풍력 터빈 설치를 혁신하는 Seasight Solutions

풍력 에너지의 사용은 증가하고 있지만, 현대적인 터빈을 설치하는 것은 여전히 높은 수준의 엔지니어링 과제입니다. 부품은 더욱 커지고 타워는 30~45층 건물 높이에 이르며, 열악한 기상 조건은 여전히 시공을 크게 제약하고 있습니다. 또한 기존의 태그라인 시스템(크레인 패드에서 멀리 떨어진 작업자가 잡는 긴 로프)은 넓은 개방 공간을 필요로 하고, 지상 인력의 위험을 높이며, 지형이나 인프라, 현지 규제로 인해 시공 공간 확보가 제한되는 현장에서는 설치 속도를 떨어뜨립니다.

서부 해안의 비네사네에 본사를 두고 있는 덴마크 기술 회사인 Seasight Solutions는 1950년부터 중부하 리프트 및 처리 작업에 종사했습니다. 터빈 제조업체들이 더 안전하고 정밀하며 예측 가능한 인양 방식을 요구하기 시작하고, 풍력 발전 단지가 도시·고속도로·숲과 제약된 지형에 가까워지면서, 태그라인의 한계를 외면할 수 없게 되었습니다. 게다가 인근 접근 문제, 고속도로 통제, 환경 민감성, 하드스탠드 제약이 터빈 설치의 병목으로 작용했습니다. (하드스탠드는 풍력 터빈 현장 하부에 마련된 평탄한 보강 작업 공간으로, 사실상 크레인이 자리하고 트럭이 부품을 하역하며 모든 중량 리프팅이 이뤄지는 중장비 시공 패드입니다.)

"약 6년 전 대형 터빈 제조업체들 중 한 곳에서 문제가 제기되었습니다." Seasight 엔지니어링 책임자인 Lasse Jørgensen은 "이들은 자율 부하 제어를 위한 프로토타입을 갖고 있었지만 이를 실제 제품으로 바꿔줄 사람이 필요했습니다. 그래서 자율 포지셔닝 시스템이 탄생되었습니다."라고 설명합니다. 엔지니어링 문제는 간단했지만 근본적인 문제는 매우 어려웠었습니다. 난류가 심하고 예측하기 어려운 환경에서 거대한 블레이드나 나셀을 어떻게 안정화하고, 낙하 위험 구역에서 지상 인력을 배제하며, 긴 태그라인을 제거하는 한편, 좁고(흔히 엄격히 규제되는) 작업 구역 내에서 설치 효율성과 예측 가능성을 높일 수 있을까요? (나셀은 로터 허브 뒤에 위치한 터빈의 "엔진룸"으로, 터빈 설치 시 인양되는 가장 무거운 부품 중 하나입니다.)

설계 유효성의 가상 테스트

Seasight는 이에 대한 대응으로 태그라인을 완전히 대체하는 추진기 기반 하중 제어 시스템인 APS(자율 포지셔닝 시스템)를 개발했습니다. APS는 9~30미터 떨어져 서 있는 로프 작업자에 의존하는 대신, 통합 추진기 기술과 실시간 소프트웨어를 사용하여 후크 지점에서 하중을 직접 제어합니다. 이 시스템 설계는 모든 주요 하위 시스템에 이중화를 포함하고, 슬링 하중 구성을 지원하며, 퀵락 브래킷을 활용하는 Quick Shift 신속 장착 인터페이스를 통해 부착할 수 있어 APS 시스템을 몇 시간이 아닌 몇 분 만에 옮기거나 장착 또는 분리할 수 있습니다. 이를 통해 나셀 인양에서 블레이드 인양으로 전환할 때마다 복잡한 파트를 볼트로 조이고 푸는 번거로운 작업을 없애줍니다.

"오늘날 APS는 추진기 기술로 기존 태그라인을 대체하여 터빈 설치를 더 안전하고 빠르게 하며, 넓은 작업 구역에 대한 의존도를 크게 낮췄습니다. 또한, 풍력 터빈의 설치 방식을 바꿔주었으며, 예전에는 태그라인에 맞춰 호흡을 맞추는 20명이 필요했던 하중을 이제는 한 명의 조작자가 안정화할 수 있습니다."라고 Jørgensen은 강조합니다.

APS는 이제 Seasight Solutions의 주력 제품 중 하나이며, 그 개발의 모든 세부 사항은 SOLIDWORKS® 내에서 이루어졌습니다. Jørgensen은 다음과 같이 말합니다. "우리는 전체 시스템을 SOLIDWORKS에서 개발했으며, 그 덕분에 생산 전에 어셈블리와 움직임, 간섭을 가상으로 테스트할 수 있었습니다. 그 덕분에 첫 APS 시스템이 거의 첫날부터 제 기능을 했습니다."

SOLIDWORKS Design 환경에서 작업한 덕분에 엔지니어들은 간극을 확인하고, 피치 시스템의 스트로크 길이를 시뮬레이션하며, 소형 가공 부품과 대형 용접 어셈블리가 간섭 없이 제대로 맞물리는지 검증할 수 있었습니다. 고객이 터빈 파트의 3D 모델을 보내오면 Seasight 엔지니어링 팀은 그 파일을 SOLIDWORKS Design에 바로 불러올 수 있었고, 덕분에 블레이드나 나셀 같은 각 부품이 APS 및 인양 장비와 어떻게 맞물릴지를 제작하거나 인양하기 전에 정확히 파악할 수 있었습니다.

이 수준의 가상 테스트는 매우 중요했습니다. 여느 날과 마찬가지로 설치 당일에도 바람은 예측하기 어렵고, 각 부품은 공중에 매달렸을 때 다르게 거동합니다. APS는 가시성이 떨어지거나 돌풍이 하중을 축에서 밀어낼 때에도 정밀한 제어를 유지해야 했습니다.

설계 데이터 제어 및 접근성

Seasight는 SOLIDWORKS PDM으로 도면과 구조화된 데이터를 표준화하고 관리했습니다. Jørgensen은 다음과 같이 설명합니다. "SOLIDWORKS PDM을 사용하면 모든 CAD 파일을 처리할 수 있어 2D와 3D 도면을 한곳에 둘 수 있어 모든 파일을 훨씬 쉽게 관리할 수 있고, 백업도 한 곳에서만 하면 되니 안심할 수 있습니다."

APS 팀은 또한 SOLIDWORKS의 높은 수준의 사용성으로 인해 많은 이점을 얻었습니다. "정말 쉬워서 3D 소프트웨어를 써 본 적 없는 인턴에게도 거의 맡길 수 있고, 1~2주면 SOLIDWORKS로 도면을 작성하고 어셈블리 작업을 하게 됩니다."라고 Jørgensen은 강조합니다.

SOLIDWORKS 디지털 워크플로는 제품 개발 프로세스를 간소화하고, 재작업을 최소화하며, 프로토타입을 줄이고, 풍력 에너지 수요가 진화함에 따라 Seasight의 혁신 속도를 가속화했습니다.

APS는 터빈 설치를 개선했습니다. 태그라인을 없앰으로써 Seasight는 하중이 걸린 로프를 다룰 때 흔히 발생하는 화상과 허리 부상, 어깨 탈골, 발목 염좌 및 기타 위험을 포함하여 업계에서 가장 고질적인 안전 위험 일부를 제거했습니다. 이제 작업 팀은 하드스탠드 밖 먼 곳에 인력을 세우지 않고도 크레인 패드에서 하중을 완전히 제어합니다. 그 결과 필요한 작업 공간이 줄고 환경 및 허가 관련 분쟁이 감소합니다.

태그라인이 없으면 풍력 단지 계획자는 인근 접근 문제, 제한된 지형, 고속도로 통제와 관련된 많은 지연을 상당 부분 피할 수 있습니다. 또한 APS는 하드스탠드 크기에 제한받지 않으므로 숲이나 산악 지역 등 제약이 많은 환경에서도 작업할 수 있습니다.

APS는 최대 시속 30마일에 이르는 풍속에서도 안정성을 유지해 작업 가능한 기상 조건의 폭을 넓혀 줍니다. 작업 팀은 평소라면 작업을 중단했을 저시야 상황이나 눈, 계절성 기상 조건에서도 작업할 수 있습니다. 이 기능은 현대 풍력 에너지 건설 시 가장 큰 비용 요인 중 하나를 직접적으로 해결합니다. 또한 APS는 메인 크레인 활용률을 높이고 프로젝트 예측 가능성을 향상시킵니다.

이러한 결과는 Seasight의 체계적인 엔지니어링 프로세스에서 직접적으로 기인합니다. "SOLIDWORKS를 사용하면 거의 모든 문제를 발견할 수 있으며, 거의 99%라고 할 수 있습니다. 또한, 시간을 많이 절약할 수 있으며 결과적으로 프로토타입에 드는 비용을 크게 절감할 수 있습니다."

Jørgensen은 디지털 설계가 앞으로 더 큰 역할을 할 것으로 보고 있습니다. "다양한 기계와 도구가 있다 보니 완전한 디지털 트윈을 구현하는 일이 늘 쉽지만은 않았습니다. 그러나 AI를 통해 CAD 환경에 도구를 도입하는 것이 훨씬 더 현실화되고 있습니다. 이는 설계 및 작업 방식에 대한 가능성을 열어줍니다."

Seasight Solutions의 APS는 보다 안전한 인양, 더 좁은 작업 구역, 더 예측 가능한 시공 일정, 더 낮은 총 설치 비용을 실현함으로써 업계 전체에 영향을 주는 실용적 혁신의 표본입니다. SOLIDWORKS Design과 SOLIDWORKS PDM이 엔지니어링 워크플로를 뒷받침하면서, Seasight Solutions는 터빈 설치에 정밀성과 통제력, 새로운 자신감을 더합니다.