전북대 유기완 교수 "풍황 맞춤형 풍력터빈 블레이드 설계 중요"
2026.03.20 14:37
지난 25년간 국내에서 풍력터빈 블레이드 설계 연구를 수행해 온 유기완 전북대 교수가 최근 한반도 서남해상 풍황에 적합한 20MW급 해상풍력 터빈 개념설계 연구를 총괄하며 한국 풍력기술의 자립과 고도화를 이끌고 있다.
유 교수는 “한국의 풍황 조건에 적합한 풍력터빈 블레이드의 외형을 결정하는 것이 풍력터빈 설계의 핵심”이라고 밝혔다.
유 교수의 풍력 연구는 2000년 전북대학교 항공우주공학과 부임 직후 시작됐다. 당시 30kW급 풍력터빈 시스템 개발과제에 참여한 경험을 바탕으로 항공역학 전문성을 풍력 블레이드 설계로 확장했다. 풍력터빈은 바람의 에너지를 블레이드로 흡수해 발전기를 돌려 전력을 생산하고, 헬리콥터는 엔진 동력으로 로터를 회전시켜 공기에 에너지를 전달해 추력을 발생시킨다. 에너지 흐름의 방향만 다를 뿐 동일한 공기역학 이론과 설계 절차가 적용된다. 그는 30kW 급 풍력터빈 개발을 발판으로 25년간 풍력터빈 블레이드 설계를 진행하고 있다.
초기 연구에서는 지식경제부(현 기후에너지부) 및 한국에너지기술평가원 지원 인력양성사업단장을 맡아 사보니우스 풍력터빈의 구조적 효율 저하 문제 해결에 주력했다. 해당 터빈은 풍향과 무관하게 작동하는 장점이 있으나 블레이드 홈을 따라 바람이 위아래로 새어 나가면서 에너지 손실이 발생하는 한계가 지적되어 왔다. 유 교수는 이를 개선하기 위해 가림판 기반 유동 제어 설계를 고안하고 풍동 실험을 통해 성능을 검증했다. 그 결과, 원형 가림판 적용 시 동력 성능이 기존 대비 약 36% 향상됨을 실험적으로 입증했고, 연구 결과는 2005년 재생에너지 분야 학술지인 Renewable Energy에 게재됐다.
유 교수는 2009년 위성 관측자료를 활용한 해상 풍력자원 평가 연구에도 참여해 10년간 축적된 QuikSCAT 해상풍 관측 위성 데이터를 기반으로 한반도 인근 해역의 풍력 잠재량을 분석했다. QuikSCAT은 NASA 제트추진연구소(JPL)가 운영한 해상 산란계 위성으로, 전 세계 해상 풍속·풍향을 관측한 기상 위성이다.
연구 결과, 제주도-대한해협-독도를 잇는 해역에서 평균 풍속 및 풍력에너지 밀도가 유의미하게 높다는 사실을 규명했으며, 이는 해상풍력 발전에 유리한 조건을 갖춘 것으로 해석됐다. 해당 연구는 국내 해상풍력 입지 평가의 과학적 근거를 제시한 성과로 평가됐으며, 그 결과 역시 Renewable Energy에 게재됐다.
초기의 풍력터빈은 항공기용 에어포일을 그대로 사용했지만 이제는 각 국가의 연구기관마다 풍력터빈에 최적화된 전용 에어포일을 개발하는 추세다. 유 교수는 황사와 미세먼지 등 표면 오염에 취약한 국내 운전 환경에 주목해 거칠기(roughness) 증가에 따른 공력 성능 저하를 최소화하는 에어포일을 설계했다. 실제 이집트 홍해 인근 풍력단지에서는 모래먼지가 블레이드에 부착돼 터빈출력이 50%까지 감소한 사례도 보고된 바 있다. 특히 블레이드 팁에 적용되는 얇은 에어포일에서 표면 거칠기 증가 시 최대양항비 감소율을 약 24% 수준으로 억제하는 형상을 개발했으며, 이는 오염 환경에서도 성능 저하를 최소화할 수 있는 설계 기준을 제시한 성과로 평가된다. 이와 같은 기술은 과제지원기관인 한전과 공동으로 6건의 특허로 등록됐다.
유 교수는 2021년부터 한국전력공사 기초전력연구센터 지원을 받아 한반도 서남해상 풍황에 적합한 20MW급 해상풍력 터빈 시스템 개념설계 연구를 총괄했다. 전북대·군산대 교수진과의 컨소시엄을 이끌며 블레이드 공력 설계를 담당했고, 발전 효율을 일부 조정하는 대신 공력 하중을 저감해 발전단가(LCoE)를 낮추는 ‘저유도 로터(low-induction rotor)’ 개념을 도입했다. 해당 연구는 초대형 터빈의 경제성 확보를 위한 설계 기준을 제시한 성과로 평가되며, 결과는 국제 학술지 Energies에 게재됐고, 한전 우수활용기초과제 연구실로 선정됐다.
한편, 유 교수는 2020년 한국풍력에너지학회 학회장을 역임했으며, 풍력터빈 설계 및 해상풍력 관련 연구를 이어가고 있다. 그는 "앞으로도 한국 재생에너지 기술의 자립과 상용화 기반 구축에 기여하겠다"고 밝혔다.
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