어떻게 섬유

우 유신(우 유신 제공)

얕은 바다에서는 해상 풍력 터빈이 해저에 고정되어 있습니다. 그러나 일반적으로 바람이 더 강하고 에너지를 두 배 이상 수확할 수 있는 심해 지역에서는 부유형 해상 풍력 터빈을 고정 구조물에 비해 바다가 너무 깊은 해저에 정박해야 합니다. 부유식 해상 풍력(FOSW)은 잠재적 시장 가치가 거의 160억 달러에 달하는 가장 유망한 청정 에너지 기술 중 하나입니다. 그러나 이러한 복잡한 시스템의 개발, 배포 및 유지 관리 비용을 줄이는 데 도움이 되는 과학 및 기술 솔루션이 필요합니다.

에너지부 로렌스 버클리 국립 연구소(Berkeley Lab)의 과학자들은 캘리포니아 해안에서 계획된 FOSW 구조물에 설치할 수 있는 광섬유 케이블로 구성된 감지 기술을 개발하고 있습니다. 이를 통해 구조는 비용이 많이 드는 수리로 이어질 수 있는 손상 상태를 자체 모니터링할 수 있으며 FOSW가 해양 포유류의 활동을 감지하여 해양 포유류에 미치는 영향을 측정하는 데도 도움이 됩니다.

Berkeley Lab의 과학자 Yuxin Wu는 재료 과학, 엔지니어링, 지구물리학 전문가 및 전 세계 FOSW 개발자와 협력하여 현재 FOSW 개발 및 배포 비용을 절감하는 동시에 잠재적인 환경 영향을 최소화하는 솔루션을 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

Q. 부유식 해상풍력 기술 확산에 가장 큰 걸림돌은 무엇인가요?

우: 지금까지 기술이 개발 초기 단계에 있기 때문에 FOSW 배포가 거의 없었습니다. 현재 이러한 시스템은 깊이 1000미터 근처 어디에도 배포되지 않았습니다. 우리는 혹독한 해양 환경과 극한의 기상 현상을 더 잘 견딜 수 있는 구조 재료를 공동 설계하여 과학적 혁신을 활용하고자 합니다. 그리고 우리는 FOSW 시스템에 분산형 광섬유 감지를 추가하여 시스템이 잠재적인 문제를 실시간으로 자체 모니터링할 수 있도록 하고 시스템 수명을 연장하고 운영 및 유지 관리 비용을 낮출 수 있는 기능을 원합니다.

Q. 귀하의 팀은 이러한 혁신에 광섬유 감지를 어떻게 적용합니까?

우: 광섬유 케이블에는 빛의 속도로 광 신호를 보낼 수 있는 유리 코어가 있습니다. 모니터링되는 물질의 진동, 변형 또는 온도 변화가 있는 경우 해당 정보는 다시 분산되는 광 신호로 전달됩니다. 풍력 터빈 구조에 부착되거나 내장되면 "듣고" "느끼는" "신경계"가 형성됩니다. 광섬유는 고래 울음소리와 같은 주변 음향 신호를 모니터링할 수 있으며, 이는 과학자들이 FOSW 작업으로 인해 대형 해양 포유류에 대한 잠재적 영향을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우리는 온도나 변형과 같이 구조물 자체가 경험하는 물리적 및 기계적 조건을 모니터링하기 위해 타워 및 터빈과 같은 구조적 구성 요소에 이 감지 기술을 배포하는 것을 테스트해 왔습니다. 지금까지 우리의 연구는 문제가 발생하기 전에 손상을 식별하는 데 도움이 되는 가장 비싼 구성 요소 중 일부인 타워와 기어박스의 광섬유 테스트에 중점을 두었습니다.

Q. 부유식 해상 풍력 시스템의 비용을 줄이는 데 재료 과학이 얼마나 중요합니까?

우: 광섬유 감지는 FOSW 시스템 내에서 일어나는 일을 실시간으로 공개함으로써 시스템 수준에서 보다 탄력적이고 비용 효율적인 재료를 개발하는 데 필요한 지식을 제공합니다. 저렴한 비용으로 FOSW 시스템을 설계하고 가혹한 해양 환경을 견디려면 더 나은 재료를 생산하고 재료의 성능을 효과적으로 시뮬레이션하기 위해 컴퓨팅 과학과 결합된 최첨단 재료 과학이 필요합니다. 구조물에 자가 치유 능력을 부여하는 재료를 개발할 수 있습니다. 예를 들어, 콘크리트 균열에 바닷물이 침입하면 개입 없이 균열을 밀봉하는 반응이 촉발됩니다.

우리는 큰 비용 절감 가능성, 현지 생산성, 더 나은 성능 및 환경 지속 가능성으로 인해 미래의 심해 부유 시스템에 큰 잠재력을 지닌 혁신을 가져오기 위해 분자에서 구조 규모까지 재료 과학 및 시뮬레이션 전문가와 협력하고 있습니다. 분자 주조소, 첨단 광원, 국립 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터 등 버클리 연구소의 DOE 사용자 시설은 우리 연구의 혁신을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.