초록 ▼

□ 핵심기술
해외수입에 의존하는 발전용 스팀터빈을 순수 자사 기술로 국산화 및 로터의 충동력 향상을 위한 특수 블레이드 제작으로 배기증기의 진공도를 높여 터빈효율 향상

□ 최종목표
바이오메스를 이용한 저온, 저압의 국산 1호기 발전용 스팀터빈의 개발으로 현행의 해외 스팀터빈의 수입대체

□ 개발내용 및 결과
1.개발제품에 대한 기술적인 원리
발전용 스팀터빈은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 이를 전기 에너지로 바꿔주는 장치이며 보일러에서 생성된 증기를 이용하여 전기 에너지를 생성한다.

□ 핵심기술
해외수입에 의존하는 발전용 스팀터빈을 순수 자사 기술로 국산화 및 로터의 충동력 향상을 위한 특수 블레이드 제작으로 배기증기의 진공도를 높여 터빈효율 향상

□ 최종목표
바이오메스를 이용한 저온, 저압의 국산 1호기 발전용 스팀터빈의 개발으로 현행의 해외 스팀터빈의 수입대체

□ 개발내용 및 결과
1.개발제품에 대한 기술적인 원리
발전용 스팀터빈은 열에너지를 기계적 에너지로 변환하여 이를 전기 에너지로 바꿔주는 장치이며 보일러에서 생성된 증기를 이용하여 전기 에너지를 생성한다.
개발제품은 충동식터빈(Impulse Turbine)이며 증기가 노즐(Nozzle)에서 팽창하여 압력이 낮아지고 속도는 증가되며 회전날개(Blade)에서는 압력은 일정하고 속도는 감소한다. 노즐에서 증가된 증기는 축에 설치된 회전날개에 충돌하여 회전력으로 변환된다. 증기입구와 출구의 압력차이로 구동되기 때문에 다이어프램(Diaphragm)과 로터(Rotor)의 형상이 복잡한 구조로 형성되어 있고 로터의 직경이 적고 터빈 단수가 적으므로 터빈의 크기가 작은 특징이 있다.

2. 연구내용
바이오메스를 이용한 발전용 스팀터빈의 2.5MW 용량을 실현하기 위하여 필수 요소인 Rotor설계를 비롯한 중요 부품에 대하여 단수 선정과 회전수의 선정, 소요동력 계산, 운전조건 등 스팀 압력과 동반되는 스팀의 동특성의 조건과 병행하여 구조물의 정,동적 변형, 소음, 진동을 감안한 최적의 설계를 구현하였으며 세부적인 연구내용은 다음과 같다.

2-1 주요 부품 Disc, Blade, Shaft에 대한 재질 및 가공공법 연구
2-2 스팀터빈 수명 향상을 위한 베어링 구조 연구
2-3 패킹링 / 베어링하우징 설계 및 생산기술 최적화 구현
2-4 스팀터빈의 최대출력 향상을 위한Unit Nozzle의 조건 산출
2-5 Rotor회전에 따른 내부 증기 유입 방지 연구
2-6 로타 설계 및 제품 스마트화 개발
2-7 케이싱설계 및 생산기술 개발
2-8 스팀터빈 조립성 검증 기술개발
2-9 유니트별 모델링 및 구조해석
2-10 회전력을 고려한 마모, 소음, 진동의 주요결정 요인분석
2-11 로타 설계타당성 연구
2-12 베어링을 통한 저진동 저소음 연구
2-13 패킹링 / 베어링하우징 설계 타당성 연구
2-14 최종 시운전 평가방법의 검토

3. 개발결과
최종 성능평가의 공인검사를 위하여 한국산업기술시험원(KTL)의 입회검사를 통하여 검증한 결과, 정량적 목표를 상회하는 성능을 입증받아 연구개발의 성공으로 평가되었다.

□ 기술개발 배경
중소형 발전용 스팀 터빈시장은 그동안 독일이나 일본 등 수입산에 거의 의존해 왔다. 최근에는 인도 등 개발도상국의 저가 터빈이 국내에 들어오면서 효율적인 면이나 수리, 정비 등에서 상당한 애로를 겪고 있다. 이는 소형 발전용 스팀 터빈시장은 대기업이 뛰어들기에는 시장 규모가 작고 중소기업은 외국산 만큼 고효율을 낼 수 있는 기술력이 떨어지는 데다 개발에 많은 비용이 들어 엄두를 내지 못했기 때문이다. 주관기관인 월드파워텍은 지난 20여년 동안 일본 미쯔비시중공업에 스팀 터빈 약 450대를 OEM 생산하면서 축적된 기술력을 활용해 고효율을 낼 수 있는 중소형 발전용 스팀 터빈 연구개발을 할 수 있었다.

□ 핵심개발 기술의 의의
본 과제의 개발방법과 차별성은 기존 제품의 핵심기술을 기반으로 OEM생산/공급하였던 미쯔비시중공업의 유조선 유류하역용 수직구조의 터빈을 수평구조로 연구, 설계하였으며 시장 가격경쟁력의 선점을 위하여 고효율 스팀터빈의 독창성 구현과 국산화에 주관점을 두었으며 수요자의 스팀조건과 주변 환경에 따른 맞춤설계가 필수요소로써 모든 터빈이 신규 개발의 특성을 가지고 있는바 실증 Big data가 없는 설계는 불가한 난이도를 가지고 있다. 구조해석 및 소음, 진동해석등과 같은 학술적 부분은 창원대학교와 컨소시엄을 통하여 검증하였고 모든 소요 기자재는 100% 국산 기자재를 적용하여 완전한 국산 터빈으로써 해외기술을 도입한 개발이 아닌 순수 자사기술로 개발하였고 10MW까지 Line-up후 해외 현지공장 생산과 기술수출을 계획하고 있다.

□ 적용 분야
◦ 산업폐기물 및 쓰레기 소각장의 발전 플랜트 사업
◦ 발전소 펌프용, 석유화학공장 압축기/펌프구동
◦ 선박용 보일러 발전
◦ 신 재생에너지 사업(바이오메스 및 폐열 등) 열병합발전
◦ 잉여 스팀을 이용한 전력 에너지사업
◦ 폐열을 이용한 전력 에너지사업

(출처 : 초록- 4. 개발결과 요약 10p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발과제 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발과제 주요 연구성과 ... 16
• 목차 ... 19
• Ⅰ. 사업개요 ... 20
• 1. 개발제품의 개요 ... 20
• 2. 비즈니스협력 컨소시엄 ... 24
• 3. 수행기관별 수행내용 ... 25
• 4. 기관 간 협력내용 ... 25
• 5. 참여인력 현황 ... 26
• Ⅱ. 기술개발 목표 및 추진현황 ... 27
• 1. 개발목표 및 성과 ... 27
• 2. 연차별 기술개발 목표 및 추진내용 ... 28
• 3. 연차별 사업화지원 목표 및 추진내용 ... 100
• 4. 사업개선 노력 ... 102
• 5. 성과 목표 및 달성 ... 103
• 6. 시장현황 및 사업화계획 ... 106
• Ⅲ. 사업비 집행현황 ... 110
• 1. 사업비 현황 ... 110
• 2. 당해연도 기관별 사업비 집행현황 ... 111
• 별첨1. 수행기관 세부현황(영리기관인 기업만 작성) ... 113
• 별첨2. 자체보안관리진단표 ... 114
• 끝페이지 ... 114