[1부-개념편]티끌모아 태산, 루프형 풍력발전으로 아름답게 그리는 소형풍력의 미래
문재인 정부의 신재생에너지 3020 정책이 추진되면서 태양광과 풍력을 중심으로 신재생에너지 사업이 확대되고 있다. 하지만 까다로운 설치 환경과 많은 주민들의 반발로 대형풍력 시장이 점차 정체됨에 따라 소형풍력으로 관심이 옮겨지고 있다.
[사진1.영월 접산에 설치된 소형풍력발전기]
출처: ㈜한국신재생에너지
기존 대다수의 소형 풍력발전기가 사용하는 브레이크 시스템은 여러 가지 제약이 있다. 설치장소와 발전용량 뿐만 아니라 경제성과 같은 악재에 의해 대형풍력발전에 사용되는 정밀한 브레이크 설비장치를 적용하기 어려우며 발전기 전기부하에 의한 브레이크만 채택되어 있는 실정이다.
바람이 많이 부는 곳에 풍력발전기를 설치해야 하는 여건상 태풍과 같은 돌풍이 작용하는 악조건에 노출될 경우가 다반사인데, 이 경우 오히려 발전기 전기부하가 장시간 유지되어 발전기가 타버리는 상황이 발생된다. 심한 강풍으로 브레이크 시스템이 무력화된 소형풍력발전기는 정격 회전속도를 초과하여 가동되게 되고 발전기의 날개가 파손에 이르게 되는 사고가 발생한다.
발전 초기단계에서 기술적 문제발생과 유지보수에 대한 우려가 있어 효율성과 신뢰성을 의심받기도 했으며 기존의 풍력발전장치의 경우, 날개가 파손되는 등의 사고가 발생했을 때 주민들의 신고 없이는 상황을 파악할 수 없어 정기점검을 시행하기 위해 장치를 설치한 지역까지 직접 가야하는 번거로움을 가지고 있다. 이와 같은 과제들을 해결하기 위해 10여년 전부터 소형풍력사업에 매진하여 기술을 개발해 온 ‘(주)미래테크’의 루프형 풍력발전에 대해 알아보는 시간을 가져보았다. 이 기사는 개념편과 기술편 2편으로 이루어져 있다.
[사진2. ㈜미래테크 박희천대표]
출처: C영상미디어
미래테크도 대형풍력발전기 부품으로 사업을 시작했지만 매출의 25%를 연구개발에 투자한 결과, 소형풍력발전기를 자체적으로 생산하는 독자적인 기술을 개발했다. 이들은 지금도 친환경 사업으로 인류의 삶을 풍요롭게 한다는 사명감을 갖고 ‘2020비전(핵심 기술을 보유한 Global 행복지수 1위 1098 상장기업)’을 추진하고 있다.
누구도 생각하지 못했던 블레이드 모양
미래테크의 소형풍력발전기는 외관부터 기존 소형풍력의 단점을 보완하기 위한 많은 고민이 엿보인다. 길이 방향의 한쪽 끝 부분은 회전축의 전반부에 결합되고 다른 쪽 끝 부분은 회전축의 끝부분에 결합되는 참신한 일체형 블레이드 모양으로, 각각의 블레이드가 공기가이드와 곡률을 가지면서 폐곡선의 형태로 회전축에 결합된다.
[그림1. 미래테크의 루프형 블레이드]
출처 : 미래테크
배경
우리나라의 경우 난류성 바람이 많고 일정시기가 아닌 경우에는 낮은 풍속을 가지면서 태풍 또는 강풍 또한 잦은 특성을 가지고 있다. 이러한 우리나라 바람의 특성상 풍력 발전은 와류현상에 의한 소음이 크게 발생하고, 진동에 의한 내구성이 저하되며, 강풍에 의한 폭주 운전이 발생하면서 발전 효율이 저하되는 것이 문제점으로 꼽혀왔다. 따라서 소음 및 진동을 감소시킴으로써 내구성, 안정성 및 효율성을 향상시키기 위한 개발이 시급했다.
효과
① 공기의 유동이 원활해지는 효과
공기가이드에 의해 전방에서 유동하는 공기가 안내되면서 공기의 유동이 원활해질 수 있다.
② 안정성 및 내구성이 향상되는 효과
폐곡선의 형태를 가지는 블레이드에 의해 블레이드의 끝 부분이 회전축에 구조적으로 지지되어 블레이드의 회전 운동에 의한 진동이 줄어든다. 따라서 진동에 의한 블레이드의 손상을 방지할 수 있다.
[표1.블레이드 모양에 따른 효율과 소음 비교]
출처 : 미래테크
③ 소음저감효과
곡선 형태의 블레이드에 의해 블레이드를 통과하는 공기가 원활하게 후방으로 유동하게 되면서, 블레이드와 블레이드의 사이에서 발생하는 공기의 와류 현상에 의한 소음이 저감되는 효과를 기대할 수 있다.
④ 설치의 편의성 향상 효과
소음이 줄어들게 됨으로써 풍력발전장치의 설치 장소가 확대되는 효과를 볼 수 있으며, 이에 의해 가정용 또는 산업용으로 이용 범위가 확대되어 설치의 편의성 및 사용성이 향상되는 효과를 기대할 수 있게 된다.
⑤ 전력소모방지
유동하는 바람을 안내하는 공기가이드에 의해 공기가 유동되므로 기동 전력이 필요없기 때문에 기동 전력에 필요한 전력 소모를 방지할 수 있다.
⑥ 수명연장
블레이드 사이의 공기 와류 현상이 방지되는 효과로 인해 블레이드가 상기 회전축에 구조적으로 고정됨으로써 장치의 수명 연장 효과도 기대할 수 있게 되며, 효율 또한 향상된다.
[표2. 소형풍력발전기 블레이드 모양에 따른 출력 비교]
출처 : 미래테크
⑦ 자기 감속 기능
풍력 발전기는 일정 풍속 이상의 빠른 풍속이 되면 블레이드가 폭주 현상을 발생시키면서 손상이 일어나게 된다.
이 풍력발전기는 별도의 장치를 마련하지 않아도 상대적으로 전반부에 위치하는 부분과 상대적으로 후반부에 위치하는 부분이 서로 간섭되면서, 일정 풍속 이상이 되더라도 블레이드의 회전수가 일정 회전수 이상으로 증가하지 않는 장점을 가지게 된다. 감속 장치가 불필요하기 때문에 생산성 및 조립성 또한 향상된다.
참고문헌
[네이버 지식백과] 트러스구조 [Truss structure] (부동산용어사전, 2011. 5. 24., 부연사)
미래테크 홈페이지에 기재된 풍력발전 자료 http://www.mrtkorea.com/html/sub06_01.html
미래테크 홈페이지 PDF 파일
*Loopwing_Hybrid_Street_Light_E_Book_14.09.24
*루프형하이브리드가로등소개서_국문
미래테크가 출원한 루프형 풍력발전의 특허문서
(kr00001088175b1p, kr20110119242a_p, kr20140077411a_p, kr20160093827a_p)
