[2부-기술편]티끌모아 태산, 루프형 풍력발전으로 아름답게 그리는 소형풍력의 미래
앞서 말했듯이, 우리나라의 바람은 난류성이 강하고 태풍과 같이 불규칙적인 바람 특성을 가지기 때문에 풍력발전기가 받는 손상이 크다. 미래테크는 루프형 풍력발전기에 Loopwing 외에도 다양한 안전장치와 기술을 설비하여 발전기 손상을 최소화하고 설계수명을 20년까지 연장하였다.
4중 안전장치
4중의 안전장치들은 서로 독립적으로 작동하여 그 중 하나가 고장나도 안전성을 유지할 수 있다.
[그림1. 4중 안전장치]
출처 : 미래테크
① 풍속제어 제동장치
이 장치는 조속기의 개념으로 발전기의 운전이 일정 속도범위를 유지할 목적을 가진다. 블레이드의 회전속도가 빨라지면 회전축에서 판이 열리며 air brake가 바람의 흐름에 저항하여 과회전을 방지한다.
[그림2. 원심 air brake]
출처 : 미래테크
② 자기 감속기능
루프형 블레이드의 한쪽은 회전축의 전반부에, 한쪽은 후반부에 결합되어 있는데 이때 바람이 루프형 블레이드에 흐르게 되면 루프형 블레이드 전면부를 지난 바람 후류가 블레이드 후면부에 간섭하여 회전수가 자가적으로 감속 조절된다.
[그림3. 루프형 블레이드의 자기 감속 원리]
출처 : 미래테크
③ 풍압편향판
높은 풍속에서 일정 수준 이상의 풍압에 도달하면, 풍압편향판이 눌리며 뒤살개가 앞으로 고개를 숙이게 된다. 따라서 블레이드 및 회전축은 바람 방향에 대해 경사진 방향을 이루며, 회전수를 감소시켜 발전기의 과부하를 방지한다. 이후 풍압이 다시 낮아지면 회전축이 원래대로 복귀하여 정상 작동하게 된다.
이 설비는 기존의 풍력발전에서 풍속이 빨라지면, 발전기가 과부하 되어 발전부가 타버리는 것을 막기위해 발전기 블레이드의 피치각을 조절하여 발전효율을 낮추는 시스템과 유사하다.
[그림4. 풍압편향판의 작동]
출처 : 미래테크
④ 전자기 제동장치
강제적으로 날개의 회전을 제동하는 전자기 제동장치로 발전기의 과부하를 제어판이 감지하여 강제정지(브레이크), 강제편향(꼬리를 강제편향 실시)으로 발전기 손상을 막는다. 전자기 제동장치는 수동으로도 작동 가능하며, 온도상승, 과속회전 등의 신호를 받아 자동으로 작동된다.
기타 안전설비
① Truss 구조
사전적 의미로는 강재(鋼材)나 목재를 삼각형 그물 모양으로 짜서 하중을 지탱시키는 구조를 말한다. 교량이나 지붕처럼 넓은 공간에 걸치는 구조물로 많이 쓰인다. 트러스가 삼각형 단위공간으로 구성되는 이유는, 삼각형 구성은 연결점이 회전단이라 하더라도 사각형 공간일 때 보다 쉽게 변형이 일어나지 않고 안정된 형태를 유지할 수 있기 때문이다.
② Oil-Bath
부품이 오일 속에 잠겨 윤활유에 의해 윤활을 하는 방식을 말한다. 기어가 오일 속에 반쯤 잠겨 회전하면서 기어에 묻혀 올라간 오일로 윤활 되는 것이다.
→ 기존의 풍력발전기가 염해에 취약한 점을 보완하여 설비수명을 20년까지 늘렸다.
[그림5. Truss구조와 Oil-Bath]
출처 : 미래테크
유지보수를 용이하게, SNS 원격제어
미래테크가 가지고 있는 기술 중에는 SNS원격제어도 있다. 기존의 가로등은 가로등 점멸시스템에 의해서 점등 및 소등이 되고 있는데, 미래테크가 독자적으로 개발한 루프형 풍력발전기는 스마트폰이나 PC를 통하여 무선으로 관제 및 제어가 가능하다. 이것이 기존 소형발전기와의 가장 큰 차이점이다. 미래테크는 요즈음의 스마트홈과 같이, 인터넷 및 SNS 원격 제어를 통해 루프형 풍력발전장치를 조작 가능하게 개발했다. 현장에 직접 가는 번거로움을 제거하여, 인터넷이 가능한 어느 지역에서든지 노트북과 태블릿PC, 스마트폰 등으로 풍력발전장치의 감시 및 조작이 가능하다. 풍력발전에도 IOT기술이 보급되는 것이다.
[그림6. 미래테크의 풍력발전장치 공개특허 도면]
출처 : (주)미래테크, 대한민국 특허청
원격제어의 원리는 미래테크가 특허를 낸 위의 도면으로 충분히 설명이 가능하다. 본 도면은 전기발생수단과 송수신부, 충전수단, 제어부를 포함한다. 루프형 풍력발전장치의 전기발생수단은 풍력블레이드와 블레이드의 회전으로 전기를 발생시키는 발전기를 구비한다. 송수신부는 인터넷 통신기기와 데이터를 송수신하는 역할을 한다. 발전기의 충전수단은 발전기에서 생산된 전기를 충전시키기 위한 주배터리 및 보조배터리를 구비한다. 제어부는 주배터리에서 충전이 완료되면 보조배터리에서 충전이 이어지도록 제어하며, 주배터리 및 보조배터리의 충전량을 송수신부를 통해서 인터넷 통신기기로 전송하며, 인터넷 통신기기에서 제어신호를 수신하여 주배터리 또는 보조배터리에 충전되도록 제어한다.
바람이 부족할 때, 하이브리드 가로등
또한, 무선인터넷 기술인 교호 네트워크 서비스(SNS, Social Network Service)를 통하여 관리자가 원격으로 하이브리드 가로등을 제어하기 위한 관제서버 및 전자제어장치를 포함하는 하이브리드 가로등 시스템에 관한 기술로 풍력발전장치와 태양광발전장치를 복합하여 이용한 하이브리드 가로등 시스템이 있다.
[그림7. 하이브리드 가로등 시스템을 도시한 개념도]
출처 : ㈜미래테크, 대한민국 특허청
하이브리드 가로등 시스템은 관제서버와 하이브리드 가로등으로 구성된다. 하이브리드 가로등은 풍력발전장치, 태양광발전장치, LED등기구, 축전지, 전자제어장치로 이루어진다. 관제서버에 하이브리드 가로등의 ID, RF통신정보가 등록되어 이 정보를 이용해 전자제어장치를 통해 하이브리드 가로등을 제어 및 관리한다. 관제서버는 가로등의 상태 정보를 전자제어장치를 통하여 수집하고 처리하는데 하이브리드 가로등의 오작동에 대한 제어정보를 송신한다.
전자제어장치를 통하여 통신상태, 오작동 여부, 풍력발전장치와 태양광발전 장치의 전압, 전류에 대한 상태 정보, LED등기구에 대한 동작 상태 정보, 축전지에 대한 충전 상태 정보 등을 얻게 되고, 하이브리드 가로등은 관제서버로부터 전자제어장치를 통하여 제어 정보를 수신하여 제어 및 관리된다. 관리자는 관제서버에서 직접 하이브리드 가로등의 상태 정보를 확인할 수 있고, 오작동에 대한 제어명령을 송신 할 수 있다. 관제서버가 있는 실내에서 뿐 만 아니라 외부에서도 스마트폰을 이용해 하이브리드 가로등의 상태정보를 확인할 수 있고 원격제어가 가능해 단수의 관제서버에 복수 개의 하이브리드 가로등이 설치 되어 제어 및 관리 될 수 있는 것이다.
이러한 시스템으로 여러 효과를 누릴 수 있다. 먼저, 기존의 풍력발전장치, 태양광발전장치를 이용한 신재생에너지 가로등은 각각의 개별 전자제어장치가 필요하지만, 하이브리드 가로등 시스템의 경우 풍력발전장치와 태양광 발전장치를 복합하여 사용할 수 있어 천연 에너지의 사용 효율을 증대 시킬 수 있다. 또한, 기후변화에도 하이브리드 가로등에 대한 상태정보를 실시간으로 파악할 수 있고, 문제 발생 시 관리자가 현장에 직접 가지 않고서도 실시간 원격제어가 가능해 문제가 되는 하이브리드 가로등을 개별적으로 확인 하거나 관리해야 하는 번거로움이 감소하여 관리 업무의 효율성이 증대되고, 원격제어를 통한 현장 방문의 횟수가 감소하여 현장 방문에 따른 추가비용이 부담이 감소한다.
단수의 관제서버에 복수개의 하이브리드 가로등이 설치되어도 원격제어 및 관리가 가능하여 업무의 효율성을 기대 할 수 있고 나아가 하이브리드 가로등 시스템의 전자제어 장치 기술은 기계산업분야와 ICT(Information Communication Technology)산업을 접목한 융,복합 신재생에너지 산업에 이용할 수 있다.
[사진1. 국내 하이브리드 가로등 설치 사례]
출처 : 미래테크
크라우드 펀딩으로 시도되는 풍력발전 기술
풍력발전은 세계적으로 주목받고 있는 신재생 에너지임에도 우리나라에서는 풍력에 의한 발전량이 매우 저조하다. 그 원인은 우리나라의 바람이 풍력발전에 적합하지 않은 이유도 있지만, 고장난 채 헛돌고있는 풍력발전기가 또 다른 이유이다. 우리나라에 설치된 풍력발전기의 다수가 외국산이기 때문에 부속부품을 구하는 데에서 어려움이 있고, 전문기술자가 부족하여 문제가 발생하였을 때, 후속조치가 신속히 이뤄지지 못하고 있다. 이러한 국내 풍력발전의 현실에 뛰어든 미래테크는 우리나라의 특성에 따른 문제점에 맞는 개발로 다양한 해결방안을 제시하였고, 크라우드 펀딩에도 도전하였다.
2016.05.09~06.08(30일)의 모금 기간동안 “루프형 풍력발전기술”과 “가장 아름답고 안전한 소형풍력발전기”라는 스토리를 구상하여 40명의 투자자와 258,486,000원의 모금액으로 103%를 달성하였다.
이러한 도전이 가지는 의미는 매우 크다. 우리나라 환경에 적합한 풍력발전 기술을 개발하고 국내에서 발전기의 부품을 양산하게 된다면, “외국산 풍력발전기”에서 야기되는 문제점을 해결함과 동시에 침체되어왔던 국내 풍력발전 시장에 큰 돌파구로 작용할 수 있을 것이다.
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)
