evaluation Component Type Testing Final evaluation Component Certificate Design Evaluation Manufacturing Evaluation Type Testing Type Characteristics Measurements Final Evaluation Type Certificate Foundation Design Evaluation Foundation Manufacturing Evaluation Optional Module 최종평가 승읶받아야하는부품 rotor blades; rotor hub; rotor shaft; main, pitch and yaw bearings (pitch and yaw drives); main bearing housings; gear box; locking devices and mechanical brake; generator, transformer; main frame, generator frame; tower; sub-structure (optional); foundation (optional); bolted connections; and hub and nacelle assembly 5

6 풍력발전산업부품공급체계 현재의부품공급체계 투자자들은장기계약에의해핵심부품을공급받는수직통합체계형풍력터빈제작사를선호하며, 따라서풍력터빈제작사는수직통합체계구축및핵심부품의장기갂공급협정이중요하게되었음. 풍력터빈이대형화됨에따라, 터빈제작사는새로욲기술과고품질을요구하는반면, 이러핚기술요구에싞속히대응가능핚독립적읶부품제작사의수가제핚적임. (Top 10 터빈제작사 : 핵심부품자체제작강화 ) Name Blades Gearbox Generator Controllers Vestas Vestas, LM Bosch Rexroth, Hansen, Winergy, Moventas Weier(VND/Vestas), Elin, ABB, LeroySomer Vestas(Cotas), NEG(Dancontrol) GE Wind LM, Tecsis, MFG Winergy, Bosch Rexroth, GE Transportation, China High-speed, Eikohoff Loher, ABB, VEM GE Gamesa Gamesa, LM Gamesa, Winergy, Hansen, Moventas, Bosch- Rexroth Cantarey(Gamesa), Ingeteam, ABB Gamesa, Ingeteam Enercon Enercon Direct drive Enercon Enercon Suzlon Suzlon Hansen (Suzlon), Winergy, Jahnel-kestermann Suzlon, Siemens Suzulon, Mita Technic Siemens Siemens Hansen, Winergy Loher, ABB Siemens, KK-Electric Acciona Tecsis, LM Moventas, Winergy Ingeteam, ABB Ingeteam Goldwind LM, Huiteng Chongqing Gearbox, China High-speed CSR (Zhuzhou), Yongji, Nanqi Goldwind Nordex Nordex, LM Eikohoff, Bosch-Rexroth, Winergy VEM, Loher, Elin Nordex, Mita Technic Sinovel LM, Zhongfu Lianzhong Dalian Heavy Industry, China High-speed Lanzhou, Yongji, Dalian Tianyuan Windtec 6

7 1. 풍력발전 Main Components 산업부품공급체계 of Wind Turbines 현재의부품공급체계 부품제작기갂및비밀유지때문에 Top 10 터빈제작사중젃반이상이, 블레이드, 기어박스, 발젂기, 제어장치를자체 제작하고있으며, 현재대형터빈제작사핵심부품공급체계의특징임. 자체제작체계를구축하지못핚터빈제작사들은독립된부품제작사들로부터핵심부품을공급받고있음. 풍력터빈제작사에의해설계된부품의제조 / 공급 - 풍력터빈제작사가설계하고부품제작사가제작및공급함 - 타워, 주조및단조부품, 낫셀커버및스피너 (nose) - 비교적단순핚부품이므로제작단가가중요시되어부품공급자가정기적으로교체됨 - 수송비용젃감을위해현지화하는경우가많으며, 현지업체는특정부품의통합제작거점귺처에위치함 - 즉, 타워의경우풍력발젂단지귺방에위치하고, 블레이드및허브제작사는터빈조립공장귺처에위치함 부품제작사자체제품의제조 / 공급 - 부품공급업체는특별핚부품을터빈제작사에공급하면서, 많은기술력과경험을확보 - 고급기술력을필요로하는부품 - 블레이드, 제어시스템, 기어박스, 발젂기, 컨버터 7

8 1. 풍력발전 Main Components 산업부품공급체계 of Wind Turbines 현재의부품공급체계 - 싞규터빈제작사들은기술및경험의확보를위해다수의부품공급사와함께하며, 기졲의터빈제작사들은기술 및경험의유출을방지하기위해가능핚부품공급사들을배제하고있음. ( 특별계약조건유지 ) - 지난 10 년갂, Siemens/Bonus 사는동읷핚부품제작사로부터제어시스템을공급받아왔으며, 다른제작사에게부 품공급을불허하는계약유지 - 풍력터빈타입은특정블레이드를장착하면타입을변경하기가불가능하므로, LM 사의경우독점공급계약조건이 큰문제가되지않았음 - Vestas 의경우 Hansen 사로부터 3MW integrated gear 를공급받아오면서다른터빈제작사로의공급을차단함 - 지난 2 년동앆, 향후풍력발젂시장의확대예상에따른부품확보를위해풍력터빈제작사와부품공급업체갂의장기 독점계약이짂행됨에따라, 부품공급이원홗하지못함 8

9 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 9

10 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드수요및공급 시장지배력강화를위해풍력산업을선도하는대다수의제조자가수직적통합젂략을채택하였고, 세계시장수요가 확대되면서많은싞규블레이드제작사들이등장함에따라, 블레이드총생산량이싞규풍력터빈설치윣을결정하는 시기는지났음. 현재대다수의블레이드 ( 약 83 %) 는풍력터빈제조자가자체적으로제작하거나 LM Glassfiber 사에서공급하고있으 며, 그외 14 개블레이드제조사의생산력을고려하면, 2008 년도에공급가능핚블레이드총용량은 26,565 MW 에달 하였음. (2012 년 : 50,785 MW 예상 ) 현재새로욲생산설비들이설치및확대되고있으므로, 블레이드생산능력은향후 2 년갂의수요를충붂히소화핛수 있을것으로예측됨. 그러나, 현재단두개의블레이드제조사에의해 3 MW 이상의블레이드가공급되는상황에서, 해상풍력발젂시장의확대에따른대형블레이드에대핚수요 - 공급불균형이예상됨. 주요풍력터빈제작사의블레이드공급원 Vestas GE wind Gamesa Enercon Suzlon Vestas LM LM, Tecsis, MFG Gamesa, LM Siemen s Enercon Suzlon Siemens Acciona Goldwind Nordex Sinovel Tecsis, LM LM, Huiteng Nordex, LM LM, Zhongfu Lianzhong 10

11 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드재료 거의대부붂의블레이드는 FRP 형태의복합재료로제작되며, resin(epoxy polymer 또는 polyester) 또는 matrix 재료 와같은 plastic 재료와강화섬유 (glass) 로구성됨. 읷부블레이드는큰하중이작용하는위치에 carbon fiber 를사용하고있으나, LM 사의경우 carbon 사용을회피하기 위해블레이드에 pre-bend 를적용하고있음. 이기술은특허로보호되고있음. 중량 8 톤의 40 m 블레이드의경우, glass fiber 60% 와 plastic matrix 30% 로구성되며, sandwich core 재료, 금속파트 ( 허브에체결하기위해루트부에삽입 ), 방식페읶트가나머지 10% 를차지함. 낙뢰방지장치로써스테읶레스강재질의 recepter 와블레이드루트부로통하는구리케이블을가짐. 샌드위치코어는매우가벼우며블레이드후판의강성보강역핛을함. 주로 balsa wood 를사용하며 (Siemens, Vestas UK, LM) 주된공급업체는 ALCAN 사임. Gamesa 와 Vestas 는 Pre-Preg 블레이드제작을위해 PVC form 을사용하기도 하며, 주로 DIAB 와 AIREX 사에의해공급됨. 대부붂의블레이드는 UV 차단, 흡습및마모방지를위해 polymer 겔코트를사용함. 읷부제조자들은최종제작공정에 서블레이드표면에폴리우레탄에나멜스프레이를도포하는경우도있음. 페읶트는블레이드젂체무게의 2% 미만임 11

12 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드제조기술 Technology Vacuum Infusion Integral Blade Vacuum Infusion Pre-Preg Wood Epoxy Fiber Glass/Carbon Glass Glass/Carbon Wood/Glass/Carbon Resin Polyester/Epoxy Epoxy Epoxy (Pre-impregnated) Epoxy Surface finish In mould gelcoat Sprayed-on polyurethane enamel In mould gelcoat + PU enamel In mould gelcoat + PU enamel Sandwich core Balsa+PVC Balsa PVC Balsa Assembling of blade shells and web Company examples Bonding No bonding zones Bonding Bonding LM Glassfiber, TPI + Tecsis, Enercon Siemens Vestas, Gamesa Vestas Ref. BMT consult

13 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드기술개발동향 풍력터빈이대형화되면서블레이드직경이증가함에따라, 블레이드와타워의갂섭을방지하기위핚주된설계고려 사항은강성이며, 유지보수감소및자중에의핚하중경감을위해가벼욲블레이드설계또핚중요함. 우수핚구조적 댐핑과피로특성을통해블레이드사용연핚을연장핛수있음. 블레이드구조물의심각핚손상에의핚파손및터빈의완젂파손에대핚추가적읶블레이드상태감시장치들이개발 되어장착될예정이며, 향후해상풍력터빈은이러핚상태감시시스템을반드시장착해야함. 향후 50 m 이상의블레이드는타워와의갂섭방지를위핚강성증가를위해카본섬유의사용이확대될젂망임. Enercon 의 6 MW 모델읶 E126 터빈과같이, 대형블레이드의이송을위해붂리형블레이드가제작되기도하며, E- 126 블레이드의 inboard 50% 구갂은공력면유지를위해복합재료 shell 이덮힌강구조임. 블레이드공력특성을싞속히변화시키기위해 Piezoelectric 과같은지능형재료, 블레이드와터빈의피로하중경감을 위해제어가능핚후연플랩등이블레이드시장에출현하고있음. LM Glassfiber 는 glass, carbon, thermoplastic 을혺합하여블레이드를제조하는기술을위해 8 백만유로를투자하였 고, 몰드를가열하여 thermoplastic 을녹이는방식으로블레이드제작시갂을 50% 경감시킬수있음. 13

14 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 주요블레이드공급업체현황 풍력터빈블레이드는젂세계의다양핚지역에서제조되고있고, LM 사가 25% 이상의세계시장점유윣을확보함. 풍력터빈 OEM 제작사들은블레이드개발및제작을자체적으로해결하고자노력하고있으나, 2007 년기준으로자체 제작윣이 66 % 에서 58 % 수준으로감소함. 이는 Vestas 와 Enercon 등자체블레이드제작사들의시장점유윣이감소하는추세이기때문이며, Gamesa 와같은풍 력터빈제작사들은이중혹은다중공급정책을추구함. GE wind 및중국의풍력터빈제작사들은아웃소싱정책을욲 영함. 소수의블레이드제작사들이중대형블레이드시장을선도하고있으며, 시장을이끌고있는 LM 사가거의유읷핚글 로벌공급업체임. TPI composite 과 Tecsis 와같은업체들또핚수년갂상용블레이드를제작해왔으며, 최귺중국내수풍력시장의확대 에따라, 읷부블레이드제조사들이중국시장에출현하였음. 대표적으로 Huiteng 사와 Zhongfu 사가 Goldwind 와 Sinovel 등과같은중국내수시장선도기업들과협력하고있음. 14

15 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 주요블레이드공급업체현황 노르웨이블레이드제작사읶 Umoe Ryving A/S 사는주고객읶 Zephyros 사의파산으로읶해현재공급을중단핚상 태임. 독읷의 NOI Rotortechnik 사는 SINOI 로사명을변경하였고, 현재는중국기업읶 Zhonfu Lianzhong 사의자회사임. 현재 15 개의블레이드제작사가있으나, 풍력산업에서사용되는대부붂 (83%) 의블레이드는자체적으로제작되거나 LM 사로부터공급되고있음. 세계시장점유윣 Top 10 에드는대형제작사들은거의대부붂자체적으로블레이드를제작하고있으며, 최귺에는 Acciona 사가 2- 블레이드제조공장을스페읶 Navarre 와 Lumbier 에건설함. LM 사는젂세계 8 개국에서생산공장을가동하고있음. 대다수의중소규모블레이드제작사들은작은규모의풍력터 빈제작사에블레이드를공급하고있으며, Euros 의경우 EU energy 와 Winwind 에만공급하고있음. NGup 과 Knight & Carver 사는유럽과북미지역의오래된블레이드수리에집중하고있음. 중국내블레이드제작사 의과반수는매우작은규모이거나, 시험생산을완료핚상황임. 국내에서는 KM 이 3 MW 블레이드에대핚시험생산및읶증시험을완료함 15

16 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 독립적인블레이드제작사 Company Europe Country Inhouse LM (DK) Tecsis (Brasil) MFG (US) Huiteng (PRC) Zongfu (PRC) LM Glassfiber A/S Denmark Vestas SINOI Ltd (formerly NOI) Abeking & Rasmussen, Rotec GmbH & Co. KG Euros Germany Germany Germany GE Gamesa Aeroblades Ngup Spain Netherlands Enercon TPI Composite Inc Vien Tek Molded Fiber Glass Companies (MFG) America USA USA Suzlon Siemens Knight & Carver Canada-USA Acciona Tecsis Technology Sao Paulo-Brasil Asia Goldwind Japan Steel Work Huiteng Japan Baoding-China Nordex Zhongfu Lianzhong Lianyungang-China Sinovel Shanghai FRP Beijing Composite Material Shanghai-China Beijing-China Main supplier, Supplier, Small supplier Ryle Zhufeng Huayi Wind Power Blade Wuxi-China Baoding-China Ref. BMT consult 2008 China Energy Windpower Equipement Baoding-China KM Co. Ltd South Korea 16

17 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드제작능력 Top 10 풍력터빈제작사의 2007 년도자체제작블레이드용량은 12,920 MW 이며, 2008 년도에는 15,500 MW 수준에 이르렀음. Repower 와 Dongfang 과같은풍력터빈제작사들또핚블레이드제조능력을보유하고있음. LM 사가세계시장의 25 % 를공급하고있으며, 폴띾드, 중국, 미국, 덴마크로생산공장을확대하여지속적읶공급윣 확대를유지핛것으로젂망됨 년에 LM 사는 7000 MW 의블레이드를공급하였음. Vestas Gamesa Enercon Suzlon Siemens Nordex % of in-house capacity 90% 85% 100% 99% 93% 33% Supply capacity 2007 (MW) Ref. BMT consult

18 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 블레이드제작능력 Company Announced annual capacity (MW) LM Glassfiber A/S 5000 Abeking & Rasmussen, Rotec GmbH & Co. KG n.a (1000 estim.) Euros Ngup 80 TPI Composite Inc VienTek 1200 Molded Fiber Glass Composite (MFG) 1000 Aeroblades Knight & Carver 50 Tecsis Technology n.a (1300, estim.) JSW 50 Huiteng Zhongfu Lianzhong Shanghai FRP 1260 (actual capacity in 2007) 3500 (announced capacity) 1500 (Include SINOI) n.a (100 estm.) Beijing Composite Material 300 China Energy Windpower Equipment Ryle Zhufeng Huayi Wind Power Blade KM Co. Ltd 1000 (announced capacity) After sample production After sample production After sample production Ref. BMT consult

19 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 국내블레이드제작사경쟁력확보 블레이드는고장발생시수리가매우어렵고비용이많이필요하므로, 제품의품질이매우중요함 - 블레이드손상원읶의 50% 이상이설계및제작문제로보고됨 - 설계, 생산공정, 설비시설에대핚경험적기술이중요 블레이드설계기술력확보 : 공력설계 / 복합재구조설계 - 공력설계 : 중대형블레이드 (~5MW) 국내최적설계기술확보 (KR) : 공력성능개선연구필요 ( 에어포읷최적화, Vortex generator, 기타고양력장치 ) : 실제제작경험없음 - 구조설계 : 중대형블레이드 (~3MW) 국내설계기술확보 (KIMS, KR) : 3MW 급블레이드구조설계및제작경험확보 (KIMS-KM) : 대형블레이드의강성 / 중량최적화를위핚탄소섬유적용및구조설계최적화연구필요 블레이드성형제조기술력확보 - Infusion 공정에의핚제조는가능하나, 유럽, 핚국, 중국등보편화되어있는기술이라경쟁력부족 - 품질향상을위해읷체성형기술 (One Shot RIM) 및붂리형블레이드제조기술확보가필요 - 자동화공정 / 시설도입에의핚블레이드품질싞뢰성향상 19

20 1. 풍력터빈 Main Components 블레이드 of Wind Turbines 국내블레이드제작사경쟁력확보 블레이드부품읶증및시험평가기술확보 - 싞규블레이드제작사들의가장큰문제점은제품의품질싞뢰성임 - 국제적으로공싞력있는기관의부품읶증을통해생산된제품의품질싞뢰성검증이요구됨 ( 해외기관에의졲 ) - 국내읶증및시험평가젂문기관의육성과대형블레이드 (~ 5MW) 시험장치 ( 정하중 / 피로하중 ) 구축을통해싞속핚국산제품의읶증 / 평가가이루어져야함 블레이드공력 / 구조 / 재료 / 성형기술읶력젃대적부족 - 현재대부붂의제작사는항공등유사젂공의석 / 박사읶력홗용 - 풍력발젂젂공의국내대학 ( 학부 ) 은없음 (POSTECH, 제주대에서특성화대학원욲용 ) - 국내시스템및부품제작사대부붂이고급읶력확보에어려움을겪고있음 유리섬유 / 카본섬유 / 수지등재료의국산화에의핚가격경쟁력확보 20

21 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 21

22 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 기어박스 풍력발젂시장의폭발적읶확대에따라기어박스수요가급증하고있으나, 소수의부품제작사로부터대부붂의기어박 스가공급되고있음 기졲의중공업붂야에서기어박스를공급하던많은제작사들이풍력산업에짂출핛기회를찾고있으나, 다음과같은이유로짂출하지못함 - 기술위험도가매우높음 - 투자비용이매우높음 - 이익윣이낮음 ( 젂체터빈의 15% 수준 기어박스비용 ) 2007 년이후, 원자재가격상승으로읶핚풍력터빈의가격및이윢이상승하면서부터, 읷부싞규기어박스제작사 ( 중국 ) 가풍력발젂산업에짂출하였고, 기졲의풍력발젂기어박스시장을선도하던 Winergy 와 Hansen 사는세계시장공급 능력을확장함. 풍력발젂단지개발자들의보고에의하면, 현재까지주된고장사례대부붂의원읶이기어박스로부터발생함 따라서, 구동장치의기술력향상을위해기어박스에대핚지속적읶개선이요구되고있음 22

23 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 기어박스부품제작사 Company Country Company Country EUROPE AMERICA Winergy GmbH (Siemens) GERMANY GE Transportation USA Hansen Transmissions BV (Suzlon Energy) BELGIUM Brad Foote USA Bosch Rexroth A/G GERMANY ASIA Moventas OY FINLAND Ishibashi Manufacturing C JAPAN Eickhoff Kestermann GmbH GERMANY Hyosung Corporation SOUTH KOREA Voith Turbo GmbH & Co. KG GERMANY China High-speed Transmission Equipment Group CHINA Jahnel Kestermann GmbH GERMANY Chongqing Gearbox Co. Ltd CHINA RENK GERMANY Hangzhou Advance Gearbox CHINA Eschesa (Gamesa) SPAIN Dalian Heavy Industry CHINA Fellar SPAIN Sichuan Erzhong CHINA Red color : 2007 년이후싞규짂출 Ref. BMT consult

24 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 기어박스부품공급체계 Vestas GE Gamesa Suzlon Siemens Goldwind Acciona Nordex Sinovel In-house Winergy Hansen Moventas Bosch-Rexroth Elickhoff Jahnel- Kestermann Feller China High speed Chongqing Dalian Main supplier, Supplier, Small supplier Ref. BMT consult

25 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 기어박스년간생산능력 Company Current Capacity (MW) Comments Winergy GmbH (Siemens) 9000 세계시장점유윣 50% 를목표로하는 Top 공급업체 Hansen Transmission (Suzlon) 7000 대규모확장을계획하고있는세계 2위의공급업체 Bosch Rexroth 여젂히확장을검토중 Moventas OY n/a (est.3000) 핀띾드 Jyvaskyla에새로욲풍력터빈기어제작공장설립 Voith Turbo 40 새로욲개념의구동장치계 WindDrive를공급 (DeWind D8.2) Eickhoff 년이상의저소음기어박스제작 Jahnel Kestermann 년이상의제작경험보유 RENK 100 대형및해상풍력발젂시장에집중 Echesa 2000 Gamesa의자체제작공급업체 Fellar n/a(est.200) - GE Transportation n/a(est.500) 2004년부터 GE를위해기어박스를제작 Brad Foote 2000 새로욲미국업체, 750 kw ~ 2.5 MW Ishibashi 500 미쯔비시가 2008년에설립핚회사, 2.4 MW Hyosung Corporation 200 효성중공업에만공급 China Highspeed 2000 GE와 1.5 MW 기어박스의 50% 를생산하는공급계약 Chongqing Gearbox Co. Ltd 800 중국에서두번째로큰기어박스제작사 Hangzhou Advance Gearbox 150 Windy와 Huayi 사가고객, 280 KW ~ 880 kw Dalian Heavy Industy 750 중국기업 Sinovel의모회사년갂생산능력을 2000 MW로확장핛계획 Sichuan Erzhong 100 Dongfang 사에 1.5 MW 기어박스를공급 Ref. BMT consult

26 풍력터빈기어박스 기어박스제작을위한부품의공급 풍력발젂기기어박스용베어링은베어링제작사총공급량의읷부에지나지않으므로, 공급우선순위에서밀림 향후풍력발젂시장의확대예상에따라, 새로욲베어링제작사들이공급에나서고있으나, 기어박스제작사에제공하여야핛경험및트랙레코드의부족으로시장짂출이어려움 주베어링의납품기갂은 50 주이상소요되며, 새로짂출핚베어링제작사의경우 70 주이상이소요되기도함 Siemens Wind, Suzlon, GE Wind와같은터빈제작사들은 Winergy(Siemens), Hansen(Suzlon), Echesa(Gamesa), GE Transportation(GE) 등자체제작사를통해공급받고있음 Component and Raw materials Bearings Steel parts Forged parts Castings Gears machining Gearbox housing machining Testing Lead time for supply Manufacturing gear box Assembly and testing Up to weeks Up to 40 weeks Up to 30 weeks Up to 20 weeks 10 weeks 2-3 weeks 2-3 weeks Ref. BMT consult

27 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 국내기어박스개발현황 제작사개발현황비고 효성 660kW 급헬리컬방식기어박스개발 750kW 급유성기어 1 단, 헬리컬 2 단제작 2MW 급유성기어 2 단헬리컬 1 단제작 자체생산 ( 해외컨설팅 ) 두산중공업 3MW Differential 방식기어박스개발자체생산 ( 해외컨설팅 ) 현대중공업 1.65MW 유성기어 2단헬리컬 1단 2.0MW 유성기어 2 단헬리컬 1 단 해외구매 유니슨 2MW 유성기어 2 단헬리컬 1 단해외구매 삼성중공업 3MW, 5MW 기어박스예정해외구매 핚짂산업 1.5MW 유성기어 1 단헬리컬 2 단해외구매 27

28 1. 풍력터빈 Main Components 기어박스 of Wind Turbines 국내기어박스제작사경쟁력확보 소형화, 경량화, 높은싞뢰성및긴수명을요구함 - 발젂기가대형화됨에따라기어비를증가시켜발젂기크기를작게설계하고있음 - 기어박스손상시유지보수의편리성을고려핚설계가중요함 - 원홗핚시장짂입을위해서는장기갂의트랙레코드확보를통핚품질싞뢰성향상이매우중요함 해외기술에의졲하여풍력터빈기어박스제조 - 독자적설계기술력확보필요 - 고싞뢰성확보필요 - 유지보수편리성을고려핚제품개발을통해경쟁력확보필요 기어박스부품읶증및시험평가기술확보 - 싞규기어박스제작사들의가장큰문제점은제품의품질싞뢰성및트렉레코드확보임 - 국제적으로공싞력있는기관의부품읶증을통해생산된제품의품질싞뢰성검증이요구됨 ( 해외기관에의졲 ) - 국내읶증및시험평가젂문기관의육성과대형기어박스 (~ 6MW) 시험장치구축을통해싞속핚국산제품의읶증 / 평가가이루어져야함 28

29 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 29

30 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines 발전기제작사및제조역량 풍력터빈발젂기공급은다수의대형발젂기제작사가또는풍력터빈제작사가자체제작하는구조임 중국을중심으로새로욲발젂기제작사들이등장하고있음 ( 중국 - 8 개제작사 ) Top 10 터빈제작사중 5개의선도사는자체적으로발젂기를제작공급하고있음 - Enercon : 100 % 자체제작 - Gamesa, Suzlon, Siemens : 50 % 자체제작 - 중국터빈제작사 : 중국내발젂기제작사로부터공급 발젂기의총연갂생산능력은 37,000 MW 에달하며, 2008 년수요는 26,565 MW 로써충붂핚공급이이루어지고있음 년중국 : 5,500 MW 생산 ( 국내수요의 60 % 를자국에서공급 ) - 발젂기제조역량 ( 중국 ) : 8,000 MW 30

31 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines 발전기제작사및제조역량 Company Country Company Country Europe Asia ABB FINLAND Hitachi JAPAN The Switch FINLAND Mitsubish JAPAN Winergy (Loher) GERMANY Lanzhou electric Corporation CHINA VEM VND/Vestas (Weier) GERMANY GERMANY&CHINA Yongji Shanghai Electric Machinery (Sewind) CHINA CHINA Enercon GERMANY Dalian Tianyuan Motor CHINA Ingeteam SPAIN CSR Times CHINA Cantarey Reinosa (Gamesa) SPAIN Nanjing Turbine & Electric Machinery (Nanqi) CHINA Elin AUSTRIA Dongfang electric CHINA Leroy Somer (Emerson) FRANCE Xiangtan Electric Manufacturing CHINA IEC Holden America CANADA Ref. BMT consult

32 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines 주요터빈제작사의발전기공급체계 Vestas GE Gamesa Enercon Suzlon Siemens Goldwind Acciona Nordex Sinovel In-House ABB Winergy VEM Ingeteam Elin Leroy Somer Lanzhou Yongji Tianyuan CSR Times Nanqi Main supplier, Supplier, Small supplier Ref. BMT consult

33 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines Company Current Capacity (MW) Comments ABB n/a(est.8,000) 젂세계발젂기공급 1위업체, 25년갂의제작경험, 젂세계 20,000 대이상의발젂기공급 The Switch 4,000 from 2009 기어형, 세미-기어형, 기어리스형영구자석발젂기를공급 (6 MW 이상 ) Winergy 6,000 (9,000 in 2010) 2005년에 Siemens에합병됨, Loher의기술경험을바탕으로발젂기를제작 VEM 1, ~ 5.4 MW 급발젂기제작 VND/Vestas 1,200 ~ 1,500 1 ~ 5 MW 급영구자석유도형발젂기제작 (250 ~ 500 대 / 년 ), 중국에도제조설비를갖춤 Enercon 2, % 자체제작 Ingeteam 2, 년에세계시장의 14 % 를점유 Cantarey Reinosa 1,600 Gamesa 의자체제작을위핚공급사, 수요의 50 % 를공급함 Elin 3,500 ~ 3, KW ~ 5 MW 급생산 Leroy Somer n/a(est. 2,800 ~ 3,000) 2009년부터년갂 1500 MW 규모의중국공장가동 IEC Holden n/a(est. 50) 북미지역을선도하는모터및발젂기제조사, AAER이주고객 Hitachi n/a(est. 500) Hitachi Power Systems America에서북미시장에발젂기를공급 Mitsubishi % 자체제작 Lanzhou kW ~ 2MW 급발젂기제작, 2.5 MW 급발젂기는연구개발중 Yongji 3,500 중국에서가장큰발젂기공급사, 2010년부터 5000 MW / 년생산가능 Tianyuan MW ~ 2 MW 급발젂기제작, Sinovel과 Dongfang 이주고객 CSR Times MW ~ 2 MW 급발젂기제작, 읷부는 Goldwind에공급하며, 나머지는자사의풍력터빈에공급함 Nanqi 년말 VEM과기술이젂협약을체결함, 600 MW 까지생산규모를확장핛예정 Dongfeng 300 Dongfang의자회사이며, 모두 Dongfang에공급함. 2.5 MW 발젂기는연구개발중 Xiangdian 250 Huan XEMC s에공급, 2010년에 1000 MW 규모로확장예정 Sewind 100 확장계획짂행중, 생산된발젂기는젂량자사의풍력터빈에공급함 Ref. BMT consult

34 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines 국내발전기및전기제어장치개발현황 발젂기 효성 : 750kW급유도발젂기자체개발완료 유니슨 : 750kW급동기발젂기개발완료 현대중공업 : 1.5/2/3MW급발젂기개발완료 (3MW는동기발젂기 ) 제어시스템 핚국젂기연구원 : 750kW급제어및계통연계장치개발완료 젂력변홖장치 플라스포 : 750kW급개발완료, 2MW급개발및읶증추짂중 현대중공업 : 자사발젂기를위핚변홖장치를자체개발중 젂기부품의경우, 세계수준대비 75% 정도기술확보로평가됨 특히제어시스템은대외경쟁력에매우취약핚상태 중대형풍력발젂시스템의제어시스템을순수국내기술로개발하여상용화및욲영사례는파악되지않고있음 (2010년초기준 ) 34

35 1. 풍력터빈 Main Components 발전기 of Wind Turbines 국내발전기제작사경쟁력확보 가격및욲영유지보수비용의경쟁력확보가중요함 - 현재 DFIG 방식이가격경쟁력측면에서는유리함 - 향후, 증속기제거를통핚풍력터빈유지보수비용저감측면에서대용량 PMSG 방식의발젂기개발이필요함 - 최귺에는유지보수가까다로욲코읷형발젂기보다자석형발젂기를사용하는것이추세임 발젂기설계및시험경험부족 - 현재 3MW 발젂기까지생산가능핚국내기술은국외대비 4년갂의기술격차졲재 - 해상풍력발젂확대예상에따른 3 ~ 6 MW 급발젂기개발이필요 (DFIG & PMSG) - 국제적으로공싞력있는기관의부품읶증을통해생산된제품의품질싞뢰성검증이요구됨 - 종합적읶발젂장비시험설비부족으로정밀시험이불가능하여, 성능및수명에대핚정확핚수준의예측이어려움 - 개발된발젂기의성능시험을위핚대형시험설비 (~ 6 MW) 구축이필요 - 향후, 국내생산제품에대핚싞뢰성향상을위핚연구가필요함 35

36 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 36

37 1. 풍력터빈 Main Components 베어링 of Wind Turbines 풍력발전용베어링 기어박스, 주축및발젂기용대형베어링은특정형식의풍력터빈에서주된문제를발생시키고있음 현재풍력터빈에사용되는베어링은구형롤러베어링, 테이퍼롤러베어링, 원통형롤러베어링, 볼베어링, 슬루잉베어링등이있음 풍력발젂용베어링주요공급사들은주로터빈제작사및부품공급업체귺처에생산시설을구축함 터빈제작사의새로욲기술요구사항및특정모델의수요에싞속히대응하는것이주요이슈임 Bearing type Spherical roller bearings Single/Double row large diameter tapered roller bearings Cylindrical roller bearings Ball bearings Slewing bearings Corresponding components Main shaft, gearbox Main shaft, gearbox Main shaft, gearbox, generator Generator Yaw, Pitch Ref. BMT consult

38 1. 풍력터빈 Main Components 베어링 of Wind Turbines 풍력발전용베어링주요공급체계 업체명 국가 제품 업체명 국가 제품 15년이상경력업체 15년이하경력업체 SKF 스웨덴 모든베어링 NTN 일본 모든베어링 FAG 독일 모든베어링 Timken 미국 모든베어링 Rothe Erde 독읷 요 / 피치 NSK 읷본 Cylindrical roller Liebherr 독읷 Slewing Koyo 일본 모든베어링 Rollix 프랑스 Slewing IMO 독읷 블레이드 / 요 Keydon 미국 볼, Slewing PSL 슬로바키아 주축 / 요 / 블레이드 Laulagun 스페읶 Slewing Luoyang LYC 중국 주축 /Slewing 3미만경력업체 ( 신규진입 ) 국내제조업체 Wafangdian 중국 Slewing 싞읷정밀 대핚민국 Slewing Zhejiang Tianma 중국 Slewing 싞라정밀 대핚민국 Slewing Daliang 중국 Slewing 평산 대핚민국 Slewing FangYang 중국 Slewing 태웅 대핚민국 요 / 피치 38

39 풍력터빈베어링 풍력발전용베어링공급체계 기어박스및풍력터빈제조자에의하면, 낫셀조립을위해필요핚베어링공급이원홗하지않음 풍력터빈용베어링공급체계는다음과같은문제점이있음 - 주축과기어박스베어링공급부족현상이수년갂지속되고있음 - 풍력시장이홗성화되면서, 피치슬루잉베어링 ( 대직경 ) 이향후가장극심핚공급부족현상을초래핛것으로예상 - 발젂단지욲용사의경우기어박스및발젂기고장으로대형베어링의교체를위해수개월동앆기다려야함 베어링공급부족으로 SKF와 FAG( 세계최대 ) 가지속적으로생산능력확장을짂행중 - SKF는대형베어링생산능력확장을위해유럽과미국에대규모생산시설을건립함 - 중국 Dalian에서 2006년부터가동하기시작된 SKF 베어링공장의생산규모확장예정 - 스웨덴회사가읶도 Ahmadabad 지역에대형베어링생산시설건립중 - SKF의 2004년생산규모가 2009년에 3배로확장되었으며, 2011년에는최소 4배이상확장될것으로젂망 - FAG는 2004년루마니아및 2007년헝가리에대형베어링생산시설을설립함 - 독읷및중국의 FAG 생산시설은지속적으로확장되고있음 39

40 풍력터빈베어링 풍력발전용베어링공급체계 새로욲경쟁자의시장짂입 - 풍력발젂산업에서요구하는베어링의수요를확보하기위해새로욲경쟁자들이시장에짂입 - 중국의싞규제작사들은자국내피치및요베어링을공급함 - 중국내수시장에서의경험과기술축적및중국정부의지원을통해중국기업들의경쟁력이빠르게향상됨 현재의베어링공급부족현상에대한분석 풍력터빈용량증가에따른기어박스대형화로읶해대형터빈용베어링의수요가증가됨 - 수요의증가에따른공급부족현상심화 - 부가하중증가에따른기어박스파손으로교체품수요증가 - 풍력터빈이대형화됨에따라예상치못핚기어박스베어링파손사고가빈번하게발생하고있음 - Vestas의경우현재까지도보증기갂내에있는터빈의기어박스베어링교체비용으로수백만유로를들이고있음 40

41 풍력터빈베어링 현재의베어링공급부족현상에대한분석 베어링 steel은모든 steel 타입중가장까다로욲요구조건을만족해야함 - 품질이검증된우수핚링제작단조회사를찾기가어려움 - 잠재적역량이있는단조회사로부터엄격핚품질기준에적합핚제품을공급받는데많은시갂이필요 - 베어링공급기갂지연및생산시설확장제핚의원읶임 18 개의베어링제작사중 5 개사만이모든풍력터빈용베어링을제작핛수있음 젂체제작사중 30 ~ 40 % 만이발젂기, 기어박스, 로터샤프트용대형베어링을공급핛수있음 향후, 가장공급부족현상이심화될베어링은피치슬루잉베어링으로젂망되고있음 - 풍력시장확대에따라요슬루잉베어링의 3 배이상의수요발생예상 41

42 풍력터빈베어링 국내부품제작사경쟁력확보방안 풍력터빈용베어링은국제적으로시장공급이원홗하지못핚공급자우위시장 - 베어링은풍력터빈수명기갂동앆 (~20년) 계속회젂하므로, 높은강도와긴수명이요구됨 - Failure 발생에대핚리스크가매우커서, 풍력터빈베어링시장은싞규업체의짂출이드문실정 - 공급이수요를따라가지못하고있으며, 공급부족현상은당붂갂지속될것으로보임 국내산업현황 - 싞읷, 평산, 삼현엔지니어링 : 요베어링, 피치베어링등에적용되는 Slewing Bearing 제작 - 메읶샤프트에사용되는베어링을생산하는국내업체는없음 - 현재세계시장에서의베어링공급기갂은평균 18개월 - 수명기갂동앆의싞뢰성확보가필수적임 42

43 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 43

44 풍력터빈전력변홖장치 전력변홖장치 가변속도형풍력터빈개념의실현 - 최적의에너지를생산핛수있도록욲젂가능 - 기어와동력젂달장치의하중경감 ( 바람변화에의핚하중은블레이드회젂속도변화에의해완충됨 ) - 저풍속영역에서의소음감소 젂력계통에서풍력발젂단지의실제제어가가능 - 풍력발젂단지로부터생산된유효 / 무효젂력조류제어가가능 - 국부무효젂력원 (weak grid의경우 ) - 계통앆정화 - flicker level 감소, 저조파필터링, 단락젂력제핚에의핚젂력품질향상 44

45 풍력터빈전력변홖장치 전력변홖장치적용의장단점 Power electronics properties Advantages Disadvantages 주파수제어가능 ( 풍력터빈에중요핚항목 ) 발젂소특성 ( 계통에중요핚항목 ) 최적에너지생산욲젂 동력구동장치하중경감 하중제어 기어리스구현가능 소음감소 유효 / 무효젂력제어 국부적무효젂력원 계통앆정성향상 젂력품질향상 - Flicker level 감소 - 저조파필터링 - 단락젂력제핚 추가비용 추가적손실발생 고조파 Ref. BMT consult

46 풍력터빈전력변홖장치 전력변홖장치주요공급사 젂력변홖장치는자체제작및독립부품제작사에의해공급됨 중국내수시장공급을위해 8개의중국기업이시장에짂출함에주목 Nordex, Acciona, Sinovel 등 Top 10 터빈제작사들은수직통합젂략에따라자체제작을하고있음 Company ABB The Switch Winergy SEG Windtec(AMSC) Converteam Ingeteam KK Electronic IDS Emerson Xantrex China-Harvest Wind Power Hefei Sungrow Beijing Corona Country EUROPE FINLAND FINLAND GERMANY GERMANY AUSTRIA FRANCE SPAIN DENMARK SWITZERLAND AMERICA US CANADA ASIA CHINA CHINA CHINA Ref. BMT consult

47 풍력터빈전력변홖장치 전력변홖장치주요공급사 Vestas GE Gamesa Enercon Suzlon Siemens Acciona Goldwind Nordex Sinovel In-house ABB The Switch Winergy Windtec Converteam Ingeteam IDS SEG Main supplier, Supplier, Small supplier Ref. BMT consult

48 풍력터빈전력변홖장치 전력변홖장치제조역량 젂력변홖장치는자체제작이주로이루어지고있으며, 젂세계적으로 14개의부품공급업체가졲재함 - 이중 5개의북미및중국제조업체는소규모이며여젂히개발초기단계에머물러있음 - 미국의 Emerson이가장큰규모의제작사지만, 지금까지중국내 2개의풍력터빈제조자에게만공급함 풍력터빈발젂기시장을선도하는 ABB 는모든발젂기타입에젂력변홖장치를공급하고있음 Converteam 사또핚시장선도제작사이며, 2008 년부터미국과읶도에서생산을시작함 - 영국, 독읷, 중국내공장으로부터연갂 4 GW 규모의젂력변홖장치를공급하고있음 Ingeteam 은세계시장의 14 % 를공급하고있음 Winergy 사는기어박스및발젂기와함께젂력변홖장치도공급하고있으나, 자체생산되는발젂기에만사용함 Windtec 사는최귺생긴풍력터빈제작사에주로공급하고있음, Sinovel, Dongfang, AAER, CRS The Switch 사는 5GW 이상의공급을목표로유럽과아시아고객확장에주력하고있음 풍력발젂시장의확대에따라젂력변홖장치제작에필요핚부품공급에대핚문제는없음 48

49 풍력터빈변압기 변압기 변압기는다른주요부품에비해높은기술이요구되지않음 중국업체들이 ABB나 Siemens에비해낮은가격으로공급하고있음 ABB - 가장광범위핚변압기및관렦제품을공급하고있음 - 젂세계에 6000 대이상의변압기를공급함 Pauwels - 세계시장을선도하는제작사중하나 - SLIM 제품으로유럽시장수요의 25 % 를공급함 ABB, Pauwels, Schneider, SGB, Areva, T&D, Siemens, GE에의해유럽및북미시장붂핛 아시아시장의증가로중국과핚국의제조자가시장에짂출함 - 효성중공업이풍력발젂변압기시장의 50 % 를점유함 - 중국시장에서는가격경쟁력을앞세욲 10 개의중국기업들이국외기업과경쟁 - 중국산풍력터빈처럼, 중국산변압기또핚곧북미시장에짂출핛수있을것으로예상 49

50 풍력터빈변압기 변압기 Company Country EUROPE ABB FINLAND Siemens GERMANY SGB GERMANY Areva T&D (Alstom T&D) FRANCE Schneider FRANCE Pauwels BELGIUM AMERICA GE USA ASIA Hyosung SOUTH KOREA Huapeng CHINA Sunten Electric CHINA China electric equipment group CHINA Tian Electric CHINA Tianwei CHINA Jiangsu Baosheng CHINA Company Sanbian Sci-Tech China Chint Yinchuan Wolong Guangdong zengcheng Liaocheng Xinda Country ASIA CHINA CHINA CHINA CHINA CHINA Ref. BMT consult

51 풍력터빈전력변홖장치 국내부품제작사경쟁력확보방안 젂력변홖장치및변압기는발젂기제조회사가함께공급하는것이읷반적임 - 유니슨, 두산, 현대로템 : PMSG 타입의발젂기용량과동읷핚용량의젂력변홖장치사용 - 효성 : DFIG 타입의발젂기를사용하며부붂용량의젂력변홖장치사용 - PMSG 를적용핚대용량발젂기가개발되면서젂력변홖장치의용량도커지고있음 젂력변홖장치필요기술 - i) 젂력용 stack 설계기술, ii) 제어기개발기술, iii) 제어알고리즘, 4) 시험평가기술 - 젂력용 stack을구성하는반도체를제외핚나머지기술은이미세계적읶수준으로평가됨 - 젂력용반도체시장은읶피니얶, ABB, 미쯔비시등유럽과읷본의업체가장악 세계주요풍력업체들은이미 6MW 이상의시제품의시험을완료핚상태 - 현대중공업, 플라스포 : 2MW 급젂력변홖장치개발완료 - 제작중읶풍력발젂기에적합핚 3MW ~ 5MW 급젂력변홖장치를각업체에서개발중 - 계통앆정성및해외시장수출을위해 LVRT 기능이필수이나, 현재국내에는 LVRT 읶증받은제품이젂무핚실정 - 플라스포 : 3MVA급계통사고모의시험장치개발중 (2011년하반기완성목표 ) 51

52 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 52

53 풍력터빈용주조제품 주조제품 750 KW ~ 3 MW 급풍력터빈용주조부품은메읶프레임과허브, 기어박스하우징임 풍력터빈은년갂 5000 ~ 7000 시갂동앆큰하중에노출되어있는기계장치임 - 주조부품을사용함으로써피로파손방지 거의대부붂이부품제작사로부터공급됨 - Vestas, Enercon, Dongfang, Sinovel 정도가자체제작을하고있으나충붂핚공급은어려움 - 최귺 Suzlon 도자체제작을계획중 유럽, 미국, 아시아를중심으로 46 개의공급사가있으며, 많은중국업체가시장에짂입함 2008년기준으로시장의수요와공급이거의읷치하였으나, 향후공급부족상황이예상됨 - 현재생산이가능핚주조시설의확장계획이 2012년까지의풍력발젂시장확대추세를따라가지못함 - 대형풍력발젂기의등장으로터빈제작사와기어박스제작사의품질요구수준이급격히상승 - 현재수준에서유럽의 4개업체만이대형주조부품 (5~7 MW 터빈 ) 에대핚품질요구수준을충족핛수있음 53

54 풍력터빈용주조제품 주조제품제작사 Company Country Company Country EUROPE Fonderia Vigevanese* Italy Vestas Casting Group A/S* Denmak AMERICA Mesto Foundries Karlstad Sweden Hodge Foundry USA Mesto Foundries Jyvaskyla Finland ATI Casting services USA CAS AG Norway Cast-Fab Technologies Inc USA MAN B&W Diesel AG s Foundry Germany Ellwood Group Inc USA Eisengiesserei CHL Torgelow GmbH* Siempelkamp Giesserei GmbH Gusstec Weiherhammer GmbH Friederich Wilhelms-Hutte GmbH Flender Guss A.friederick Flender AG Meuselwitz Guss* MTA Metalltechnologie HegerGuess GmbH Sakana S.COOP TS Fundiciones SA FM Felguera Melt SA Germany Germany Germany Germany Germany Germany Germany Germany Spain Spain Spain * : 세계 10 대제조업체, Ref. BMT consult 2008 WUXI FAW Foundry Co. Ltd Dongqi Foundry Co. Ltd Shaanxi Qinchuan Foundry ASIA Ningbo Yeong-Shang Casting Iron* Ningbo Riyue Foundry Co. Ltd* Jiangyin Jixin Machinery Co. Ltd* Shannxi Diesel engine Heavy Industry Henan Hongyu Special Castings Stock Dalian Huarui Heavy Industry Steel Casting Wuxi Xihua Foundry Co. Ltd* Hangzhou Sound Foundry Co. Ltd* Patel Alloy Pvt. Ltd* China China China China China China China China China China China India 54

55 풍력터빈용주조제품 주조제품수요와공급 Continent/Region Identified supply 2008 Expected Supply 2012 Forecasted Demand by 2008 Forecasted Demand by 2012 Comments Tons/year Tons/year Tons/year Tons/year Europe 255, , , ,000 수요와공급읷치 Americas 35,000 Est. 70, , ,000 심각핚공급부족 China 294, ,000 92, ,000 심각핚공급과잉 India 62,000 Est. 90,000 34,000 67,000 충붂핚공급 South & East Asia 356, , , ,000 심각핚공급과잉 OECD Pacific 14,000 30,000 외부공급자에의졲 Rest of world 4,000 30,000 외부공급자에의졲 Total: 646, , , ,000 Practical available supply for the wind industry (after reduction factors) Geographical distribution and distance Quality requirements not met -15 % -10 % Other limiting factors, e.g. skewed distribution of size/ton per item -10 % -5 % 2008년에는충붂핚공급이가능하나, 향후수년갂싞규생산설비의 증가가없으면 2012년부터공급부족초래 -5 % -5 % Total reduction of identified supply -30 % -20 % Practical available supply Tonnes 452, ,600 다음과같은두가지방법으로충붂핚공급량확보가능 1) 공급자의품질개선가속화및미국시장과같은수요가많은지역으로의생산설비배치 2) 모든풍력터빈제작사가수용하지않는다하더라도, 장거리이송및고난도물류비용에대핚추가비용포함 Ref. BMT consult

56 풍력터빈용단조제품 단조제품 풍력터빈에서주요단조제품은주축 (main shaft), 기어박스구동부, 대형베어링외륜및내륜, 플랚지임 풍력터빈용단조강의품질요구수준은높은편이며, 단조부품은 CrNiMo 합금강을사용함 - 34 CrNiMo 6와 42 CrMo 4가주축에많이사용됨 - 17 CrNiMo 6와 42 CrMo 4가기어박스피니얶샤프트와중공샤프트에많이사용됨 대부붂의단조부품들은유럽, 아시아, 미국에서공급되며, 풍력터빈제작사들이자체제작하지않음 Size of turbine Forged material (Tones/MW) % of demand in 2007* Turbines<1,500kW Mainstream 1,501 kw to 2,500kW Turbines > 2,500 kw Weight Avg 풍력터빈용량별 MW 당단조부품사용량추산값은타워플랚지는고려되지않음, 유럽및아시아의단조부품제작사에의하면 MW 당타워플랚지가약 6.6 tons 임. 따라서, Weight Avg. 는 15 tons/mw 임. Ref. BMT consult

57 풍력터빈용단조제품 Company name Country Company name Country Euskal Forging SA* Skoda Kovarny Plzen(Pilzen Steel) Bruck GmbH Franchini Acciai Ellwood Group Inc Europe America Spain Czech Republic Germany Italy USA A. Finkl & Sons Inc USA AJAX Rolled Ring & Machine CAB Incorporated* McKees Rocks Forgings TAEWOONG Co. Ltd* Hyunjin Materials Co. Ltd* Pyeong San Metal(PSM) Co. Ltd Yonghyun Base Material Co. Ltd* Wind&P Co. Ltd* Unison Co. Ltd* Asia Jiang Yin Huaxi Flange & Pipe Fitting Factory* USA USA USA S. Korea S. Korea S. Korea S. Korea S. Korea S. Korea China Wuxi Dachang Heavy-duty Ring Unit Co. Ltd Jiang Yin Wind Power Flange Co. Ltd Shanxi Dong Huang Wind Power Flange Fangyuan Ringlike Forging & Flange* Pinghu Zhongzhou Heavy Machinery Co. Ltd Jiang Yin zhenghong Heavy-duty forging China Wind energy Technology Co. Ltd Dingxiang Yanshi Forging Jiangsu Jinyuan Forging Co. Ltd Shandong Tongyu Group Titan Metal Wuxi Forging Factory Zhangjiagang Sanlin Flange Dingxiang Sanyou Forging Factory Shanxi Shuanghuan Flange* Bharat Forge Limited Echjay Forgings Pvt. Ltd Rajkumar Forge Ltd Bay Forge Ltd China China China China China China China China China China China China China China China India India India India * : 세계 10 대풍력터빈단조제품제작사 Ref. BMT consult

58 풍력터빈용단조제품 단조제품수요 / 공급현황 현재풍력터빈단조부품제작용량은충붂핚상황이며, 공급량이수요보다크게많은것으로평가됨 - 읷부핵심단조부품에대핚공급은여젂히부족핚실정 - 고품질기어박스및베어링단조부품제작사는많지않아공급이부족핚실정 풍력터빈용량이증가함에따라대형플랚지및주축수요가급증 - 장거리이송및물류에대핚추가비용지급을꺼림 ( 풍력터빈제작사 ) - 읷부지역의부품제작사들이곤띾을겪고있음 - 유럽, 미국, 아시아지역의 50 % 제작사만이주축단조부품을공급핛수있음 - 50 % 중소수만이 3 MW 급이상의풍력터빈주축을공급핛수있음 공급부족해결방앆 - 풍력시장에새로짂출하는단조부품제작사의생산품질능력향상 - 제작사의포트폴리오에따른제품용량확장 - 지역별공급확대및고수요지역에싞규생산시설확충 : 미국, 유럽 - 최적화된아웃소싱체계구축을통핚물류비용최소화 58

59 풍력터빈용단조제품 단조제품수요 / 공급현황 Continent/Region Identified supply 2008 Expected Supply 2012 Forecasted Demand by 2008 Forecasted Demand by 2012 Comments Tons/year Tons/year Tons/year Tons/year Europe 62,500 Est.90, , ,000 심각핚공급부족 Americas 57,000 Est , ,000 심각핚공급부족 China 266, ,000 83, ,000 심각핚공급과잉 India 13,000 28,000 30,000 60,000 충붂핚공급 South & East Asia 279, , , ,000 심각핚공급과잉 South Korea 401, ,000 2,300 7,500 심각핚공급과잉 OECD Pacific 401, ,000 13,000 26,500 심각핚공급과잉 Rest of world 3,500 26,500 외부제작사에의졲 Total: 799,500 1,074, , ,000 Practical available supply for the wind industry (after reduction factors) Geographical distribution and distance Quality requirements not met -20 % -10 % -10 % -5 % 2008년까지는수요를만족시킬수있는공급이가능하였으나읷부 공급부족상황이있었음. 향후, 2012년까지생산시설확장계획에 따라이러핚국지적공급부족현상은해소될것으로젂망됨 Other limiting factors, e.g. skewed distribution of size/ton per item -20 % -10 % Total reduction of identified supply -50 % -25 % Practical available supply 399, ,500 그러나, 젂세계단조부품생산능력이확장되더라도미국과유럽읷부지역은여젂히공급부족에시달릴것으로젂망되며, 유럽과미국지역의시장선도풍력터빈제작사들은핚국기업에아웃소싱하고있음 Ref. BMT consult

60 풍력터빈용단조제품 국내타워제작사현황 구분업체명세부사항 Tower 동국 S &C - 육상및해상 Wind Tower 제작업체 - 독자적읶기술로 2006 년수출 7000 만달러, 2007 년 1 억달러수출을기록함. - 세계풍력발젂기타워시장 40% 를차지하며세계 1 위를차지 Tower 동국산업 -Wind Tower 생산업체동국 S&C 자회사로보유, 고덕풍산발젂읶수, 싞앆풍력발젂설립 Tower 스페코 - 육상 Wind Tower 생산업체 60

61 목차 1 Introduction 2 Wind Turbine Blade 3 Gearbox 4 Generator 5 Bearings 6 Power Converter & Transformer 7 Castings & Forgings 8 Summary of Wind Turbine Accident Data 61

62 풍력발전산업사고발생사례분석 풍력터빈사고발생현황 풍력발젂산업의홗성화에따라젂세계각국에많은풍력터빈이설치됨 풍력터빈설치용량증가에따라사고사례도증가 : 평균적으로 16회 / 년의사고발생 : 평균적으로 48회 / 년의사고발생 : 평균적으로 105회 / 년의사고발생 : 3년평균시 124회 / 년의사고발생 사고발생빈도는향후급속도로증가핛것으로젂망됨 유럽 : 싞규풍력터빈설치지역과건물및주거지와의최소앆젂거리확보요구 (2 km) 프랑스 : 욲젂중읶풍력터빈설치주변지역 500 m 접귺금지지역선얶 62

63 풍력발전산업사고발생사례분석 연도별사고발생수 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 915, 2010 년 6 월 30 읷까지검토 치명적사고발생수 Year 70s 80s * No ) 젂체치명적사고수 : 63, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 풍력산업및현장지원귺로자 (maintenance/engineers), 소형풍력터빈소유자 / 욲영자 : 49 건 3) 풍력산업과직접관렦없는 ( 예, 수송귺로자 ) 읷반사고 : 20 건 사상자발생수 Year 70s 80s * No ) 젂체사상자수 : 72, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 풍력산업과연관된 (construction/maintenance 읶원포함 ) 사상자수 : 61 명 3) 풍력산업과직접관렦없는 ( 예, 수송귺로자 ) 사상자수 : 11 명 ( 이중 5명은영국의공무원임 ) 63

64 풍력발전산업사고발생사례분석 블레이드파손 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 182, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 가장빈번핚사고중하나가블레이드파손임. 블레이드파손은다양핚원읶이있을수있으나, 파손된블레이드의읷부혹은젂부가떨어져나가는심각 핚상황을초래함 ( 현재까지 193 차례발생 ) 3) 파손된블레이드파편은 1300 m 까지날라가는것으로보고되며, 독읷에서는주택지붕및빌딩귺처에서블레이드파편들이발겫된사례가있음 4) 따라서, 유럽지역은이를귺거로주민의앆젂과소음및그림자발생에대핚영향을최소화하기위해풍력터빈설치지역과주거지역의거리를최소 2 km 이상두도록하는것으로판단됨 화재 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 149, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 두번째로빈번핚사고사례가화재임, 화재는다양핚원읶으로발생될수있음 3) 풍력터빈화재의가장큰문제는허브높이가높아서화재짂압이거의불가능하다는점임 4) 화재발생시잒해로읶해주변지역에광범위하게퍼져나갈우려가있으며, 두건의화재사고로풍력산업종사자들의사망사고가보고된바있음 64

65 풍력발전산업사고발생사례분석 구조물파손 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 104, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 세번째로빈번핚사고사례는구조물파손이며, 태풍등의상황에서터빈과타워의파손을말함. 3) 유지보수및주요부품교체가원홗하지못하여발생하기도함 4) 구조물파손에의핚피해규모가블레이드파손에비해훨씬크지만, 읶명사고발생윣은낮은편에속함. 5) 소형풍력터빈이도심지내부혹은학교건물에다수설치됨에따라사고발생빈도는더욱증가핛것으로예상됨 Ice throw Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 31, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 풍력터빈으로부터떨어져나갂얼음덩어리는 140 m 까지날라갂다고보고됨 3) 읷부캐나다지역풍력터빈사이트의경우, 얼음이어는상황에서는풍력터빈에 305 m 이상접귺하지못하도록경고함 4) 2003년에발표된보고자료 (1) 에의하면, 작은사고사례까지모두포함핛경우 1990년부터 2003년까지독읷에서만 880건이상이보고됨 (1) A statistical Evaluation of Icing Failures in Germany s 250 MW Wind Programme Update 2003, M Durstwitz, BOREAS VI 9-11 April 2003, Finland 65

66 풍력발전산업사고발생사례분석 수송 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 62, 2010 년 6 월 30 읷까지검토 홖경파괴 ( 조류등 ) Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 74, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 보호조류의사망사고 : 31 건 66

67 풍력발전산업사고발생사례분석 기타 Year 70s 80s * No ) 젂체사고수 : 167, 2010년 6월 30읷까지검토 2) 구조파손에영향을미치지않은부품손상데이터임, 3) 유지보수무시, 젂기적파손 ( 화재제외 ), 건설, 낙뢰 ( 블레이드손상또는화재발생상황은제외 ) 등의사고데이터중심 4) 낙뢰의경우 1996년의 (1) 보고서에따르면, 1992~1995년까지독읷지역에서만 393회의낙뢰가발생하였고, 이중 124회는풍력터빈에직접떨어짐 (1) External Conditions for Wind Turbine Operation Results from German 250MW Wind Programme, M Durstewitz, et al. EUWEC, Goeteborg,

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