변화의 바람
오스트리아 기업 SET는 중압(medium voltage) 동기 전압기를 이용하여 풍력 발전을 한다. 이 발전기는 주요 구동 장치와 전기 기계식 차동 기어를 이용하는 가변 속도 모터에 의해 구동되는 것이 특징이다.
풍력 발전소의 효율은 그 발전소의 에너지 생산 비용 중 최소 비용을 기준으로 측정된다. 기존의 발전소는 발전기에서 생성된 AC를 로터(roter)나 넓은 구리 단면에 연결하려면 비싼 퍼포먼스 전자장치가 대량으로 필요했다. 그러나 오스트리아 기업 SET는 다른 발전소와는 달리 중압 동기 전압기를 사용해 풍력 발전을 한다. 이 발전기는 주요 구동 장치와 전기 기계식 차동 기어를 이용하는 가변 속도 모터에 의해 구동되는 것이 특징이다. SET는 EPLAN 솔루션으로 이러한 혁신을 이러한 혁신을 이루었으며, 이로써 에너지 생산량과 발전량이 5% 증가되었다. 높이 160미터, 로터 직경 최대 150미터인 풍력 발전기는 깨끗하고 재생 가능한 에너지원이며, 단위 당 전기를 5,000가구 이상에 공급할 수 있다. 이들은 윈드 파크(wind park)로 불리는 장소에서 대규모로 관리된다. 태양광 발전 시스템과 마찬가지로, 풍력 발전기는 자연의 변화에 노출되어 있으며, 전통적인 발전 방식에 비해 전기를 불규칙하게 공급한다. 풍력 발전 연구의 선구자인 Dipl.-Ing Gerald Hehenberger는 그의 커리어를 풍력 시스템의 효율성을 향상하는 데 쏟아왔다. 그는 80년대에 가변 속도와 600kW의 성능을 갖춘 가변 각도 로터 블레이드 구동 시스템을 개발했으며, 그로부터 10년 뒤 듀얼 피드(dual-feed) 3상 유도 발전기를 개발했다. 이 유도 발전기는 오늘날 풍력 발전소의 약 3분의 2에서 쓰이고 있다. Hehenberger는 2008년 클라겐푸르트(Klagenfurt)에 SET Sustainable Energy Technologies GmbH를 설립하여 완전히 새로운 방식으로 전기를 생산하기 시작했다. "낮은 풍속에서도 전력을 많이 생산하려면 로터 속도가 일정해야 합니다. 다양한 전환율을 갖춘 차동 기어가 로터 속도를 변환하는 역할을 합니다." SET의 사업개발 및 영업 이사인 Ing. Mag. Christoph Pilgram이 설명했다. 이 기어들은 1980년대에도 있었지만 유압 기반으로 작동하기 때문에 전력 손실이 커 당시엔 널리 사용되지 못했다. 전자 기계가 성공의 요인이다 현재 SET의 엔지니어들은 Hehenberger의 대안적인 아이디어인 전자 기계 차동 시스템을 개발해 시장에 출시하고자 한다. 이 시스템은 입력축이 유성 바퀴에 연결된 유성 기어 시스템으로 구성된다. 빈 휠은 중압 유도 발전기에 연결된다. 발전기 전력의 약 15%를 차지하는 서보 드라이브가 태양광 휠에 연결되어 기어 동작을 제어해 속도가 균형있게 변한다. 또한 서버에는 발전기의 유효 전력에 영향을 미치는 토크(torque) 제어 시스템이 있어 발전기의 작동에 변화가 생기면 이에 직접 반응한다. 차동 기어 발전기인 DSgen-set®은 전체 효율성을 97.5%로 끌어올린다. 이는 전례 없이 높은 수준이며 기존의 변속 드라이브 트레인 시스템에 비해 에너지 생산량을 3-5% 증가시켜 생산성 향상에 크게 기여한다. 이 시스템은 팟(pod)에 통합되어 있어 퍼포먼스 전자 장치가 필요없기에 작고 가볍다. 중간 전압에서 에너지를 직접 생성하면 풍력 발전 시스템에 있는 승압 변압기와 구리 단면이 70% 절약된다. "정격 부하에서 서보 드라이브가 발전기로 작동하여 전력을 생산하기 때문에 전기 생산량이 높습니다. 바람이 너무 약하면 주 발전기가 네트워크에서 분리되고 시스템이 차단되지요. 차동 잠금 장치로 인해 서보 드라이브는 작고 손실이 적은 발전기/풀 컨버터 시스템으로서 작동합니다. 이로써 우리는 약한 바람도 전력 생산에 이용합니다." Christoph Pilgram이 설명했다. 메카트로닉스 개발 서보 제어 기어 시스템과 동기 전압기를 개발하는 프로젝트는 2009년에 시작되었으며, 기계 설계, 전기 설계, 계측 및 제어 기술을 통합한다. 이들 요소들을 개발하는 데 데이터베이스 기반 소프트웨어인 EPLAN Electric P8이 사용된다. EPLAN Electric P8은 정교한 플랫폼 기술을 가지고 있으며, 그래픽이나 객체 지향 방식으로 작업하는 옵션도 제공한다. 이는 EI&C 기술에 직접 연동되어, 프로젝트의 구성, 문서화, 관리 면에서 광범위한 옵션을 제공하며, 여러 영역을 통합해 작업하도록 지원한다. 과거의 데이터는 ODBC, XML 및 Excel과 같은 인터페이스로 쉽게 불러올 수 있다. "우리는 공급업체의 최종 데이터를 시스템에 통합하는 옵션을 유용하게 쓰고 있습니다. 작업 현장들끼리 데이터베이스를 공유하므로 어느 현장에서도 제품 데이터를 유지관리하는 작업을 할 수 있고, 수정사항은 모든 작업장에 적용됩니다." SET의 전기 설계를 담당하는 Ing. Michael Kofler이 말했다. 3D 설계와 구축 SET는 AutoCAD Design Suite로 개발 프로세스 초기에 기계 부품을 설계했다. Christoph Pilgram이 말했다. "이 소프트웨어는 개발자의 개입이 없어도 문서를 빠르고 안전하게 생성합니다. 동시에 이 소프트웨어는 엔지니어들이 활발하게 의견 교환을 하도록 돕고, 3D 컨셉을 제공합니다." AutoCAD에서는 번들을 높은 퀄리티로 신속하게 제작할 수 있다. 이에 SketchBook Designer 소프트웨어로 제작한 일러스트레이션을 통합하면 그 퀄리티는 더 높아진다. AutoCAD 데이터를 Software Showcase에서 3D로 신속하게 변환하고 온라인으로 공유하면 컨셉을 효율적으로 표현할 수 있다. 종이 문서와 래스터 그래픽의 형태로 존재하는 기존의 컨셉과 스케치는 Raster Design 프로그램에서 AutoCAD 파일로 변환한 뒤 개발 과정에 투입한다. Mudbox 소프트웨어는 색상과 질감을 모델에 추가하여 모델을 현실과 유사하게 제작한다. Alias Design 소프트웨어는 생산 품질을 향상한다. 그 뒤 3ds Max Design 소프트웨어를 사용하면 AutoCAD 파일을 최고 품질의 3D 렌더링으로 변환할 수 있다. Autodesk Vault에 저장된 지식 SET는 데이터를 효율적으로 관리하기 위해 EPLAN Software & Service와 협력했다. 이들은 Autodesk Vault에서 전체 제품 수명주기 동안 설계 데이터를 효율적으로 구성하고 관리하는 개념을 개발했다. "개발 도중에도 중요한 결정을 내려할 경우가 많습니다." SET의 제어 설계 담당자인 Dipl.-Ing Markus Waldner는 이처럼 계획에 변화가 있을 때 Autodesk Vault가 빛을 발휘한다고 하였다. "우리는 시스템의 모든 버전을 단계별로 추적하여 누락된 사항 없이 정보를 항상 최신으로 유지하고자 합니다. 검색 작업으로 시간을 낭비하지 않고 최신 정보를 확인할 수 있어야 하지요." 2012년부터 추가되는 모든 정보는 설계 데이터와 함께 Vault에 저장되어 관리된다. SET는 Vault 등 Autodesk 솔루션과 EPLAN을 함께 활용해 제품 개발 프로세스를 크게 개선했다.
