날개없이…바람없이…풍력발전의 새로운 도전

풍력발전은 풍부하고 재생 가능하고 깨끗하며 온실 효과를 유발하지 않기에 기존의 화석 연료를 대체하는 매력적 에너지원으로 각광받고 있다. 풍력 발전은 터빈을 이용해서 바람을 전력으로 바꾸는 일이다. 오늘날 풍력은 많은 국가에서 상대적으로 값이 싼 재생 가능 에너지원을 제공하며 탄소가 거의 없는 전기를 생산하고 있다.

그러나 대형 블레이드(발전용 바람 날개)와 타워 등 발전 장비나 대규모 단지가 일으키는 시각과 청각적 거부감과 생물 환경에 미치는 악영향 때문에 중후장대(重厚長大)한 시설이 항상 부담 요인으로 꼽혀왔다. 이런 문제점을 극복하는 대안으로 신재생에너지 기술에서 우위를 보이는 유럽 풍력 신생기업들이 주목을 끌고 있다. 소규모에다 상대적으로 비용도 싸고, 도심 설치도 가능한 때문이다. 우선 풍력시장의 현황을 살펴본 후 유럽의 풍력발전용 신제품을 소개한다. <편집자 주>

국제재생에너지기구(IRENA)는 2030년까지 지구 온도상승 1.5℃ 제한 목표를 설정했다. 풍력 발전이 주요한 역할을 하게 되는데 향후 글로벌 육상풍력 용량 3배, 해상풍력 용량 10배 증가 등을 목표로 하고 있다.

2020년 코로나19로 신재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 풍력 발전은 향후 5년간 크게 증가할 것으로 기대되며 전기 소비량이 많은 미국과 중국이 주도할 것이라는 전망이다.
세계풍력에너지협의회(GWEC)는 지난 연말 2020년 글로벌 풍력발전 설비 신규 설치 용량을 71.3GW(육상 64.8GW, 해상 6.5GW) 가량 추정된다고 전망한 바 있다.

한국도 풍력에 대한 관심이 커지고 있다. 풍력 시설 규모는 2020년 말 누적 기준 1646MW로 전체 발전설비 12만9000MW의 약 1.3%를 차지한다. 전체 설비의 15.9%를 차지하는 신재생에너지 2만555MW 가운데 약 8.0%에 해당한다.

정부는 2030년까지 재생에너지 발전량을 총 63.8GW로 세우고 풍력을 17.7GW(28%)까지 생산한다는 목표이다.

올해는 문재인 대통령도 나섰다. 2021년 2월 정부는 원전 8기 규모(8.2GW)의 해상 풍력단지를 신안군에 조성하기로 하고 ‘풍력발전보급 촉진 특별법’도 제정해 48조5000억 원 규모의 막대한 예산을 투입하기로 했다.

이제 본격적으로 유럽의 경박단소(輕薄短小)한 신기술 풍력장비에 대해 알아보자.

◆우선 볼텍스 블레이드리스(Vortex Bladeless) 제품이다. 마드리드 외곽에 위치한 스타트업인 볼텍스는 풍력과 동의어로 간주되는 블레이드가 없이 바람의 에너지를 활용할 수 있는 터빈 설계를 개척했다.

볼텍스는 최근 노르웨이 국영 에너지 회사인 에퀴노어(Equinor)의 승인을 받는 등 에너지 부문에서 가장 흥미로운 10개 스타트 업 목록에 선정됐고, EU의 지원을 받는 프로젝트로 기존 풍력 터빈보다 약 30% 저렴한 전기를 생산할 수 있다. 저렴한 설치비용과 최소한의 유지 보수뿐만 아니라 규모의 경제가 달성되면 잠재적으로 낮은 재료 및 제조비용도 가능하다.

볼텍스 제품은 블레이드가 없는 터빈이 3m 높이에 있고, 곡선형 실린더는 탄성 막대로 수직으로 고정되어 있다. 바람 범위 내에서 진동하고 진동으로 전기를 생성하도록 설계되었다.

이 기술은 전통적인 풍력 발전 단지가 적절하지 않은 곳에서 풍력 발전의 한계를 메우는데 유익할 수 있다. 건축 공간이 작은 도시 및 주거 지역에 설치하면 그 지역 가정과 기업에 전기 요금을 절약하는 데 도움을 줄 수 있다.

이 제품은 도시 환경에서 사용해도 조류 이동 패턴에 위험을 주지 않으며 근처에 거주하거나 일하는 사람들에게 감지할 수 없는 정도의 소음을 생성한다.


◆정원 창고에서 시작된 알파 311(ALPA 311)도 바람 없이 전기를 생산할 수 있다고 주장하는 소형의 수직 풍력 터빈을 제조하고 있다.

회사 대변인은 “기계에 기어, 브레이크, 베어링 또는 샤프트가 없고, 윤활도 필요하지 않으며 마찰로 마모될 수 있는 부품도 없다. 매우 가볍고 무게 중심이 지면(地面)에 더 가까워짐에 따라 일반 터빈에 비해 앵커링 또는 기초 요구사항이 크게 감소해 설치가 완화되었다고 주장한다. 요약하자면, 바람에서 에너지를 수집할 수 있는 가장 간단한 장치를 개발했다는 것이다.

알파 311 제품은 이미 런던의 O₂아레나에서 1m 미만의 크기로 축소된 터빈으로 설치되어 평상시 엔터테인먼트 장소를 방문하는 900만 명의 사람들을 위해 깨끗한 전기를 생산하는데 도움을 제공하고 있다.

알파 311은 재활용 플라스틱으로 만든 터빈으로 기존 가로등에 맞게 설계되어 지나가는 차가 공기를 대체할 때 전기를 생성한다. 알파 311의 터빈은 어디에나 배치할 수 있지만 최적의 위치는 기존 인프라에 장착할 수 있는 고속도로 옆이다. 이미 있는 조명 기둥에 부착하고 기존 케이블을 사용하여 그리드에 직접 공급할 수 있어 아무것도 파내지 않아도 된다.

설치된 각 터빈은 20㎡의 태양 전지판에 해당하는 전기를 생성할 수 있으며 가로등을 켜고 지역 에너지 그리드에 전력을 공급하는 데도 충분한 전기를 생산할 수 있다고 한다.


◆독일의 신생기업 스카이세일즈(SkySails)는 하늘에서 직접 풍력을 활용하는 장치를 개발했다.

스카이세일즈는 고도가 높은 바람의 힘을 포착하기 위해 400m 고도에서 비행하도록 설계된 대형 전자동 연을 만든다. 상승하는 동안 연은 지상의 윈치와 발전기에 묶인 로프를 당긴다. 연은 하늘로 솟아오르면서 전기를 생산하고, 완전히 풀리면 생성된 전기의 일부만 사용하여 땅을 향해 윈치한다.

스카이세일즈는 동사 제품이 매우 조용하게 작동하고 실제로 눈에 띄는 영향을 미치지 않으며 거의 ​​그림자도 드리우지 않아 환경에 미치는 영향이 가장 적다고 주장한다.

최대 100~200KW 용량을 생성할 수 있지만 기술 개발을 통해 잠재적 출력을 MW로 늘릴 수 있다고 한다.

◆우리의 스타트업도 가능성을 탐구하자

이상 유럽에서 성장하는 풍력발전 관련 신생기업들을 살펴보면 신재생에너지 분야에서 우리 젊은이들이 도전하더라도 충분한 가능성을 엿볼 수 있다. 4차 산업 혁명의 기반 위에서 우리 젊은이들이 무한 도전을 펼쳐보기를 기대한다.


박정한 글로벌이코노믹 기자