풍력발전소

[agaser]

VAWT ; Vertical-Axis Wind Turbine 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 풍력발전 시스템 실용화(상용화)된 대형 시스템 없음

장 점		단 점
- 바람의 방향에 관계없이 운전가능    (요잉 시스템 불필요) - 증속기 및 발전기 지상에 설치됨		- 시스템 종합 효율이 낮음 - 자기동(self-starting) 불가능, 시동토크 필요 - 주 베어링의 분해시 시스템 전체 분해 필요 - 넓은 전용면적 필요

 HAWT ; Horizontal-Axis Wind Turbine
 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력 발전 시스템
 현재 가장 안정적인 고효율 풍력발전 시스템으로 인정되는 시스템
 현재 가장 일반적인 형태로, 중형급 이상의 풍력발전기 에서는 대부분 Upwind Type 3-Blade HAWT을
   사용하고 있음.

맞바람 형식(Upwind Type)

장 점		단 점
- 타워에 의한 풍속의 손실 없음 - 풍속 변동에 의한 피로하중/ 소음 적음		- 요잉 시스템 필요 (시스템 구성 복잡해짐) - 로터와 타워의 충돌 고려한 설계

뒷바람 형식(Downwind Type)

장 점		단 점
- 요잉 시스템 불필요 - 타워와 로터의 충돌 피할 수 있음 - 타워의 하중 감소 - 저렴한 가격으로 인해 주로 소형 풍력발전기에서 사용		- 타워에 의한 풍속의 손실 발생/풍속의 변동 큼 - 터빈의 피로하중 및 소음 증가 - 전력선이 꼬일 수 있음

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□ 가정용 소형풍력발전기 설비시장 붐 예고

 ○ 독일북부 니더잔센주 해안지방의 시범지역에서 프리벤트사의 소형풍력발전기 모델 PWG 400가 1주일 동안에 160대가 판매됐으며, 다음달에는 약 200개의 소형 풍력발전기가 추가로 판매될 것으로 전문판매상은 예측하고 있음.

  - 초속 9m의 바람에 300W 발전용량의 소형 풍력발전기 모델 PWG 400은 연간 1500㎾h의 전력을 생산할 수 있으며, 판매가격은 약 2000유로임.

  - 풍력발전기의 소음이 큰 문제점으로 지적돼왔으나, 소형 풍력발전기는 상대적으로 소음이 적어 자가발전용으로 큰 매력을 가지고 있음.

불티나게 팔리고 있는 프리벤트사의 소형 풍력발전기 모델 PWG 400

자료원 : Alphasolaris Mobile

 ○ 따라서 자가발전용 에너지시장을 선도하고 있는 태양광, 태양열발전 설비 외에도 소형 풍력발전기가 관련업계의 주목을 받고 있음. 풍력에너지는 태양에너지보다 발전이 빠르고 환경영향을 적게 받아, 재생에너지 가운데 전력생산량이 가장 높음.

  - 독일의 대표적인 전력회사 RWE는 영국의 소형풍력발전기 전문생산기업 콰이어트 레볼루션(QR: Quiet Revolution Ltd.)에 7500만 유로 투자

 ○ 또한 소형풍력발전기 분야에서 주목 받고 있는 영국의 QR사는 주력제품인 6㎾급의 QR5모델을 연말까지 75개의 풍력발전기를 생산 공급할 예정임. QR사는 2010년까지 1500개의 풍력발전기를 공급할 계획이며, 발전용량도 6㎾에서 40㎾로 높일 계획임.

  - QR5모델은 연간 6000~1만㎾h 전력을 생산할 수 있으며, 전체 시스템을 설치비용을 포함해 약 4만4000유로에 판매되고 있음. QR사는 향후 5년 안에 시장이 활성화될 경우 약 50% 이상 낮아진 2만 유로에 판매할 수 있을 것으로 예상하고 있음.

영국 Quiet Revolution사의 소형풍력발전기 모델

자료원 : Quiet Revolution

□ 전망 및 시사점

 ○ 국내에서도 높은 관심을 보이고 있는 태양광을 이용한 자가발전시스템과 같이 소형 풍력발전기를 이용한 자가발전시스템 도입이 활성화될 전망. 특히 환경영향을 적게 받는 풍력발전기와 태양광을 병합한 발전시스템이 더욱 증가할 것으로 예상됨.

자료원 : 독일엔지니어협회, 독일연방 재생에너지협회, 독일연방 풍력에너지협회

[출처] 독일, 소형풍력발전기 판매 붐 (밍그라빠의 디스플레이 포털)

소형 풍력 발전기 (400W, 1.5KW, 3KW)

http://cafe.daum.net/windturbine/Cly3/98

 

대만과 내덜란드에 설치한

소형 풍력 발전기 입니다...

기존 프로펠라 형이 아닌 원통형으로 디자인과 안전성면에서

좋은 것 같네요.....(디자인 이쁨)..

function showSideViewForScrapInfo(curObj, userid, planetUserid, targetNick) { var sideView = new SideView('nameContextMenu', curObj, userid, planetUserid, '\uC190\uB2D8', targetNick, '1FEtW', '', '\uD0DC\uC591\uAD11\uBC1C\uC804\uC18C\uC815\uBCF4\uAD50\uB958', "unknown"); sideView.hideRow("member"); sideView.hideRow("planet"); sideView.showLayer(); } function winPopup() { window.open('http://blog.daum.net/wind5700', 'DaumPlanet', 'width=936,height=672,resizable=yes,scrollbars=yes'); return; }

출처 :장애인교육원, UNESCO 세계유산 해설사 원문보기 글쓴이 : 갈바다

공진을 이용한 발전기

http://powerplant.tistory.com/6?srchid=BR1http%3A%2F%2Fpowerplant.tistory.com%2F6

풍력발전

 
풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기력학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다. 풍력 발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되고, 주요 구성 요소로는 날개(blade)와 허브(hub)로 구성된 회전자와 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(gear box), 발전기 및 각종 안전 장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 및 철탑 등으로 구성된다.

풍력발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 신 에너지 발전 기술이다. 또한 풍력 발전 단지의 면적 중에서 실제로 이용되는 면적은 풍력 발전기의 기초부, 도로, 계측 및 중앙 제어실 등으로 전체 단지 면적의 1%에 불과하며, 나머지 99%의 면적은 목축, 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 있다. 일반적으로 발전 방식에 따른 소요 면적은 풍력 1,335 m2/GWh, 석탄 3,642 m2/GWh, 태양열 3,561 m2/GWh 그리고 태양광 발전 3,237 m2/GWh로서 풍력 발전이 가장 작은 면적을 필요로 한다.

풍력 발전은 공해 물질 저감 효과도 매우 커서 200 kW급 풍력 발전기 1대가 1년간 운전하여 400,000 kWh의 전력을 생산한다면 약 120-200 톤의 석탄을 대체하게 되며, 줄어드는 공해 물질의 배출량은 연간 SO2는 2-3.2 톤, NOx는 1.2-2.4 톤, CO2는 300-500 톤, 슬래그(slag)와 분진(ash)은 16-28 톤에 달하며, 부유 물질은 연간 약 160 - 280 kg 정도 배출이 억제되는 효과가 있다.

풍력 발전 시스템의 발전 단가는 설치 지역의 풍력 자원에 따라 달라지나 현재 운전되고 있는 미국의 대규모 풍력 단지들은 약 750 $/kW의 시스템 설치비와 약 5 ￠/kWh 내외의 발전 단가를 나타내 기존 발전 방식과 경쟁 가능한 수준이다. 또한 계속적인 투자와 기술 개발이 병행되면 풍력 발전은 15년 안에 3.9 ￠/kWh의 단가 목표를 달성할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

풍력발전 관련 기술은 이미 실용화 단계이기 때문에 요소 기술 개발보다는 풍력 발전기의 저가화와 대형화 및 보급 확대에 치중하는 경향이다. 많은 국가에서 경쟁적으로 풍력 발전기를 보급하고 있으며 1994년말까지 세계적으로는 약 3,7600 MW 용량의 풍력 발전기를 설치하여 연간 약 45억 kWh이상의 전력을 생산하고 있다. 1994년 한해 동안에도 약 611 MW 용량의 풍력 발전기가 새로 설치되었으며, 인도의 경우에는 1995년도에 235.5 MW 규모의 풍력 단지를 건설할 계획이다.

현재 가장 많은 풍력 발전기가 운전되고 있는 국가는 미국, 독일, 덴마크 순으로서 미국의 경우 캘리포니아의 대규모 풍력 단지를 중심으로 1993년에는 연간 30억 kWh의 전력을 생산하여 캘리포니아 전체 전력수요의 1.2% 정도를 공급하였고, 1994년에는 약 35억 kWh의 전력을 생산하였다.

그러나 풍력발전의 비중이 가장 높은 나라는 덴마크로 98년현재 4900개의 풍력발전기에서 1,135MW를 생산 전기소비량의 7%를 담당하고 있으며 44만가구에 공급하고 있다고 한다. 또 이나라의 "에너지 21"계획에 의하면 2000년까지 10%, 2030년까지 50%로 끌어 올린다는 것이다.

국내의 기술 개발 현황은, 1단계 대체 에너지 기술 개발사 업으로 전국 64개 기상청 산하 기상 관측소의 통계 자료와 도서 및 내륙 일부 지역의 측정 자료를 이용한 풍력 자원 특성 분석이 우리 연구소에 의해 이루어 졌으나 지역적 조건에 크게 영향을 받는 풍력 자원의 특성 때문에 아직 기초 통계 자료의 정비가 미흡한 실정이다. 따라서 앞으로 풍력 발전 유망 지역에 대한 풍력자원의 정밀한 평가와 풍력 단지 건설에 대한 타당성 평가 사업이 지속되어야 한다.

풍력 발전기 개발은 한국과학기술연구원이 1단계 대체 에너지 기술 개발 사업으로 20kW급 수평축 풍력 발전기의 국산화를 시도하였고, 2단계 사업에서는 복합 재료 전문 업체인 한국화이바(주)가 다리우스형(Darrieus) 수직축 300 kW급 풍력 발전기를 개발하여 시운전을 시도하여 본 결과에 의하면 성능과 신뢰성의 확보가 충분하지는 못하였으나, 본격적인 기술 개발의 계기가 되었다.

풍력발전의 국산화와 병행하여 이용 기술을 개발하기 위한 목적으로 한국에너지기술연구소가 이미 신뢰도가 확립된 외국의 풍력 발전시스템의 도입과 국내 시스템운용기술을 접목시켜 제주 월령에 100 kW급 및 30 kW급, 20kW급 풍력 발전기를 여러기 설치해 가동하고 있으며, 계통 연계형 풍력 발전기의 이용 기술 개발과 성능과 운전 특성에 대한 각종 측정과 분석 작업을 수행하고 있다.

이밖에도 제주 중문단지에 250kW급이 운영되고 있으며, 최근에는 제주도에서 제주지역을 무공해 청정지역으로 발전시킨다는 목표아래 600kW급 풍차 2기를 구좌읍에 설치하여 가동하는 등 97년 현재 11기 용량 1,913KW 정도이다.

내용출처 : 본인작성

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1

• Re: 풍력발전은 어떤 원리로 되어 있나요?
•  
• 초원의목장님  
• 2008-08-08 01:17
•  

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개요

원 리

• 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술

특징 및 시스템 구성

• 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치, 제어장치
  등으로 구성되어 있으며 각 구성요소들은 독립적으로 그 기능을 발휘하지 못하며 상호 연관되어
  전체적인 시스템으로서의 기능 수행
  • 기계장치부
    • 바람으로부터 회전력을 생산하는 Blade(회전날개), Shaft(회전축)를 포함한 Rotor(회전자),
      이를 적정 속도로 변환하는 증속기(Gearbox)와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한
      Brake, Pitching & Yawing System등의 제어장치부문으로 구성
      • 주) Gearless형은 Gearbox 없음
        
        
  • 전기장치부
    • 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성
      
      
  • 제어장치부
    • 풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching
      Controler와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System
      으로 구성
      • 주) Yaw Control : 바람방향을 향하도록 블레이드의 방향조절
      • 주) 풍력발전 출력제어방식
        • - Pitch Control
        • ·날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어
        • - Stall(失速) Control
        • ·한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에
          의한 제어
        [풍력발전시스템(Geared Type)]

풍력발전시스템 분류

구조상 분류(회전축 방향)	수평축 풍력시스템(HAWT) : 프로펠라형
	수직축 풍력시스템(VAWT) : 다리우스형,사보니우스형
운전방식	정속운전(fixed roter speed type) : 통상 Geared형
	가변속운전(variable roter speed type) : 통상 Gearless형
출력제어방식	Pitch(날개각) Control
	Stall(失速) Control
전력사용방식	계통연계(유도발전기, 동기발전기)
	독립전원(동기발전기, 직류발전기)

회전축방향에 따른 구분

[수직축 발전기]

[수평축 발전기]

• 풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는
  수직축 발전기와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 발전기로 구분
  
  • 수직축은 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용 가능하지만
    소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음
  • 수평축은 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받음
  • 중대형급 이상은 수평축을 사용하고, 100㎾급 이하 소형은 수직축도 사용됨

운전방식 따른 구분

[Geared형 풍력발전시스템]

[Gearless형 풍력발전시스템]

기어형 및 기어리스형 특성

• 기어형
  
  • 대부분의 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 풍력발전시스템에 해당되며 유도형
    발전기기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치가
    장착되어 있는 형태임
  • 증속기(Gear Box :적정속도로 변환)필요, Inverter 불필요
  • 정속 : 발전기 주파수를 올려 한전계통에 적합한 60Hz 맞춤
  • 대부분 정속운전 유도형 발전기 사용
  • 유도형 발전기의 높은 정격회전수에 맞추기 위해 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치 장착
  • 회전자→기어증속장치→유도발전기(정전압/정주파수)→한전계통
    
    
• 기어리스형
  
  • 대부분 가변속 운전동기형(또는 영구자석형) 발전기기를 사용하는 풍력발전 시스템에
    해당되며 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어 장치가 없이 회전자와 발전기가 직결되는
    direct-drive 형태임
  • 가변속 : 한전계통 주파수와 맞지 않기 때문에 Inverter 필요
  • 가변속운전 동기형(또는 영구자석형)발전기 사용
  • 다극형 동기발전기를 사용하여 증속기어장치 없이 회전자와 발전기가 직결되는 direct-drive
    형태임
  • 발전효율 높음(단독 운전의 경우 많이 사용되나 유도발전기보다 비싸고, 크기도 큰 단점있음)
  • 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→한전계통

• 주) Hub : 블레이드가 모인 중심부분
• 주) Nacelle : gear box, generator 등이 있는 구동실

기어형 및 기어리스형 풍력시스템의 구성

• 기어형
  
  • 회전자 →기어증속장치 → 유도발전기(정전압/정주파수) → 한전계통
    
    
• 기어리스형
  
  • 회전자(직결)→동기발전기(가변전압/가변주파수)→인버터→ 한전계통

기어형 및 기어리스형의 비교분석

• 기어형
  
  • 장점
    
    • 저렴한 제작비용으로 고신뢰도의 동력전달계 구성 가능함
    • 장기간의 기술적 노우하우와 경험을 바탕으로 신뢰도가 매우 높음
    • 보편적 요소기술로서 어느 지역에서도 설계제작이 가능한 보편기술임
    • 유지보수가 용이하며 부분품의 교체로서 쉽게 성능유지가 가능함
    • 계통연계가 간편하고 용이한 기술적 특성을 지님
      
      
  • 단점
    
    • 증속기어의 기계적 마모나 이에 따른 유지관리상의 문제야기 될 수 있음
    • 기계적 소음발생의 원인이며, 고장발생의 주요원인이 될 수 있음
    • 통상 전체시스템의 운전수명인 20년 보다 짧은 8∼10년이내의 운전수명을 지님으로서
      유지관리 비용의 상승을 초래함
    • 저출력시 추가적인 보상회로에 의한 역률개선이 필요하게 됨
      
      
• 기어리스형
  
  • 장점
    
    • 증속 기어장치등 많은 기계부품을 제거할 수 있음
    • 넛셀(nacelle) 구조가 매우 간단 단순해져 유지보수상의 간편성 증대
    • 증속기어의 제거로 기계적 소음의 획기적 저감
    • 역률제어가 가능하여 출력에 무관하게 고역률 실현가능함
      
      
  • 단점
    
    • 매우 크고 무거우며 제작비용이 많이 들어가는 다극형 링발전기가 필요함
    • 다극형 동기발전기 공극이 외기에 노출되어 염해나 먼지등의 부유물에 영향을 받을 수
      있으며, 전기적 절연성에 있어서의 안전성 확보가 절대 필요함
    • 중량이 큰 발전기를 외팔보 형태로 지지해야 하는 구조적 문제가 있음
    • 장기적 입장에서 인버터등 전력기기의 신뢰도에 대한 검증이 되지않음
    • 인버터등 전력기기의 계통병입으로 고주파등을 발생할 가능성이 있음
      
      
    • ※ 증속기종류 : 마찰원판, 벨트, 체인, 기어
      • Geared Type, 정속운전, 유도발전기에 사용
      • 약 30rpm정도로 회전하는 풍차날개 끝의 속도는 음속의 2배이상을 넘기 때문에
        60HZ인 경우에 극수에 따라 1,200rpm에서 3,600rpm사이에서 회전하는 발전기와
        직접연결 된다면 시스템에 미치는 영향은 상상하기 힘듬
      • 또한 발전기의 극수를 늘리면 발전기 회전수를 풍차날개의 회전수의 정도로 낮출수
        있지만, 발전기 회전자의 질량은 거의 토오크와 비례하기 때문에 발전기 무게가 매우
        무거워 지며, 극수가 늘어남에 따라 가격도 비싸짐
      • 따라서 일반적으로 느린 회전수에 큰 토오크를 가진 풍력에너지를 빠른 회전수에
        작은 토오크를 지닌 발전기에 사용하기 위해서는 동력전달장치로 증속기를 사용함
      • 소형 풍력발전기 : 마찰원판, 벨트, 체인, 기어 사용
        • 기어타입 : 평기어 많이 사용
      • 대형 풍력발전기 : 치차를 많이 사용
        • 동력전달 효율이 좋으며, 내구성 큼
        • 기어타입 : 헬리컬기어(helical gear) 많이 사용, 용량이 커짐에 따라 고속회전운동이
          원활하고 충격에도 잘견디며, 소음이나 진동발생 적음

풍력발전 출력제어방식

• Pitch Control
  • 날개의 경사각(pitch) 조절로 출력을 능동적 제어(경사도 조절장치는 유압으로 작동. 장기간
    운전시 유압장치실린더와 회전자간의 기계적 링크부분의 손상이 우려되며, 빠른 풍속변화시
    순간적 피크발생으로 시스템손상우려)
    
    
• Stall(失速) Control
  • 한계풍속 이상이 되었을 때 양력이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에
    의한 제어로 고효율 발전량생산 및 기계적 링크가 없어 유지보수 수월 (피치각에 의한 능동적
    출력제어가 불가능하여 과출력 가능성이 존재하며, 제동효율 좋지못함. 복잡한 공기역학 설계
    필요)

▲대관령에 설치된 750Kw급 풍력발전기

강원도 대기리 풍력발전 단지

기타 풍력발전에 대한 이해를 원하시면 아래 카페를 방문해보시면 도움이 될 것입니다.

내용출처:

[카페] 태양광 발전사업 동호회

http://cafe.daum.net/solartech114

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청정 에너지 생산을 위한 풍력 터빈-기술 및 문제점

1. 머리말

지구 온난화 문제의 해결을 위한 대체 에너지 방안 중 하나로 '풍력 터빈(wind turbines)'을 이용한 청정 에너지의 생산이 최근 많은 관심을 끌고 있다. 풍력 터빈 기술의 급속한 발전과 함께 풍력 터빈은 지역 사회의 환경까지도 변화시키고 있다.

풍력 터빈은 전기를 생산할 뿐 아니라 지자체에게는 세수익을, 토지 소유자들에게는 약 25년에 걸친 리스 계약 기간 동안 수천 달러의 수익을 안겨준다. 풍력 발전 (wind power generation)은 지난 몇 년 동안 매우 빠르게 증가해 왔으며, 2002년 말까지의 통계에 따르면, 전체 미국 풍력 발전량은 4,685 메가와트(MW)에 달한다고 한다.

이에 본고에서는 '바람'에 의해 에너지를 생산하는 풍력 터빈의 다양한 기술적 발전 분야들에 대해 간략히 살펴보고, 미국 전역에서 최근 풍력 발전이 다시금 조명 받고 있는 현상을 짚어보고자 한다. 또한 풍력 터빈의 설치로 인해 주변 환경의 생태계를 우려하는 많은 환경 및 야생 단체들, 기존 지역 사회 주민들의 풍력 터빈 설치에 대한 입장에 대해서도 함께 살펴보도록 한다.

2. 본론

풍력 발전기는 크게 수직 축을 갖는 풍력 발전기와 수평 축이 있는 풍력 발전기로 분류된다. 현재 육상과 해상에 있는 풍력 발전소에서는 풍차와 풍력 터빈을 이용하여 상당량의 전기를 생산하고 있다. 풍력 에너지의 가치는 저비용으로 전기를 생산할 수 있다는 점으로, 제조업이나 재료 산업에게는 새로운 비즈니스 기회를 제공해 주고 있다.

1994년 이래 전 세계 풍력 발전 시장의 성장은 매년 30% 이상을 기록하고 있으며, 대규모의 풍력 발전소 (wind farm)에서의 에너지 비용은 좋은 위치에 설치했을 경우 $0.05/kW 에 미치지 않는 추세이다. 풍력 발전의 한 축인 풍력 터빈은 바람의 운동 에너지로부터 전기를 생산하는 데 사용된다. 역사적으로 보면 풍력 터빈은 종종 기계를 운전하기 위한 기계장치로 사용되어 왔다. 다양한 기술적인 발전 분야로는 풍력 터빈과 레이더 시스템의 연계, 터빈의 구성 부품 재료의 경량화 및 변속 장치에서의 기술 발달을 꼽을 수 있다.

먼저 '풍력 터빈과 레이더 시스템의 연계'는 국가 안전과 관련해 기술 발전이 요구되는 분야이다. 최근 미국 국방부는 풍력 발전소가 군사용 레이더 설치에 미치는 영향에 관한 보고서를 발간했다. 이 보고서는 미국 공군이 기존에 발표한 '풍력 발전이 군사용 레이더 설치에 미치는 영향은 미미하다'는 내용과 상이하다는 점에서 흥미롭다. 이에 미 국방부는 국가 안보에 관한 관심사항들을 해결하고 현재 시스템의 신뢰를 유지하기 위해 한층 더 노력하고 있다.

다음으로 '터빈의 구성 부품의 경량화'는 그간의 기술 발달에 힘입어 향상될 수 있는 분야라고 할 수 있다. 특히 블레이드와 타워에 소요되는 재료 비용은 상당히 중요하다고 할 수 있는데, 타워 무게는 지반 위 터빈의 무게 중 60% 가까이 차지하기 때문에 고도로 정련된 경량, 고강도 재료가 사용되고 있다.

마지막으로, 또 하나의 기술 발달이 요구되는 부분으로 구동렬(驅動列, drive train)에 있는 '변속 장치'가 있다(그림 1). 일부 경우에 변속 장치는 변속 발전기와 반도체를 이용한 전자 변환기를 사용하여 유틸리티 품질의 교류 전류 (AC) 전력을 생산하고 있다. 이것은 작은 기계에서 시작되었지만, 지금은 100 kW에서 3MW에 이르는 터빈 크기로 확산되고 있다.

미국 국가 조사 위원회 (National Research Council)는 풍력 발전소가 15년 내에 국가 전기량의 7%에 달하는 상당량의 에너지를 생산할 것으로 예측하고 있다. 1980년에 뉴 햄프셔에서 최초로 풍력 발전소가 세워진 이래 이 같은 성장은 실로 괄목할 만하다고 할 수 있으며, 현재는 총 36개 주에서 운영되고 있다.

풍력 터빈의 설치로 에너지 생산뿐 아니라 지역 사회에 안겨주는 주는 혜택 또한 증가하고 있다. 예를 들어, 미국 미주리 주에서는 상업용 풍력 발전소의 설치에 힘입어 관광객이 늘어나면서 약 30만 달러에 달하는 새로운 세수입이 생겼고 이에 대한 자부심과 함께 관심 또한 증가하였다. 262 피트에 달하는 풍력 터빈의 웅장함은 이렇듯 주변 환경마저 바꾸어 놓고 있는 것이다.

미국 Department of Energy는 최근 대규모 풍력 터빈 (Large wind turbine, LWT) 연구에 대한 성능 목표를 제시했다. 이는 2012년까지 Class 4 (5.8 m/s at 10m)의 바람에 적용 받는 대규모 풍력 시스템의 전기 비용을 3.6 cents/kWh까지 낮추고, 2014년까지 Class 6 (6.7 m/s at 10m)의 바람에 적용 받는 전기 비용을7 cents/kWh까지 낮춘다는 것이다.

현재 풍력 터빈은 미국 전역에 걸쳐서 Class 4 바람 지역에서 0.04~0.09 cents/kWh를 생산할 능력을 갖고 있다. 한편Department of Energy는 미국 풍력 에너지 기술을 적용할 수 있는 분야와 풍력 에너지 시스템의 사용에 따른 제한 사항 및 기회들을 아래와 같이 정리했다 (표 1)

풍력 에너지는 청정 에너지이지만 풍력 발전소 인근에 사는 지역 사람들에게 있어 소음은 해결되어야 할 문제이다. 현재 풍력 터빈은 거주자들과 풍력 발전소가 평화롭게 공존할 수 있도록 부분 하중 하에서 강제적으로 운영되도록 하고 있다. 하지만 부분 하중 (partial loading) 하에서의 운영은 결국 저에너지 생산과 연결되기 때문에 또 다른 문제를 낳게 된다.

현재 많은 제조업자들은 풍력 에너지의 단점인 소음을 개선하기 위해 부단한 노력을 기울이고 있다. 소음의 주요 원인은 로토 블레이드와 톱니바퀴의 회전에 기인한다 (그림 1). 이런 소음들이 풍력 터빈으로 전달되어 밖으로 방출되면서 주변의 거주자들은 마치 모기들이 일정하게 윙윙거리는 소리처럼 불편함을 느끼게 되는 것이다. 풍력 터빈에서 발생하는 소음과 이로 인한 지역 주민의 불편함은 풍력 터빈의 설치 자체를 막는 원인이 되고 있다.

3. 맺음말

풍력 터빈을 이용한 청정 에너지의 생산은 지구 온난화 문제 해결을 위한 에너지 자원의 대체제로, 상당한 기술의 발전이 요구되는 장치라고 할 수 있다. 기존 석탄에 의존해 전기를 생성하는 발전소는 탄소를 배출하는 데 반해, 풍력 발전소는 탄소를 배출하지 않는다. 이는 지구 온난화에 잠재적으로 기여할 수 있다.

본문에서 살펴보았듯이 풍력 터빈의 기술적인 발전에 있어 요구되는 것은 1) 경량 재료의 개발, 2) 소음 문제의 해결, 3) 레이더 기술과의 연계, 4) 변속 장치의 발전, 5) 새들에 의한 위험요소 해결이라고 할 수 있다.

최근에는 풍력 터빈 주변 환경의 생태계를 우려하는 많은 환경 및 야생 단체들, 기존 지역 사회 주민들의 풍력 터빈 설치에 대한 인식이 많이 달라지긴 했지만, 여전히 소음 문제는 지역 사회 주민들의 불만의 대상이 되고 있는 것이 현실이다. 하지만 이 같은 문제는 풍력 터빈의 기술적인 발전에 의해 해결 가능하리라 생각한다.

자료출처-김진이 : jin5176   Missouri Western State University

참고문헌

1. E. Muljadi and C. P. (2003). “Butterfield, Dynamic Simulation of a Wind Farm With Variable-Speed Wind Turbines,“ Journal of Solar Energy Engineering, 125(4): 410-418.

2. D. A. Griffin, D. Berry, and M. Zuteck. (2004). “Development of Prototype Carbon-Fiberglass Wind Turbine Blades: Conventional and Twist-Coupled Designs.“ 2004 ASME Wind Energy Symposium, Reno, NV, 5-8 January 2004. American Society of Mechanical Engineers; pp. 1-12.

3. US Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy, http://www1.eere.energy.gov/windandhydro/wind_research.html. Retrieved on Sep. 14, 2008.

4. http://www.alternative-energy-news.info/technology/wind-power/wind-turbines/. Retrieved on Sep. 14, 2008.

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바람개비 1개의 경제학

5MW 1기 2497가구 전력 공급

입력 : 2008.09.10 10:10

[이데일리 박성호기자] 포스코건설은 최근 전남 서남해안 해상에 전라남도와 함께 2조5000억원 규모의 풍력발전단지를 조성하기로 했다. 이미 포스코건설은 작년 3월 총 사업비 820여억원을 들여 강원도 횡성군 태기산풍력발전 사업을 시작한 바 있다.

전남 서남해안 해상에 세워질 이번 풍력발전단지는 설비용량만 600㎿에 이를 정도의 세계 최대 규모다. 포스코건설과 전라남도는 이 지역에 설비용량 5㎿급 풍력발전기 120기를 설치할 예정이다.

◇ 설비용량 600㎿..30만가구 전력공급 가능

▲포스코건설의 강원도 횡성 태기산 풍력발전단지.

5㎿급 풍력발전기의 연간 발전용량은 얼마나 될까. 5㎿급 풍력발전기는 연간 최대 1만1388㎿h의 전기를 생산할 수 있다. 이는 최대출력 5㎿에 8760시간을 곱한 후 바람이 불지 않는 시간을 감안한  발전기 예상 이용률 26%를 곱한 값이다.

이런 발전기가 120기가 있다고 가정하면 전남 서남해안 풍력발전단지에서는 연간 136만6560㎿h의 전기를 생산해 낼 수 있다.

한국전력에 따르면 국내 가구당 평균 전력 소비량은 연간 4560㎾h 정도다. 따라서 이 전력으로는 약 29만9684가구에 전기를 공급할 수 있다. 5㎿급 풍력발전기 1기당 약 2497가구, 웬만한 면(面) 하나 정도의 가구수다.

◇2㎿급 풍력발전기 1기 22억원

5㎿급 풍력발전기는 아직 상용화되지 않았다. 따라서 현재로서는 5㎿급 발전기의 값을 정확하게 알 수 있는 방법은 없다.

현재 상용화된 풍력발전기 최대 설비용량은 3㎿급이다. 포스코건설은 작년 3월 횡성 태기산 풍력발전단지에 2㎿급 발전기를 설치했다. 이 발전기 1기당 공사비용은 36억. 순수 발전기 1기 가격은 22억원 정도다.

국내 전력생산의 36%정도를 차지하는 원자력발전의 공사비용이 5000억~8000억원 정도인 것에 비하면 다소 초기 공사비용이 과한 편이다. 100만㎾급(1000㎿) 원전 2기가 설치돼 있는 신고리원전 1,2호기의 공사 낙찰가가 약 6500억원 정도였다.

하지만 원전은 전기생산비용이 추가로 들고 방사성폐기물 처리비용까지 부담해야 하기 때문에 장기적으로는 풍력발전의 경제성이 좋아질 수 있다.
 
■ 5㎿ 풍력발전기 1기의 경제학
- 연간 전기 생산량 : 1만1388㎿h
- 1가구 당 평균 연간 전력소비량 : 4560㎾h
- 5㎿급 풍력발전기 전력 공급 가능 가구수 : 2497가구
- 2㎿급 풍력발전기 연간 전기생산량 : 4556㎿h
- 2㎿급 풍력발전기 전력 공급 가능 가구수 : 약 1000가구
- 2㎿급 발전기 가격 : 약 22억원

이데일리 박성호 기자 juntark@

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태기산 풍력발전소

(주)태기산풍력발전 조성

태양광 발전사업도 활발

【횡성】고유가 시대를 극복하고 환경을 보존하기 위해 신재생에너지 사업이 전국적으로 활발히 진행되고 있는 가운데 횡성군이 신재생에너지 메카로 거듭나고 있다.

횡성군은 (주)태기산풍력발전이 2006년부터 건설하고 있는 태기산풍력발전단지 조성사업이 마무리에 들어감에 따라 12월에는 가동에 들어갈 수 있을 것으로 전망했다.

총사업비 8,200억원을 들여 둔내면 삽교리 1번지에 건설되고 있는 태기산풍력발전단지에는 2MW급 풍력발전기가 횡성에 9기, 평창 11기 등 모두 20기가 설치됐으며 본격적으로 가동되면 2만5,000가구가 1년동안 사용할 수 있는 9만MW 규모의 전력을 생산할 수 있다.

횡성군에는 태기산풍력발전단지 이외에도 (주)원천환경개발(대표:김창운)과 한국농촌공사가 강원도로부터 전기사업자 허가를 받아 횡성읍 학곡리와 우천면 법주리에 각각 태양광발전사업을 추진하고 있다.

이명우기자

가정용 풍력발전기 있습니다~
현재 많은 사람들이 사용도 하고 있구요 ㅋ

아래 사진은 사용되고 있는 모습입니다.

가정용 풍력 발전기 시스템의 가격은 995 유러정도 입니다

환률에 따라 다르겠지만...

님의 말씀대로 150만원정도 할듯하네요...

가정용 소형 풍력발전기는 .....

600W ~ 1kW , 2kW , 3kW , 5kW 등이 있구요~

주로 1.2kW가 많이 설치된다고 하네요

가격이 문제가 아닌, 발전량이 문제 입니다.

한가정의 전력소비가 약 200kw/월 인경우, 일일 약 7kw의 전기가 소비됩니다.

일반적인 풍력발전기는, 약 10~30%의 효율을 가집니다.(지역별로 좀 다르답니다)

말씀하신 풍력발전기의 제원이 있을것이고, 분명, 00kw 라는 표시가 있을것이구요, 그 수치의 20%가 시간당 발생량(평균)이라고 보시면 됩니다.

예를 들어, 1.5kw 제품을 설치하신다면, 실제평균발생량은, 시간당 300W입니다. 일일 약 7kw정도 이지요.

단, 이 수치는 평균입니다. (말 그대로 바람은 제멋대로 붑니다)

당연히 도시전력이 들어와 있을테니까, 풍력발전기의 전원을 도시전력과 연계하는 "계통연계형"이 적합할것 같구요,

100% 풍력발전기를 사용하신다는 생각보다, '절약' 하신다는 생각으로 설치하시는게 맞을것입니다.

또한, 풍력발전기는 크게 2종류로 나뉩니다.

많이 보신대로, 프로펠러형이 있구요(수평형), 원통형, 또는 2중날개형(수직형)의 제품도 있습니다.

가정에 설치시 고려사항은, 주변건물의 높낮이, 제품의 소음도, 풍력발전기에 내장되어있는 발전기의 형태 등등을 잘 보셔야 합니다.

말씀대로, 150만원의 투자로, 4개월 이후부터 "공짜"로 전기를 쓸수 있다면 얼마나 좋겠습니까만, 말씀드린대로, 절약한다고 생각하시구요, 집과 어울릴수 있는 디자인이 많이 있으니까, 좋은 제품 선정하시기 바랍니다.

풍력발전에서 프로펠러가 큰이유는 바람을 많이 받기 위해서 입니다.

무부하시 프로펠러가 작으면 빨리 돌기는 할수 있겠지만 그곳(발전시스템)에 걸린 부하(힘)을 이겨내질 못해 회전할수 없기 때문입니다.

즉 충분한 회전력(힘)을 받기 위해 프로펠러가 큰것입니다.

발전기를 손으로 돌릴때 어떤 전기기구를 연결해서 쓰면 잘 안돌아 간다는 것은 발전기 자체에 직접적으로 전기기구가 연결되어 있어서 그만큼 힘을 받기때문에 그런것 같습니다.

님의 말씀대로 이경우 발전기에 충전지를 연결하고 충전지에 전기기구를 연결하게되면 그만큼 부하(힘)이 걸리지 않으니 잘 돌아는 가겠지요.....

다만 연결된 전기기기의 전기 사용량을 발전 및 충전시스템이 감당할수 있느냐가 관건 입니다.

대부분의 경우 발전시스템의 발전 용량상 적은 적력의 전기기기가 아니라면 꺼져버릴 껍니다.

그리고 전기를 만들때 1초에 몇번 터빈이 회전해야 전기가 생산되는지 얼마만큼의 전기를 생산하느냐에 따라 틀립니다.

전기생산 시스템에는 초당 몇바퀴가 아닌 발전기 내부 코일의 감김수 및 자력선의 힘의 크기와 저항에 따라 많은 변수가 있습니다

발전기의 날개가 1미터씩 커지면 발전량은 20% 증가한다는 연구결과가 나와 있습니다

그래서 대형 풍력발전기의 날개지름이 50미터나 됩니다

높이 80미터에 50미터짜리(무게는 약 3톤) 날개가 돌아가면서 발전이 되는거지요

풍력발전기 설치의 조건

1. 적정풍속이 요구됩니다

  최소 3m/s   ~ 10m/s 의 바람이 불어야 발전이 됩니다

그렇지 않으면 고철덩어리에 불과하죠

2. 사용용도를 결정해야 합니다

  발전기 용량이 종류별로 많기에 설치하고자 하는곳의 전력량을 계산하여 적정한 용량의 발전기를 선택합니다

  보통 가정용 전기가 3kw이므로 2키로나 3키로 급이 주로 설치 됩니다

3. 시공회사  선정

   발전기 시공경험이 풍부한 회사를 선택하는 것이 중요합니다

   국내의 유니슨, 효성,등의 회사가 있지만 이는 대형 발전기 설치 업체이고

소형부분은 벤토코리아(www.windfree.co.kr). 효림로다 등이 있습니다

4. 설치 비용

    2키로급은 대략 700만원 정도   3키로급은 1천만원정도 입니다

5. 한전전기와 병행사용

   메인 전원을 풍력으로 하고  바람이 불지 않을시 자동적으로 한전전기로 전환되게 설치해야 가전제품을

   안정적으로 사용할수 있습니다 . 이 시스템을 채택하는 회사가 벤토코리아 입니다

내용출처 : 본인작성

windman(ven****)  

2008-09-18 19:27

 

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풍력발전중 스카이타워에 대해 질문있습니다.

 

비상다람쥐님

조회 500  답변 1  2007-05-15 02:15

 

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마크바필드 회사의 스카이타워를 보면 건물을 이용해 바람을 모으고 가운데 나선형 모양의 수직풍력터빈축을 돌리는 형태로 공동시설에 필요한 전기를 풍력발전으로 대체한다는 것인데..
나선형의 수직터빈을 돌리게 되면 그것은 바람의 힘을 그대로 이용하는 것으로 항력을 이용하는 것이 됩니다. 저는 항력보다는 양력을 이용하는 것이 훨씬 효율적이라고 배웠습니다만 왜 굳이 수직터빈축을 만든 것일까요?
예를 들면 나선형을 촘촘하게가 아닌 길게해서 바람이 도망가지 않도록 잡고 옥상에 프로펠러를 건설하면 상승기류를 양력으로 이용할수 있지 않을까요?
그렇게 하지않은 몇가지 이유를 나름대로 생각해보았는데
첫째로는 프로펠러가 자칫 부러지면 대형사고가 날수 있다.
둘째, 풍력발전기을 세우려면 인가와 500m이상 떨어지게하는데 그 이유중 하나가 소음때문이니까 소음공해때문에
셋째, 프로펠러가 돌면서 생기는 진동때문에 건물에 무리를 줄수가 있다.

옥상에 대형 프로펠러를 만들지 않더라도 양력을 이용할 수 있는 방법은 여러가지가 있을 것이라 생각하는데 항력을 이용한 수직풍력축을 만든 이유가 궁금합니다.
그리고 발전기를 지하에 만들어서 소음을 줄이는 건가요? 그게 맞다면 프로펠러를 옥상에 만들고 축으로 연결해서 지하에 발전기를 만들면 안되나요?(이 질문은 일반 풍력발전기에서도 생기는 궁금점입니다.)
전문적인 조언 부탁드립니다.

• Re: 풍력발전중 스카이타워에 대해 질문있습니다.
•  
• 차칸마을님  
• 2007-05-15 18:47
•  

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풍력발전은 바람의 에너지 중 일부만 사용합니다.

바람이 부는 전체 면적을 다 사용할 경우 풍속이 빨라지거나... 변화가 있을때 능동적으로 대처가 불가능합니다.

항력과 양력은 비슷하면서도 많이 다릅니다.

특히 양력으로 동력을 얻기 위해서는 속도가 있어야 합니다.

바람의 저항을 받는 항력에서 속도가 빨라지면 양력이 발생합니다.

항력 다음에 양력이 발생하므로 우선적으로 항력에 대한 적적한 대처가 필요합니다.

즉 바람의 변화와 속도에 따라 일정한 전기를 생산하기 위해서는 바람의 속도와 에너지를 적절하게 조정하는 시스템이 반드시 필요합니다.

풍력발전은 전세계의 엔지니어들이 모두 메달려 있다고 할수 있습니다.

재생에너지중에 가장 경제성이 있는 풍력을 이용하기 위한.. 보다 안전적인 시설이 필요합니다.

대기는 위치와 고도에 따라 힘의 에너지가 다릅니다.

그러므로 긴 튜브를 이용해 바람의 길을 만들고 그 모아진 바람으로 풍력발전이 가능하지만.

(일반적으로 굴뚝은 높이가 10m 만 되면 기압차에 의한 대기의 흐름이 자연 발생합니다.)

상업적인 발전을 하기 위해서는 먼저 바람이 부는 방향에 따라 튜브의 방향을 바꿔 줘야 하는것...

기타 등등... 기술적인 어려움이 있습니다...

우리가 피카소나 기타 추상화의 유명한 화가들의 그림을 이해 하지 못하는것은 그 사람들의 과거를 모르기 때문입니다.

풍력발전의 개발의 역사는 인류의 역사와 비슷할 것입니다. 돋단배도 하나의 풍력에너지를 이용하는 것 이므로...

풍력발전의 가장중요한 부분이 블레이드(프로펠라) 즉 날개 입니다. 날개가 3개인것은 서로 힘의 벡터에 대한 균형 때문입니다.(한개 2개 짜리도 있음)

전세계적으로 안전적인 날개를 만드는 회사가 몇 되지 않습니다.

로켓을 설계하는것 보다. 블레이드 만드는것이 더 어렵다.. 합니다.

대관령에 설치된 2,000kw 급 블레이드의 최고 속도는 음속을 돌파 합니다.

그리고 악천후와 낙뢰 등에 대한 안전도.. 기타 등등...

소음에 관한 문제는 그리 큰 문제가 되지 않습니다.

바람은 소리가 나게 되어있고... 어느정도 귀에 거슬리지만. 실내에 있다면..

소리는... 공기의진동으로 만들어 집니다. 그러므로 바람소리는 바람을 타고 뒤로 흐르므로

그렇게 문제가 되지 않습니다...

바람이 빨라지면 소음도 심해 지지만. 실내에 있으면... 그리 괘로운 정도가 아닙니다. 도시 생활하는 일반적인 소음정도 입니다...

다만 귀칙적으로 반복되는것은 조금 귀에 거슬리지만. ...

풍력의 진동은 많은 문제 점이 있으나 그에 대한 기술이 집중적으로 개발되고 있습니다.

일번적인 소형 풍력은 개인을 상대하므로.. A/S 나 관리 등은 부실할수 있으나.

대형 풍력발전은 펀드와 기타 대규모 장치 산업이므로.. 충분한 검토와 관련 전문가들의 판단이 필요합니다.

또한 판단에 따른 책임이 반드시 있는 대규모 프로 젝트 입니다.

한국은 몇년새 "풍력"이 하나의 트렌드가 되어 있습니다.

여기 저기에서 풍력발전기를 개발하고 있으며... 세계최초... 혹은 고효율.. 등 여러 기사가 언론을 통해 나오고 있습니다.

풍력발전은 단순히 바람이 부는  힘을 이용하는것 외에 태풍과 돌풍시 안전성등... 안전에 대한 제약이 아주 까다롭습니다...

이 모든것을 통과 해야 상업 발전용으로 인정을 받을수 있습니다.

성수대교처럼 붕괴되면 그 회사와 설계팀 .. 그리고 감리 회사 등은.. 줄줄이 망합니다.

답변이 부족하지만. 도움이 되었으면 합니다.

꾸벅

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미려한 나선형 풍력 발전기 

 http://powerplant.tistory.com/5?srchid=BR1http%3A%2F%2Fpowerplant.tistory.com%2F5

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일본, 풍력발전 기술동향

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-08-04

오늘날 자연에너지를 이용한 발전기술은 풍력발전을 시작으로 지열발전, 태양광발전, 소형수력발전, 조력발전, 해양온도차발전 등 다양하다.

 

이 중에서도 풍력발전은 19세기 말에 유럽에서 실용화된 후 덴마크를 중심으로 착실한 연구개발이 계속되어, 제1차 석유위기 후의 1977년에는 덴마크에서 대규모 풍력발전 프로젝트가 시작되었다. 1990년대 이후는 지구환경과 자원, 에너지문제의 관점에서 풍력발전이 급속하게 주목받게 되어 세계적으로 활발하게 개발, 도입이 진행되고 있다.

이러한 동향에 동조하는 형태로 일본에서도 풍력발전의 도입이 진행되고 있어 2008년 3월 말 현재, 풍력발전 도입량은 167만kW를 넘었다. 이것은 정부와 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO; New Energy and Industrial Technology Development Organization)에 의한 도입 촉진정책, 전력사업자에 의한 풍력발전 전력의 우대수매 등 여러 가지 시책에 의한 것이다.

또, 1기당 평균 설비용량(총 설비용량/총 설비기수)을 보면, 2004년도 말부터 1,000KW를 넘어 대형화가 진행되고 있는 것을 알 수 있다. 더욱이 복수의 풍력발전기를 설치한 집합형의 풍력발전소(윈드팜; wind farm)의 설비도 증가하고 있다. 일본에서 2008년 3월 현재, 가동하고 있는 풍력발전 설비는 400여 건정도이나, 이 중 총 출력 10,000KW 이상의 대규모 윈드팜은 59건으로 대부분이 전문 풍력발전사업자에 의해 건설되고 있다.

현재 주로 도입이 진행되고 있는 대형(1,000kW 이상) 풍력발전에서는 프로펠러(propeller)식 풍력발전시스템이 주류이다. 풍력발전에서 바람에너지로부터 얻은 기계적 동력에너지의 비율(출력계수)은 최대 약 60%로 되어 있다(Betz의 이론). 그러나 실제로는 공기저항과 기어, 발전기 등에서의 에너지손실로 자연에너지로부터 얻을 수 있는 전기에너지는 30%정도라고 한다. 때문에 될 수 있는 한 안정적이고 효과적으로 전기에너지를 얻으려는 관점에서 풍력발전 시스템을 구성하는 각 기기의 과학적, 전기적 구조의 개량과 재질 등의 연구개발이 진행되고 있다.

최근 풍력발전 도입량의 확대에 따라 풍력발전에 적합한 좋은 입지 확보가 곤란하다. 남아 있는 적당한 입지로서 산악지대와 국립공원 내 부지를 구하는 풍력발전사업자도 적지 않으나, 기술적 과제, 전력계통 및 도로정비와 방제에 관한 문제, 경관에 관한 문제, 항공기와 새의 충돌 및 생태계로의 영향에 관한 문제 등 해결해야 할 과제는 적지 않게 존재하고 있다. 이러한 상황 속에서 환경청 및 자원에너지청의 주최로 “풍력발전시설과 자연환경보전에 관한 연구회”는 2007년 4회에 걸쳐 연구회를 개최하여 야생생물보호와 경관보전 등의 관점에서 논점을 정비하고 있다.

이러한 과제 해결을 위한 하나의 대책으로서 해상 풍력발전에 대한 관심이 높아졌다. 일본의 해상풍력발전의 부존량은 최소 936kWh/년에서 크게는 7,080억kWh/년으로 상당히 큰 잠재력을 가지고 있다.

도쿄대학과 도쿄전력은 경량의 부체구조의 개발과 풍차의 내구성에 악영향을 주는 부체 동요량(움직이고 흔들리는 정도)을 저감시키는 연구와 동요량과 구조강도를 높은 정밀도로 평가할 수 있는 수치해석프로그램 개발 등을 실시하고 있다. 또, 해상기술안전연구소는 부체식 풍력발전을 이용하여 해수로부터 수소를 전기분해하여 CO2와 반응시켜 메탄을 제조하는 기술 개발을 진행하고 있다. 또한 해수로부터 수산화나트륨을 제조하여 식염, 수소, 염소, 염화수소 등을 부산물로서 제조하는 등의 “해상전해공장”을 구상하고 있다. 장래 풍력발전의 주력을 담당하는 것으로 기대되고 있는 해상풍력발전에 관한 기술개발은 앞으로도 적극적으로 계속될 것으로 보인다.

대형풍력발전의 연구개발이 계속되면서 일반가정과 사업장 외에 가로등, 옥외시계 등에 전력을 공급할 수 있는 소형풍력발전의 연구도 진행되고 있다. 입지 선정과 계통연계 등의 과제를 안고 있는 대형풍력발전과 비교하여 설치장소의 선택이 자유롭고, 설치비용도 비교적 낮게 소요되는 소형풍력발전에 큰 기대를 걸고 있다.

제퍼(Zephyr)(주)는 NEDO에 의한 이노베이션추진사업(연구개발형 벤처 기술개발조성사업)의 일환으로 초경량의 소형풍력발전기 “에어돌핀”을 개발하였다. 이 연구개발에는 유체역학과 전자기술, 소재, 가공기술 등 다양한 분야의 산관학 전문가가 참가하여 소형화, 경량화, 고효율화, 내구성, 저경음화 등의 과제해결에 성공하였다. 이외에 날개 끝부분을 없애고 루프형태로 만든 풍차와 칼날구조를 개량한 수직형 풍차 등도 개발하고 있다. 고리모양 풍차의 특징은 선단부근에서 와류를 발생하지 않고, 천천히 회전하여 낮고 가벼운 소리를 실현하여 시내의 가로등과 시계탑 등에 설치되고 있다. 또, 칼날 구조를 개량한 수직형 풍차는 장력과 저항력을 이용한 것으로 회전효과를 높여 미풍에서도 가동되는 특징을 가지고 있다. 앞으로 새로운 개량작업과 연구개발이 진전되면 소형 풍력발전은 도시를 중심으로 보급, 도입이 진행될 것으로 기대된다.

(사진 1) 일본의 대표적 윈드팜의 하나인 “쏘우야미사키 윈드팜”으로 풍차 대수는 57대, 총 출력은 57,000kW를 넘어 일본에서는 최대 규모(설치 대수 기준)이며, 총 출력으로는 두 번째로 큰 발전소이다.
출처: http://www.shimz.co.jp/tw/works/12ene/jp_ene_200512_Soya.html

(사진 2) 도쿄대학, 도쿄전력이 개발한 부체식 풍력발전 시스템의 완성 예상도이다.
출처: http://www.bridge.t.u-tokyo.ac.jp/energy/index.html#energy2

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공기역학(Aerodynamic Power)

풍력발전기는 축의 형태에 따라 다리우스형, 사보니우스형 등의 수직축 풍력발전기와 프로펠러형의 수평축 풍력발전기로 구분할 수 있는데, 현재는 수평축 풍력발전기가 그 주류를 이루고 있다. 수평축 풍력발전기는 적은 용량에서부터 큰 대형 용량에 이르기 까지 골고루 만들어 지고 있고 수직축 풍력발전기(Darrieus)는 중형급 용량 이하의 풍력발전기에서 많이 쓰이고 있다.수평축 풍력발전기에는 예외 없이 날개의 면이 바람이 부는 방향으로 향해 있어야 한다. 이를 가능케 하기 위해 풍력발전기의 몸통을 인위적으로 회전(Yawing)시켜 주던기, 혹은 꼬리 날개를 이용하여 스스로 날개 면이 바람과 직교되는 방향으로 서도록 한다. 한편 수직축 풍력발전기에는 날개가 수직축을 중심으로 회전하므로 바람의 방향과 무관하므로 요잉(Yawing)메커니즘이 없다. 발전기의 출력을 제어하는 방법으로는 발전기 제어부분과 날개에서 제어하는 두가지로 나눌 수 있다. 전자는 예로 권선형 유도발전기를 들 수 있는데, 풍속이 증가하면 발전기의 슬립변화를 통해 출력을 가변 시킴으로써 출력을 제어한다. 후자의 예는 날개의 공기역학적 특성을 이용하여 출력 제어하는 경우인데, 구체적으로 스톨(Stall)제어와 피치(Pitch)제어로 나누어진다. 스톨제어는 정격이상의 과도한 풍속이 불 경우 날개 뒷면에 난류를 방생시켜 날개에 제동을 걸어 주는 방법이며, 피치제어는 날개각을 변화시켜 토크를 제어하는 방식이다.
풍력터빈이 정격출력을 내고 있을 때 풍속이 높아진다면 날개의 피치각을 변화시키되, 토크를 감소시키는 방향으로 피치각을 이동시켜야 한다. 이는 날개가 맞는 영각을 줄여주는 방향으로 날개를 이동시키면 가능하고, 결과적으로 피치각을 증가시키는 방향으로 피치제어를 하여야 한다.

1. 수평축 날개 (Horizontal Blade)

수평축(Horizontal) 풍력발전기 날개의 회전면과 날개의 Chord면이 이루는 각을 피치각 θ로 정의 한다. 날개의 Tip부분에서 Root쪽으로 갈수록 Twist 되어 있어, 피치각 θ는 정격 운전 중 Tip부분에서 날개의 회전면과 Chord선이 일치하여 0˚에 가깝다. 날개 Tip 부분의 Chord길이와 Root부분의 길이와의 비를 Taper ratio라 한다.

2. 수직축 날개 (Vertical Blade)

수직축 풍력터빈(Wind Turbine)의 회전각을 θ라하고 풍력터빈을 위에서 보았을 때 0˚에서부터 360˚ 회전한다. 터빈의 날개가 바람방향으로 섰을 때, 즉 바람과 날개의 중앙선(Chord line)이 일치될 때, 회전각 0˚라 하고,반대방향으로 섰을 때, 회전각 180˚로 정의 한다. 날개의 영각α(Angle of Attack)은 이 날개의 중앙선이 바람 방향과 이루는 각을 의미한다. 날개가 회전할 때는 날개의 주행속도가 바람 속도와 벡터적으로 합성되므로 실제 풍속과 다른 상대 풍속 벡터(resulting wind velocity)가 존재하고, 이 상대풍속에 따라 양력과 항력이 날개에 미친다고 할 수 있다. 이 상대풍속과 날개 중앙선이 이루는 각이 즉 영각인데, 영각은 λ을 변수로 가진다.

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대략적인 기억에만 의존해서 풍력발전에 대해 이야기를 약간 해보면,

풍력에너지를 운동에너지로 바꿔서 어떻게든 이용해 먹는 방법에는 단순하게 농협창고 지붕에 달린 환풍기 역할을 하는 풍차, 네덜란드나 미국 서부영화에서 볼 수 있는 물퍼내기용 풍차를 우선 생각할 수 있는데, 이런 풍차들은 토크는 세서 물을 퍼낼 수는 있어도 발전에는 적합하지 않다.

 

이런 부류들이 발전에는 적합하지 않은 이유는

첫째 소형이라서
둘째 양력(lift)에 의한 것이 아니라서
이다.

 

소형이라는 것은 상당한 약점인데 그 이유는 풍차의 크기가 2배로 커질 때 효율은 2배 이상으로 커지기 때문이다. 게다가 풍차가 대형화되면 지표면에서 50m 높이 이상의 바람을 이용할 수 있게 되는데, 이런 바람이 상대적으로 질이 좋다. 또 소형의 풍차에는 이미 개발되어 있는 요소기술들을 적용하여 최적화하기가 어렵다. 풍차는 거의 무조건 대형화하는 것이 유리하다.

 

이론적으로 풍력에너지는 풍속의 3승에 비례한다고 하는데, 쉽게 번역하면, 풍속이 2배가 될 때 풍력에너지는 8배가 된다는 것이다(맞나?).

- 풍속이 4m/s 일때 풍력에너지가 4라면
- 풍속이 8m/s 일때 풍력에너지는 32가 된다.

 

어떤 풍차가 정격 2MW라고 하면, 대략 풍속이 11~13m/s 정도 일때, 2MWh의 발전을 한다는 의미이다. 연간평균풍속이 최소 4m/s는 넘어야 발전이 가능하다고들 하는데, 연간평균풍속이 4m/s면 하루 평균 1~3 시간은 11~13m/s의 바람이 분다고 알려져 있기 때문이다. 한마디로 풍차는 조낸 놀다가 하루에 1~3시간만 열심히 일해주면 본전은 뽑는 곳에 설치해야 한다.

13m/s에서 1시간 발전하는 것이, 4m/s에서 24시간 발전하는 것보다 더 많은 전기를 뽑아낼 수 있기 때문이다. 그래야 고장도 덜 나고 하여튼 유리하다. 태풍이라도 불면 오히려 속도를 늦추어 줘야하고 일정한 풍속(20m/s정도?)을 넘어버리면 풍차를 보호하기 위해 스톱시켜야 한다. 태풍이라도 불면 삽시간에 한달치 발전을 해버리는 거다.

 

양력을 이용하는 풍차에도 수직형(다리우스형)과 수평형(프로펠러형)이 있는데, 이론적으로는 수직형이 효율이 높다는 둥, 바람이 방향이 자주 바뀌는 한국에서는 수직형이 유리해서 그거야 말로 한국형풍차라는 둥(그넘의 한국형) 주장하는 황우석 비슷한 무리들도 있었지만, 프로펠러형이 단연 유리하다. 동일한 비용으로 더 넓은 발전가능면적을 확보할 수 있기 때문이며, 수직형은 기계적인 구조상 하중이 터빈에 집중되서 고장도 잘 나고 발전효율도 떨어지고.. 하여튼 인기가 없다. 하는데도 거의 없다.

 

[다리우스형의 위용 - 이미지에 따라온 설명은 거의 구라다]

 

 

 

바람의 방향이 바뀌는 것도 크게 문제가 되지 않는 것이, 대형화된 풍차의 경우에는 수동 또는/및 자동으로 정밀한 조종을 하므로 바람의 방향이 바뀌면 풍차를 적당히 돌려 방향을 바꿔주면 된다. 소형의 경우에도 간단하게 꼬리날개를 달아서 바람이 불어오는 방향으로 회전하도록 만든다. 에.. 본 알바의 경험에 따르면.. 별 효과는 없다.

 

프로펠러가 그리는 원의 면적이 풍력에너지를 흡수할 수 있는 유효발전면적이라고 할 때, 동일한 발전면적을 확보하는데 있어서 프로펠러형이 단연 저렴하다.

프로펠러를 형성하는 블레이드의 길이(원의 반지름)를 조금만 늘려주면 면적이 조낸 커지는 것이다(다리우스형은 답이 안나온다. 면적을 조금 늘리려면 돈을 엄청 들여야 한다). 물론 블레이드의 길이를 키우면 기계적인 무리가 따르므로(천천히 도는 것 같은 프로펠러라도 프로펠러의 말단은 엄청난 속도로 움직이는 것이다. 따라서 스트레스를 받는다), 대형 풍차를 만드는 기술의 핵심은 블레이드다. 여타의 요소기술은 보편적인 기술이다.

우리나라 풍차국산화에 있어서도 이 블레이드를 만드는 것이 핵심과제일 수 밖에 없는데, (지금은 잘 모르겠고 몇 년전 기준으로) 이 풍차국산화사업을 완전히 망쳐버린 부류들이 위에서 잠깐 언급한 황우석비슷한 무리들과 몇몇 회사들이다. 한마디로 말해서 연구비 조낸 받아먹고 별 결과도 없이 페이퍼상으로만 연구에 성공해버리는 바람에, 우리나라는 공식적으로(페이퍼상으로) 600KW급 풍력발전기를 자체생산할 수 있는 능력이 있으나 실제로는 50KW급도 못 만든다는 웃기는 상황에 처하게 된것이다.

그런 상황에서 100KW급부터 다시 시작하지도 못하는 것이다. 왜냐면, 순서상 1MW급을 연구할 차례이므로. 이런게 행정적으로 의외로 힘든 문제인게, 신재생에너지들끼리 경쟁하는 것도 있고.. 화석연료나 원자력에너지쪽과의 문제도 있고 해서.. 대략 난감이라고 한다(모두 몇년전 이야기이므로 지금은 어떨지 모른다. 하여튼 황우석부류는 문제다.)

 

지금은 국산화는 대략 포기하고 북유럽에서 사다가 쓴다는 느낌인데, 대략 효성같은 회사에서 유럽산을 도입하는 방향으로 추진해왔는데, 어느날 갑자기 제주도에 꽤 큰 풍력발전단지가 생겨난 걸로 봐서, 그 방향(대충 수입해서 토목공사만 하기)일 것이라고 거의 확신한다.

 

새만금에 있는지는 몰라도 방조제 같은 바닷가에 많이 세우는 이유는 바람의 질이 좋기 때문이다. 지표면이 깔끔할 수록 바람의 질이 좋다. 북유럽(덴마크?)에서는 아예 바다에 교각을 세우듯이 베이스를 만들고 풍차를 세우기도 한다.

 

[프로펠러형 - 조낸 멋지다]

 

기술적 요소 이상으로 정책이 중요한데, 초기에는 미국식(미국식이라고 부르는 것이 옳은지는 모르겠는데)을 채용해서 각 가정에서 소형의 풍력발전기를 세우고 전기를 만들어 쓰다가 남는 전기는 한전에서 사주는 방식으로 방향을 잡는 등의 삽질(화력발전소로부터 사는 값의 두배정도로 비싼 값에 사줘야 하지만, 그 차이는 투자로 여긴다는 모델), 태양광 및 디젤과의 하이브리드 형(낙도 전화사업과 관련해서)이라는 삽질도 했지만
지금은 대형화하는 것으로 바뀌었다는 느낌인데.. 그게 옳은 것 같다.

 

대형풍차의 경우 입지조건이 좋고 국산화가 가능하다면 대략 경제성(화력발전에 비교해서)을 갖추게 되는 것으로 알고 있다. 다만 우리나라의 평균풍속 등 기후조건이 풍력발전에 아주 좋은 조건은 아니었던 것으로 기억하고 있다.

 

풍력에 대해 생각하게 되면, 즐겁지 않은 기억에 황우석비슷한 인간들마저 오버랩되어서 말이 이쁘게 나오지 않는다. 킁.

오버는 하지 말자. 안되면 하지 말자.

자유로ⓒ

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편집자주) 이 글은, 원저자의 동의하에, 별도로 편집,게재된 글입니다. 불법적인 펌글이나 스크랩이 절대 아님을 밝히는 바이오니, 오해 없으시길 바랍니다.
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**  현대중공업 풍력터빈 시장 진출 의미와 효과 - 현대증권

전일 현대중공업 군산 산업단지내에 1,017억원 투입해서 연간 400MW의 풍력터빈 공장 신설공시함.
 
이는 다음과 같은 중요한 의미를 가지는 것으로 판단됨.
 
1. 국내 대기업 최초의 풍력터빈 공장 신설 발표로 현재 풍력 터빈 시장에
   직,간접적으로 참여하고 있는 두산중공업, 효성, STX 등 타 기업들의 시장 진입을 촉발할 것으로 예상됨.
 
2. 현대중공업의 풍력터빈 공장 규모가 연간 약 5~6,000억원 수준에 불과하고 2010년 시장 점유율 1.5%에 불과할 것으로
   예상되지만 풍력 터빈 시장은 2010년 약 35조에서 2020년 약 175조로 급성장하는 시장이므로 국내 업체들의 시장진입은 차기성장 동력 확보
   를 위해 중요.
 
3. 다음과 같은 이유로 국내 업체들의 글로벌 풍력 터빈메이커로의 성공 가능성 매우 높아
    1)풍력터빈과 관련된 핵심 기술 및 부품 제조의 인프라 국내에 완벽하게 존재
    2)정부의 녹색성장 시나리오 확정으로 국내업체들 시장진입 시 정부의 적극적인 지원 가능
 
4. 국내업체들의 풍력터빈 메이커로의 성장은 그 회사 자체뿐만 아니라 관련된 풍력부품업체들에게 미치는 긍정적 효과 매우 클 것으로 예상
 
   관련 풍력부품회사: 현진소재(적정주가 60,000, 투자의견 강력매수), 태웅(적정주가 130,000원 투자의견 매수), 평산(적정주가 74,000원 투자의견 매수)
                                용현 BM, 유니슨

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소음없는 풍력 터빈

• 글쓴이: 청도
• 조회수 : 20
• 08.08.14 10:45

http://cafe.daum.net/bestpyungtaek/bsT/98

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2008-08-12

풍력 발전 설비(wind energy converter)가 주거 지역 인근에 위치하고 있다면, 이 설비는 소음(noise)을 유발해서는 안 된다. 대부분의 풍력 발전 설비는 주민의 귀를 거슬리는 정도는 아니지만 가장 잘 고안된 설비라고 할지라도 시간이 경과함에 따라 발생하는 소음을 막을 수는 없다. 소음원 중 하나는 로터 블레이드(rotor blade)이며 다른 하나는 변속기에서 진동을 만들어 내는 톱니바퀴이다. 독일 드레스덴(Dresden)에 위치한 프라운호퍼 공작기계 및 성형 기술 연구소(IWU; Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology) 소속의 Andre Illgen은 사람들이 이러한 유형의 단조로운 소리를 특히 싫어한다고 지적했다.

만약 풍력 발전 설비가 너무나 시끄러운 소리를 낸다면 부분적으로만 운영이 허용될 것이다. 예를 들면 더 느린 속도에서 회전해야만 하고, 따라서 더 적은 전기를 생산하게 된다. 또 어떤 경우는 운영자가 값비싼 부가적인 감쇠 시스템을 설치하거나 심지어는 변속기를 대체해야만 한다. 그러나 현재 사용되고 있는 수동 감쇠 시스템(passive damping system)의 효율성은 다소 제한적이다. 수동 감쇠 시스템은 특정 주파수에서만 소음을 흡수한다. 현대적인 풍력 발전 설비는 가능하면 많은 전기를 생산하기 위하여 풍속에 대한 회전 속도를 적절하게 설정할 필요가 있다. 그러나 소음의 주파수가 다양하기 때문에, 소음 감쇠 조치에도 불구하고 소음이 주변 지역으로 스며든다.

Illgen을 주축으로 하는 IWU 소속 연구진, ESM Energie- and Schwingungstechnik Mitsch GmbH사, Schirmer GmbH사 등은 공동 프로젝트를 통해 소음을 상쇄시키는 풍력 터빈(wind turbine)을 위한 능동 감쇠 시스템(active damping system)을 개발했다. Illgen은 풍력 발생기가 아무리 빨리 회전하더라도 이 시스템이 주파수의 변화와 소음 감쇠에 자동적으로 반응한다고 밝혔다. 이 시스템의 핵심적인 구성 요소는 피에조 구동기(piezo actuator)에 있다. 이 장치는 전류를 기계적인 움직임으로 전환시켜 음의 진동(negative vibration) 또는 풍력 터빈의 진동을 정밀하게 방해하는 안티 노이즈(anti-noise)를 생성시켜 소음을 상쇄한다. 피에조 구동기는 지시탑에 변속기를 연결하는 변속기 베어링에 탑재되어 있다. 연구진은 피에조 구동기가 상대적인 소음 주파수에 대하여 적용될 수 있도록 이 시스템에 센서를 통합했다. 센서는 지속적으로 변속기에서 발생하는 진동을 측정하고 구동기 제어 시스템에 그 결과를 전달한다고 Illgen은 밝혔다. 연구진은 이미 능동 진동 감쇠기의 작동 모델을 개발했으며, 다음 단계는 현장 시험을 수행할 예정이다

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부품소재분류

일반기계부품

국내/국외

국외

등록자

mctnet

등록일

2008-11-03

제 목

최적의 풍력 에너지를 구현하는 바람 측정하기

내 용

풍력 에너지(wind energy)는 현재 가장 중요한 재생에너지원의 하나로 간주되고 있다. 최신 풍력 터빈의 최적 운영은 신뢰성이 높은 바람 유입(wind inflow) 특성의 측정을 통해 가능하다. 풍속을 근거로 하는 정확한 동력 생성의 추정이 도전 과제라 할 수 있다. 거대한 새로운 풍력 모델에 대한 기존 기상대 기둥(met mast)의 풍속 측정은 비용과 기술적 측면에서 실현가능성이 떨어진다.

독일 슈투트가르트 대학(University of Stuttgart) SWE(Endowed Chair of Wind Energy) 연구진과 올덴부르크 대학(University of Oldenburg) 연구진은 공동으로 대안으로 선택할 수 있는 원격 탐사 기술(remote sensing technique)을 개발했다. 항공레이저측량 기술(Light Detection and Ranging technique, 이하 LIDAR 기술)이 개발되어 풍력 에너지 분야에 적용 여부가 시험됐다. 레이저를 기반으로 하는 측정 기술은 보다 더 융통성이 있는 경제적 방안으로 풍장(wind field) 측정에 수행됐다. 현재 LIDAR는 해안가 풍력 단지에 대하여 동력 곡선(power curve) 계산법을 이용하는 기상대 기둥을 기준으로 하는 풍속 측정을 대신할 수 있는 가장 우수한 방안이다.

LIDAR 시스템은 대기 중 에어로졸에 의해 반사된 레이저 빔의 지연 시간을 근거로 풍속과 풍향을 검출한다. 이 기술은 수십 년 동안 주로 대기 연구에 이용되어 왔다. 지난 몇 년 동안 풍력 에너지 산업은 풍장 측정에 대하여 이 기술의 혜택을 받아왔다. 현재 연구 프로젝트는 풍력 에너지 응용 분야를 위한 LIDAR 기술 개발을 목표로 하고 있다. 풍력 에너지 산업에서 요구하는 공간적, 시간적 분해능을 갖춘 풍장 측정을 위한 품질표준(quality standard)으로 이러한 측정 기술을 수립하는 데 그 목적이 있다.

연구는 동력 곡선 평가와 나셀(nacelle, 바람막이)로부터 풍장 측정 두 가지 주제에 집중된다. 첫 번째 주제는 기상대 기둥에 설치된 기존 풍속계(anemometer)를 대체하기 위한 지상 수준의 접근을 다룬다. 두 번째 주제는 풍장의 항로와 유입을 측정하기 위한 새로운 나셀을 기준으로 하는 접근 방법의 개발 및 인증을 목표로 한다.

올덴부르크 대학 포윈드(ForWind) 연구소 연구진은 불규칙적인 동력 곡선을 추정하는 새로운 방안을 개발할 예정이다. DLR(German Aerospace Center)은 대기 연구 및 항공기 항로에 대한 LIDAR를 이용한 경험을 채용하고자 한다. 동력 곡선 측정은 브레머하펜(Bremerhaven) 소재 Multibrid GmbH의 5 메가와트(MW) 시험용 풍력 터빈에서 수행될 계획이다. 같은 장소에서 SWE 연구진은 102m 기상대 기둥에 대한 측정을 수행할 것이다. 독일 풍력에너지연구소(DEWI; German Wind Energy Institute)는 동력 곡선 측정 표준화를 위하여 그들의 경험을 제공할 예정이다. 이상 모든 연구진은 북해에 있는 FINO1 연구지에서 수행된 해안 측정을 지원한다. 궁극적으로 FGW(Federation of German Wind Power)는 풍력 에너지 산업에 이용되는 표준 창출을 지원한다.

영국 정부는 풍력 에너지를 독려하기 위하여 보조금 정책을 수행하고 있다. 그러나 일부 전문가들은 풍력 발전소가 가격 대비 충분한 가치가 있는가에 대해 문제를 제기하고 있다. 옥스퍼드 대학의 에너지 정책 교수인 디터 헬름(Dieter Helm)은 풍력 에너지를 통해 이산화탄소 배출을 억제하는 데 톤 당 510 파운드(1 파운드=1,962.44원)의 비용을 소비자들이 부담해야 한다고 계산했다. 전기와 가스 에너지 분야의 소비자 보호기구인 Ofgem(Office of Gas and Electricity Market) 역시 재생 에너지 지원금이 소비자의 전기-가스 비용에 대한 부가 비용으로 전환된다는 사실을 지적했다. 결국 정부 지원으로 풍력 발전소 건설은 확대되고 있으나, 전력 생산의 극대화는 달성하지 못하고 있다는 사실을 확인할 수 있다.(GTB2008020150+기사작성자 의견)

풍력 에너지는 많은 문제점을 안고 있다. 풍력 발전에 따른 소음과 자연 경관을 해치는 문제는 2차적인 문제이다. 보다 시급한 문제는 풍력 발전 자체가 갖는 발전 용량이 기대에 부응하지 못하고 있다는 점이다. 이러한 상황에서 정부의 전폭적인 지원은 자칫하면 예산 낭비로 이어질 수 있다. 기사에서 제안한 방법은 최적의 풍력 에너지를 구현할 수 있는 방안을 제공한다는 점에서 유용한 기술로 평가된다. 여타의 재생 에너지와 마찬가지로 풍력 에너지가 가격 경쟁력을 갖추고 보급을 확대하기 위해서 실현성을 갖춘 재생 에너지로 거듭날 필요가 있다.(기사작성자 의견)

관련기관

KISTI

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[지금 해외에서는]전망 밝은 '소형 풍력터빈'
대면적 실리콘 위 표적 선택성 금속 증착 등

 ⓒ2008 HelloDD.com

영국회사에서 제조된 소형 풍차가 유럽과 미국의 지붕을 곧 장식할 것으로 보이며, 이 소형 풍차는 독창적이라기 보단 예술적으로 보인다. 마치 대형 핸드믹서처럼 생겼으며, 높이는 16m이고 지름은 거의 3m에 달한다. 뒷마당이나 공원, 사무실이나 가정의 지붕에 잘 어울린다.

독일 에너지회사 'RWE'가 계획대로 진행한다면, 향후 수 개월에서 수 년 동안 독일, 유럽 및 미국에 수 천 개의 소형 터빈이 세워질 것이다. 이는 예술 프로젝트가 아니라, 최신 하이테크 풍력 터빈이다. 기존의 풍력 터빈과는 다르게, 이 풍차는 소음이 거의 없고 날개도 크지 않고, 바람이 어느 방향에서 불든지 회전 가능하다.

회전날개는 영국의 'Quiet Revolution'사에서 제한된 수량으로 생산되고 있다. 2005년 설립된 이 회사는 무한한 잠재력이 있음을 보여줬었다. 작년, 첫 회전자를 생산하였으며, 우수한 디자인을 보여주었고 기술상도 수여받았다.

풍력터빈 회사 ‘Repower’의 사장을 맡기도 했던 '프리츠 파렌홀트'는, 해양풍력단지에 RWE가 수십억 달러를 투자하도록 지휘하고 있고, 바이오매스 발전소 건립도 추진하고 있다.

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◆대면적 실리콘 위 표적 선택성 금속 증착

▲어닐링에 의해 배열된 금 나노점 어레이
ⓒ2008 HelloDD.com

일본 '코가쿠인' 대학 연구진은 실리콘 기판 위 각 점의 성질(크기·모양·결정)이나 그들의 상대적 배열(밀도·패턴)을 조절할 수 있는 방법을 개발했다. 'Nanotechnology'에 최근 게재된 이 논문에서 연구진은 두 가지 금속 패턴 종류를 제안했다.

첫번째 패턴 종류는 네트워크 모양의 벌집으로 되어 있고 정렬된 주기성을 가진 독립된 섬 패턴을 가진다. 둘째 템플릿 방법은 Si(111) 표면 위에 정렬된 육각형 금 나노점 어레이를 얻는 것이다. 이 방법은 '복합 콜로이드 템플릿'과 PVD 증착 그리고 '어닐링 전처리'를 이용했다.

두 방법은 금 나노점 어레이의 크기와 밀도를 조절할 수 있도록 되어 있다. 열처리 기술은 모양, 나노입자 밀도, 결정도를 변화시키는데 사용되었다. 더 나아가 이 프로세스는 패턴을 조절할 수 있고 빠르게 진행되기 때문에 실리콘 위에 대규모 패터닝(patterning)을 가능하게 한다.

일반적으로 나노점 패턴은 광학장치·화학센서·실리콘 생기능성 장치 같은 곳에 적용될 수 있다. 또한 나노점 어레이는 기체-액체-고체 프로세스를 위한 일차원 나노구조의 배열된 에피택셜(epitaxial) 성장을 위한 촉매로서 완벽한 후보자이다. 결국에는 '표면 강화 라만 분광기 기술'에서 신호 증폭기로 작동하거나 금 역학적 성질에서 물리적 크기 효과를 더 잘 이해하는데 사용될 수 있다.

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◆혈관신생 저해제와 항염증제: 안전한가?

아스피린 및 기타 여러 종류의 비스테로이드성 소염진통제는 수년간 전세계적으로 사용되어 왔으며, 앞으로도 많이 이용될 것이다. 염증이 있는 곳에는 'PG'라는 지질성분이 다량으로 합성된다. PG의 합성과정에 'COX'란 효소가 관여한다. 'NSAIDs'는 COX가 PG를 합성하지 못하게 만들어서 진통효과를 낸다.

그러나 80년대 후반부터 아스피린과 같은 비선택적 NSAIDs들은 위 점막에 상처를 유발시키고, 그에 따라서 위궤양 등이 발생한다고 보고됐다. COX에는 COX-1, COX-2 두 가지가 있는데, 비선택적 NSAIDs는 양쪽에 모두 작용하기 때문이다. 이 때문에 COX-2에만 선택적으로 작용하는 새로운 NSAIDs가 개발되게 되었다.

그런 약물 중 하나가 '바이옥스'이다. 그러나 바이옥스는 선종성 폴립 예방 임상시험에서 심혈관계 부작용을 높이는 부작용이 확인되어서 시장에서 퇴출되었다. 또한 다른 COX-2 선택적 NSAIDs에서도 심혈관계 안전성에 대한 불확실성이 제기되어서 일선의 의사들이 환자들의 통증 경감을 위하여 이들 약물들을 계속 처방해야 할지 아니면 투약을 중단해야 할지 결정을 어렵게 하고 있다.

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◆인공호수가 침입종 확산을 부추긴다

콜로라도대학교의 연구에 따르면, 댐과 저수(인공호수)의 증가는 침입종의 수와 번식을 촉진시키고 있으며 자연호수를 위험에 빠뜨리고 있다고 한다. 수질화학, 미국 5대호 지역의 5종의 침입종 및 선박 활동에 대한 정보를 종합한 결과, 자연호수이나 연못, 수로와 같은 곳에 침입종의 개체수가 늘어나게 하는 디딤돌 역할을 해 주는 것으로 나타났다.

연구팀의 조사 대상이었던 침입종으로는, 유라시아 제브라 조개, 물수세미로 알려진 유라시아 수초, 유라시아 가시 물벼룩 및 녹빛 가재와 무지개 빙어였다. 이와 같은 담수 침입종은 호수의 생태계에 직접적인 악영향을 끼치고 있으며, 어획량 감소, 담수 투명도의 변화, 어구 및 수중펌프의 손상을 가져오고 있다.

제브라 조개는 최근 콜로라도를 포함한 서부에 침입하기 시작함으로써, 선박이 정착할 때에는 의무적으로 검사를 받도록 하고 있다. 다른 침입종인 무지개 빙어나 물수세미는 이미 콜로라도에 침입한 상태이거나, 가시 물벼룩이나 녹빛 가재처럼 침입 가능성이 매우 높은 상태이다.

저수가 담수 침입종의 허브 역할을 함으로써, 정착과 확산을 돕고 있다고 한다. 연구팀은 저수 시설과 자연스럽게 흐르던 강을 멈추게 하는 것은 궁극적으로 침입종의 확산을 돕고 있다고 강조하고 있다.

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[자료출처 : 한국과학기술정보연구원 해외과학기술동향]

2008년 09월 04일

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[인플레시대 유망종목] 유니슨 ‥ 풍력터빈 수요 급증…현대重에 공급시작

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한국경제 | 기사입력 2008.06.18 18:30

[인플레시대 유망종목] 유니슨 ‥ 풍력터빈 수요 급증…현대重에 공급시작

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한국경제 | 기사입력 2008.06.18 18:30

try{var rand = Math.random().toString(); var ordval = rand.substring(2,rand.length); var clintAgent = navigator.userAgent; document.writeln(" ");}catch(e){}

유니슨은 국내 주식시장에 상장된 기업 중 유일하게 풍력 터빈을 제조하는 기업이다.
풍력 발전소에 들어가는 이 부품은 고유가 시대 대체에너지 장비로 최근 수요가 크게 늘어나고 있다.

동부증권은 "대형엔진용 단조를 비롯해 풍력 터빈 등에서 지속적인 수주가 예상된다"며 유니슨에 대해 '매수' 의견과 함께 목표주가 2만9000원을 제시했다.

이 회사는 최근 현대중공업으로부터 1308억원 규모의 엔진용 단조부품을 수주했다.

공급기간은 올 5월 말부터 2010년 12월 말까지이며 올해 인식되는 매출은 200억~300억원대로 증권업계는 추정하고 있다.

김유진 동부증권 연구원은 "첫 대형수주가 대표적인 조선업체인 현대중공업으로부터 시작됐다는 점을 매우 긍정적으로 평가한다"고 말했다.

김 연구원은 "유니슨의 단조 생산능력은 13만t 수준으로 이를 통한 예상 매출은 2600억원 규모"라며 "하반기 추가 라인을 설치해 연내 생산능력을 20만t 수준으로 늘릴 것이며 제품 인지도도 현대중공업 수주를 계기로 서서히 나아질 것"으로 내다봤다.

그는 특히 "풍력 발전기의 경우 이달 중으로 한국수력원자력 발전기 설치가 끝나면 제품 인지도를 확보할 수 있는 데다 풍력 타워도 지난 4월부터 이미 매출을 올리기 시작했다"며 "단조와 풍력 발전기 시장은 공급부족 상황으로 기본적인 검증이 끝나면 가동률이 점진적으로 상승할 전망"이라고 강조했다.

현대증권도 유니슨에 대해 현대중공업과의 공급계약 체결로 향후에도 다른 업체들과의 추가 공급계약이 이어질 것으로 전망했다.

이 증권사의 한병화 연구원은 "메이저 선박 제조업체와 계약을 맺은 만큼 향후 국내외 다른 선박 제조업체와 추가 공급계약을 체결할 가능성이 높다"고 말했다.

한 연구원은 "유니슨은 최소한 2011년까지 글로벌 누적 풍력발전 설치량이 연평균 20% 이상 증가할 것이므로 성장 잠재력이 크다"고 예상했다.

다만 신규 진입자로서 후판과 잉곳，슬라브 등 원재료를 원활히 조달하는지 여부가 향후 생산 계획을 세울 때 변수로 작용할 수 있다는 분석이다.

임상택 기자 limst@hankyung.com

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[이제 신재생 에너지다 - (3) 바람 바람 바람]

    
독일 함부르크에서 북쪽으로 4시간 넘게 차를 달려 도착한 독일 최대 풍력발전기 생산업체인 에너콘(Enercon)의 아우리히 공장. 오후 8시였지만 공장은 바쁘게 돌아가고 있었다.

대형 발전기와 구조물 등이 가득했다. 기계소리로 옆사람이 얘기하는 소리가 잘 들리지 않았다. 대형 구조물을 이동시키기 위한 호이스트(공사용 승강기)를 닮은 장치가 쉴 새 없이 움직였다.

일반 회사라면 직원들이 모두 퇴근했음직한 시간인데,이 회사의 풍력발전기 생산공장이 이처럼 바삐 움직이고 있는 것은 정상 근무시간 동안에만 일해서는 밀려드는 주문을 다 처리하기 어렵기 때문이다.

작업반장 라우브록씨는 "최근 들어 각국에서 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지면서 풍력발전 시장은 물건이 없어 못파는 셀러즈마켓(seller's market)이 됐다"며 연장근로에도 지친 기색이 없었다.

그는 다른 풍력발전 설비 업체들도 모두 일감이 밀려 있지만,특히 독일 최대 업체인 에너콘은 어느 업체보다도 바쁜 시간을 보내고 있다고 설명했다.

에너콘은 독일 풍력발전기 시장에서 시장 점유율 41.7%로 1위를 기록하고 있는 업체다.

또 세계 풍력발전 시장에서도 14.2%의 점유율로 3위를 달리고 있다.

30여년간 독일 내 6000여개를 비롯 전 세계에서 총 1만개가 넘는 풍력발전기를 설치했으며 용량만도 1만MW를 넘는다.

1984년 설립 당시 이미 55KW급의 풍력발전기를 개발한 이 업체는 2005년 6MW급 발전기 개발에 성공했다.

21년 만에 100배 이상의 발전기 용량을 높인 셈이다.

에너콘은 특히 1991년부터는 기어가 없는 터빈 개발에 성공,소음이 적은 풍력기를 실용화하는 등 업계를 선도하고 있다.

이 같은 고도 기술은 에너콘만의 강점으로 꼽힌다.

특히 터빈을 감싸는 구조물의 미세한 각도 차이로도 발전 효율에 큰 격차가 나는 점에 착안,다른 업체보다 높은 고효율 제품을 생산해 내고 있다.

해외수출에도 박차를 가하고 있다. 스웨덴 브라질 인도 터키 등 전 세계에 8000여명의 직원을 고용,현재 생산량의 45%가량을 수출하고 있다. 올해는 수출 비중을 50% 이상으로 높일 방침이다.

입력시간: 01/02 17:48

유니슨은 국내 주식시장에 상장된 기업 중 유일하게 풍력 터빈을 제조하는 기업이다.

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[한국의 미래 위기를 희망으로] 신 에너지 현장을 가다

산유국 “대체에너지 찾아라”

미래학을 개척한 제임스 데이터 미국 하와이대 교수는 “미래는 ‘불가피한 일’이 아니라 결정되지 않은 ‘가능한 일들’”이라고 했습니다. 현재의 결과물이 아닌 선택해야 할 대상으로 미래를 파악한 것입니다. 원유·원자재 고갈론과 천정부지로 치솟는 유가, 기후변화로 인한 생태계 파괴, 최악의 식량난, 개인·사회적 윤리의 붕괴…. 위기에 빠진 우리의 현주소입니다. 미래를 ‘불가피한 일’로 내버려둔다면 미래의 모습은 더욱 어두워질 것입니다. 서울신문이 ‘한국의 미래, 위기를 희망으로’ 시리즈를 40회에 걸쳐 주2회 연재합니다. 우리 미래의 작은 ‘내비게이션’이 되기 위해서입니다. 본지 특별취재팀이 전세계를 누비며 취재한 해외 각국의 앞서가는 사례를 소개하고, 국내 적용 가능성을 모색해봅니다. 수시로 해외 석학과 국내 석학의 대담을 마련, 위기에 대한 처방도 제시하겠습니다.

｜니스테드(덴마크)·카다라슈(프랑스)·마나마(바레인)특별취재팀｜ 세계가 아우성이다. 국제유가는 배럴당 140달러 턱밑까지 치고 올라왔다. 석유 생산이 정점을 지난 것 아니냐는 ‘오일 피크(Oil Peak)론’도 고개를 든다. 국제에너지기구(IEA)는 20년안에 석유공급부족 현상이 도래할 것이라고 점쳤다.‘석유로 만든 바벨탑’이 흔들리기 시작했다는 진단도 나온다.

▲ 바레인 수도 마나마의 랜드마크가 된 50층 높이의 바레인 세계무역센터(BWTC). 페르시아만에서 불어오는 바람에 의해 움직이는 풍력터빈 3기는 이 지역 250가구가 사용할 수 있는 전력을 생산한다.
마나마(바레인) 정현용기자 junghy77@seoul.co.kr

눈치빠른 나라들은 일찌감치 ‘석유종말’의 징후를 감지하고 미래 에너지 개발에 사활을 걸고 있다. 중동 산유국들까지 앞다퉈 새 에너지원 발굴에 힘을 쏟는 현실은 우리에게 어떤 메시지를 던져주는 것일까.

●산유국 “석유 언젠가는 고갈”

클릭하시면 원본 보기가 가능합니다.

‘제2의 두바이’를 꿈꾸며 규제 혁신으로 주목받고 있는 페르시아만 서안의 섬나라 바레인. 수도 마나마 중심부에 들어서자 지난 4월 완공돼 이곳의 랜드마크가 된 50층 높이의 쌍둥이건물 ‘바레인 세계무역센터’(BWTC)가 위용을 드러냈다.

대도시 어디서나 볼 수 있는 ‘평범한’ 고층빌딩이 세계의 주목을 받는 것은 두 건물 사이에 풍력터빈 3기를 설치한 혁신적인 시도 덕분이다. 지름 29m짜리 풍력터빈 1기가 생산하는 전력은 연간 400㎿.3기를 모두 가동하면 BWTC 전체 전력 사용량의 15%를 충당할 수 있다.

산유국인 바레인에서 굳이 풍력발전기를 설치할 이유가 있었느냐는 질문에 풍력발전 프로젝트 매니저 심하 리테라오의 표정이 진지해졌다.“이곳은 4월부터 낮기온이 40도를 넘어 거의 모든 빌딩이 24시간 에어컨을 가동합니다. 전력생산을 위해 막대한 천연가스를 사용하고 있죠. 언젠가 고갈될 화석연료에 대한 의존을 서서히 줄여가기 위한 바레인 정부의 첫 시도입니다.”

현재 바레인을 비롯, 사우디·UAE·이란 등 상당수 산유국들은 이웃국가들과의 정치적 갈등까지 감수하며 각종 대체에너지 개발에 힘을 쏟고 있다. 석유로 상징되는 화석연료가 조만간 고갈되거나 가채량이 줄어들어 국가적 어려움을 겪게 될 것이란 위기의식에서다. 최근 매장량 330억배럴의 거대 유전을 발견한 브라질도 연간 180억ℓ에 가까운 바이오에탄올을 생산하는 세계적 바이오에너지 대국이다.

●유럽 “30년 전부터 석유 종말 준비”

덴마크 수도 코펜하겐 남쪽 로드산트 항에서 발틱해안을 따라 30분을 내려가자 수많은 인공 조형물의 행렬이 눈에 들어온다.100m가 넘는 거대한 풍력발전기들이 바다 위에서 열을 맞춰 돌고 있는 광경은 놀랍다 못해 두려울 정도였다. 세계 최대 발전용량을 자랑하는 니스테드 해상풍력단지. 풍력터빈 72기가 생산해 내는 전력량은 연간 60만㎿로 일반가정 14만 5000가구가 사용할 수 있는 양이다.

“바다는 풍속이 강하고 장애물도 없어 육지보다 50%나 많은 전기를 생산해내죠. 소음 민원이 없고 환경피해가 적어 해상풍력은 석유 대체에너지로 최적입니다.” 니스테드 단지 토마스 엘버고 소장의 목소리엔 세계 최초로 설치한 해상풍력단지에 대한 자부심이 배어났다.

현재 덴마크는 풍력발전 산업에서 세계 최고의 경쟁력을 갖추고 있다.70년대 오일쇼크 이후 ‘화석에너지에 더 이상 국가의 운명을 맡겨서는 안 된다.’는 판단에 따라 1979년 첫 풍력발전기를 개발한 뒤로 현재 5500여기가 운영되고 있다.

발전용량만 해도 3100㎿로 덴마크 전체 소비 전력의 20%를 차지한다.

덴마크를 비롯한 유럽 국가들은 30여년전부터 태양, 바람, 조력 등 신재생에너지가 미래의 보편적 에너지가 될 것으로 보고 국가적 차원에서 투자를 해왔다. 그 결과 세계 최대 풍력터빈 제조업체인 ‘베스타스’(덴마크)나 세계 2위 태양광패널 제조업체 ‘큐셀’(독일)이 등장하는 등 하나하나 결실을 거두고 있다. 스페인 바르셀로나시는 세계에서 처음 신축 건물에 태양전지패널 설치를 의무화하는 ‘태양열 조례’를 2000년부터 운영해 주목받고 있다.

●“영원히 쓸 인공태양 만들자”

지중해의 정취를 느낄 수 있는 프랑스 해안도시 마르세유에서 자동차로 40분가량 들어가자 높이 100m의 언덕배기에 작은 소도시 카다라슈가 보였다. 특별할 것 없는 이 마을이 인류 미래를 짊어질 국제핵융합사업인 ‘ITER 프로젝트’의 중심지란 사실이 믿어지지 않을 정도다. 하지만 2016년부터 이곳에선 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합로가 실험가동을 시작한다.ITER는 인류역사 이래 최대 규모의 국제 공동 프로젝트다.

ITER 프로젝트는 미·소 냉전이 한창이던 1985년 레이건 미국 대통령과 고르바초프 소련 공산당 서기장 간의 합의로 시작됐다.“석유 이후의 에너지를 확보하지 않으면 공멸한다.”는 인식이 그만큼 절박했기 때문이다.

핵융합은 태양과 같은 고온의 극한상황에서 중수소·삼중수소 등을 서로 충돌시켜 에너지를 얻는 반응. 중수소 1g이면 휘발유 1만ℓ에 달하는 막대한 열량이 발생한다.

중수소와 삼중수소는 바닷물에서 무한대에 가깝게 얻을 수 있어 이 프로젝트가 성공한다면 인류는 영원히 에너지 걱정을 하지 않고 살 수 있게 된다.

“인류를 구한 수많은 노력들 역시 처음에는 불가능하다는 소리를 많이 들었습니다. 인공태양을 꼭 띄워 새로운 에너지 사회를 이끌겠습니다.” ITER 프로젝트에 참여하고 있는 김창석 핵융합연구소 선임연구원의 눈빛에는 새로운 희망을 열겠다는 의지가 느껴졌다.

superryu@seoul.co.kr

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공관계획 과제시리즈 1
공관계획 과제시리즈-풍력터빈 회전날개 설계 및 제조테스트
핵심기술 연구
<風電: “刮”來的淸潔能源>
과제명칭:<풍력터빈 회전날개 설계 및 제조테스트 핵심기술 연구>
과제 담당자: 장림(張林, Zhang Lin) [고급엔지니어, 중국항공공업풍력발전
판공실 주임, 중항혜등(中航惠騰)풍력발전설비유한공사 이사장]
■ 배경
중국은 에너지가 크게 부족한 나라이다. 특히 석탄/석유 등 전통적인 비재생
에너지의 대량 사용, 장비 노후, 이산화탄소/이산화유황 등 오염기체의 대량
방출로 인해 중국의 생태계가 크게 악화되고 있다. 반면 지속적인 경제성장
과 대중 생활 질의 꾸준한 개선과 더불어 에너지 수요가 급격히 확대되고
있다.따라서 재생 가능한 청정에너지 개발이 급선무로 나섰다.
태양에너지/조수/석수 등 재생 가능한 에너지와 비교하여, 풍력에너지는 기
술적으로 가장 성숙되고, 대규모 개발과 상업화 전망성이 높은 대체 에너지
로 불리고 있다.중국은 풍력에너지 자원이 극히 풍부하다.구체적으로 육지
에서 개발이용이 가능한 풍력에너지 보유량은 2억 5,300만kw에 달한다. 한
편 근해에서 개발 가능한 풍력에너지자원 보유량은 육지의 3배에 달한다. 그
러나 실질적인 이용 수준은 별반 높지 못하다. 2004년 중국의 풍력발전량은
70여만kw에 그쳤다. 이 숫자는 이용 가능한 풍력에너지 보유량의 0.5%에도
미치지 못한다. 같은 해 중국의 발전총량은 4억 4,000만kw였으며, 풍력 발
전량의 비중은 0.16%에 머물렀다. 이로부터 중국의 풍력발전 산업의 성장잠
재력이 엄청 큼을 알 수 있다.
1. 풍력발전의 핵심: 유닛설비
풍력에너지를 크게 발전시키려면 우선 풍력터빈 문제를 해결해야 한다.
중국은 “9차5개년(1996∼2000)”기간에 250kw 풍력터빈 자주개발에 성공했
으나 당시 선진국은 이미 600kw 풍력터빈의 산업화를 실현하였다. 따라서
중국에는 두 가지 선택이 필요했다. 즉, 해외의 풍력터빈을 도입하는 것과
공관계획 과제시리즈 2
한중과기협력센터
자주적으로 개발하는 것이었다.
그러나 해외 바이어가 중국 측이 감당하기 어려운 거액의 기술라이센스 로
열티를 제시한 원인으로 자주개발이 유일한 선택으로 되었다.
중국은 즉각 단시일 내에 600kw급 풍력터빈을 개발하기 위한 계획을 세웠
다. 2000년 8월, 중국이 자력으로 개발한 600kw급 풍력터빈 회전날개가 신
강달판성(新疆達坂城)의 풍력터빈에 설치되어 2,000시간 동안의 연속작동에
성공했다. 이에 힘입어 중국의 풍력터빈 국산화률은 96%로 제고되었다.
최근에는 750kw의 풍력터빈 회전날개(사용수명 23년)도 테스트에 성공해
양산화에 돌입했다.
2003년부터 국산화 600kw급 풍력터빈 회전날개의 중국 내 시장점유율은
100%에 이르렀다.
☞ 전문가 평론:
풍력터빈 회전날개 제조업은 노동/기술 집약형 산업이다.풍력터빈 회전날
개는 항공기술과 풍력발전기술의 접목을 필요로 한다. 600kw급 풍력터빈 회
전날개에 대한 연구와 산업화 과제가 입안되기 전까지만 해도 상당수 사람
들은 중국의 위 제품 제조능력에 대해 회의적인 시각을 보였다. 그러나 국
산화가 성공하면서 수입산 풍력터빈 회전날개 가격은 기존에 비해 50% 크게
인하되었다. 2005년 중항혜등공사는 600kw급 150대와 750kw급 120여대의 회
전날개 주문을 받았다. 이밖에 중항혜등공사는 2005년 내로 메가와트(MW)급
풍력터빈을 개발할 예정이다.
2. 토종 브랜드, 중국의 풍력환경에 더욱 적합
중국에는 풍력발전이 가능한 지역이 비교적 많다. 북쪽에는 신강/내몽고/ 흑
룡강 등이 있으며,남쪽에는 광동/복건 등이 있다.반면 중국은 국토가 넓어
북부지역의 영하 40℃ 저온기후, 동부 연해지역의 고습도 기후에 각각 적응
할 수 있는 고성능 풍력터빈 회전날개를 필요로 한다.
일반적인 풍력터빈 회전날개는 경질유리로 만들어졌기 때문에 온도가 너무
공관계획 과제시리즈 3
한중과기협력센터
낮으면 유리강도가 높아지면서 쉽게 진동이 생기고, 사용수명이 감소하며,
발전효율이 낮아지는 등 단점이 있다. 따라서 연구팀은 아래의 방법으로 위
기술난제를 해결했다.
- 회전날개에 감쇠장치를 설치해 북방의 겨울철에도 회전날개가 안정적으로
작동되게 했다.
- 항공기 프로펠러 설계기술을 이용해 회전날개의 끝부분 외형을 최적화하
여 회전날개 작동 시의 압축공기 소음을 감소시켰다.
- 프로펠러 평형기술을 이용해 회전날개 무게중심의 상호 격차를 10mm이
하에 달하게 하고, 3개 회전날개 간의 무게 격차가 1kg 이내로 줄여 회전
시의 진동을 크게 낮추었다.
- 피뢰장치 디자인을 최적화하여 스틸와이어로프 크리프로 인한 피뢰장치
불량 접촉문제를 해결했을 뿐만 아니라 회전날개 위의 피뢰침이 벼락에 융
화되어도 회전날개에 피해가 조성되지 않게 했다.
☞ 전문가 평론:
국산화 600kw급 회전날개 성능지표는 4년간의 현장테스트를 거쳐 신뢰성이
높다는 점이 입증되었다. 그 중 진동방지 등 분야의 지표는 해외 동종제품
을 크게 앞섰다. 신강달판성의 풍력발전소에 설치된 실험용 회전날개는 후
류(backwash)의 영향을 심하게 받았는데 국산화 회전날개로 대체한 이후 발
전량이 뚜렷이 상승했다. 대련(大連)과 영구(營口) 풍력발전소의 풍력터빈
은 벼락이 칠 경우, 일부 회전날개가 파손되는 현상이 나타났지만 중항혜등
공사가 개발한 회전날개는 벼락에도 끄떡하지 않는 등 높은 신뢰성을 보였
다.
3. 자금난과 운반난, 풍력발전 보급화 저해
2010년에 중국의 풍력발전용량은 400만kw(2001년의 10배에 해당)에 달할
할 것으로 예상된다. 한편 2005년 중국 내 풍력발전용량이 100만kw로 추정
되는 가운데 향후 5년 내 300만kw의 풍력발전용량을 추가로 늘려야 한다.
현 단계 중국의 풍력터빈 완제품 제조능력으로는 국내 풍력터빈 수요를 만
족시키지 못하고 있다.
풍력터빈 공급량이 수요에 비해 크게 적은 상황에서 어떻게 제조량을 빠른
시일 내에 대폭 늘려 시장수요를 만족시키느냐 가 중요한 과제로 떠오르고
공관계획 과제시리즈 4
한중과기협력센터
있다. 풍력발전기의 현장 설치는 특정 시간 내에 집중적으로 진행되므로 여
분 제조량의 회전날개는 공장의 재고품으로 되고 만다. 즉 균일한 제품발송
이 불가능하며,연간 자금회전율이1회에 그쳐 기업에 유동자금 부족난이 형
성된다.
회전날개 운송난도 홀시할 수 없는 애로사항으로 나서고 있다. 600kw급 회
전날개의 길이는 19.2m, 길이는 16.4m에 달한다. 그러나 중국은 일반 운반
차의 길이를 12.5m이하로 제한하고 있다. 회전날개가 너무 길어 운반과정에
여러 번이나 벌금을 낸 적도 있었다. 특히 750kw급 회전날개의 운반 난이
도는 더욱 높다. 750kw급 회전날개의 길이는 19.7m, 적재량은 3.2톤에 달
한다. 한편 1.5MW급 회전날개의 길이는 34m, 폭 3m, 적재량 5톤이다. 위
제품을 운반하기 위해 중형 트랙을 사용할 경우,운반원가가 크게 증가한다.
☞ 전문가 평론:
풍력터빈 회전날개산업에 대한 중국 국가 관련 부문의 지원이 기대된다. 예
를 들면 전문프로젝트용 대출 또는 저금리 대출을 지급해 기업의 유동자금
난을 해결해주는 것이 필요하다. 한편 풍력터빈 회전날개 운반용 특수차량
제조를 허가하고,특별 통행증을 발급하는 방법도 바람직하다.국가가 지정
한 풍력터빈제품 인증부서는 해외 관련부서와 제품 상호인증을 진행하여 국
산화 회전날개의 해외수출을 유도할 필요가 있다.
4. 풍력발전 요금은 언제면 화력발전 요금 수준으로 내려갈 것인가?
현재 화력발전 요금은 0.2~0.3위엔/kw이며, 풍력발전 요금은 약 0.4~0.6위
엔/kw이다. 높은 풍력터빈 제조원가가 풍력발전 요금의 인하를 저해하는 주
요한 요인으로 되고 있다.
실제로 설비가 양호한 풍력발전 현장에서 풍력이 12~13m/s일 경우, 부하작
동을 만족시킬 수 있다. 그러나 연간 부하작동 시간은 2,000~3,000시간에
불과하다.
풍력발전의 특성으로 인해 풍력터빈의 연간 8,000시간 연속 작동은 불가능
하다. 이 또한 풍력발전 원가가 전통적 에너지에 의한 발전원가에 비해 높은
중요한 원인이다.
공관계획 과제시리즈 5

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신재생에너지-풍력발전
영남대학교 디스플레이화학공학부 교수 정재학
1. 풍력발전의 원리
풍력 발전이란 자연의 바람으로 풍차(風車)를 돌리고, 이것을 기어기구 등을 이용하여 속도를
높여 발전기를 돌리는 발전 방식을 말한다. 바람의 힘은 오래 전부터 이용되어 왔다. 지금도 드물
기는 하지만 바람의 힘은 풍차를 통해 기계적인 힘으로 변형되어서 물을 끌어올리거나 곡식을 가
공하는 데 이용되기도 한다. 그러나 현재 전세계적으로 바람의 힘은 풍력발전기를 돌려서 전기에
너지를 만드는 데 가장 활발하게 이용되고 있다고 해도 과언이 아니다. 풍력발전은 자연상태의 무
공해 에너지원으로 현재 기술로 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로써 바람의 힘
을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 기술이다. 이러한
풍력발전을 이용한다면 산간이나 해안오지 및 방조제 등 부지를 활용함으로써 국토이용효율을 높
일 수 있다. 풍력발전 시스템이란 다양한 형태의 풍차를 이용하여 그림 1과 같이 바람 에너지를
기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템을 말
한다. 이러한 풍력발전 시스템은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연
료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출
등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다.
그림 1. 풍력잘전개요도
풍력발전기는 발전용량이 10와트밖에 안되는 마이크로급에서부터 2메가와트에 이르는 대형
발전기까지 아주 다양한 종류가 개발되어 있다. 마이크로급의 발전기는 손으로 들고다닐 수 있을
정도로 작고, 2메가와트급은 날개의 지름만 70-80미터, 지지대의 높이가 100미터 가까이 되는
엄청난 규모의 것이다. 풍력발전기의 발전용량은 급속하게 증가해 왔는데, 얼마 있으면 현재 개발
단계의 3메가와트가 넘는 풍력발전기도 상용화될 것으로 전망된다. 마이크로급의 발전기는 전기
가 들어오지 않는 외딴 집에서 사용하기에 적당하고, 대형 풍력발전기는 많은 양의 전기를 생산해
서 주위의 주택들에 전기를 공급할 목적으로 세워진다. 유럽과 미국에서는 대형 풍력발전기들이
한곳에 수십개 이상 들어서 있는 풍력발전 단지를 드물지 않게 찾아볼 수 있다. 이들 단지 중에는
전체 발전용량이 100메가와트에 달하는 것도 있다.
나라명 Germany Spain US India Denmark Italy UK China Japan NL 기타 total
총용량(MW) 18,428 10,027 9,149 4,430 3,122 1,717 1,353 1,260 1,231 1,219 7,386 59,322
발전율(%) 31.1 19.6 15.4 7.5 5.3 2.9 2.3 2.1 2.1 2.1 12.5 100
2. 풍력발전의 세계적 동향
풍력발전 시스템은 기후 온난화를 일으키는 주범인 CO2 배출도 없고, 방사능을 누출에 관한
어떤 오염도 알으키지 않는다. 이러한 장점 때문에, 풍력발전 시스템은 태양에너지 발전시스템과
함께 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정을 받고 있으며 이미 전 세계적으로 약 32,154MW
(2002년말 누계기준)의 풍력발전 시스템이 설치 운전되고 있다. 이중, '02년 한해 동안 설치된 풍
력발전 시스템의 용량은 7,227MW이며, 이는 그해 건설된 원자력발전소 용량보다도 큰 수치이다.
우리나라도 세계기후변화협약과 같은 국제 환경의 변화와 유가상승, 그리고 국내사용 에너지의
96%를 수입에 의존하고 있는 현실적인 문제에 대응하기 위하여 풍력발전 시스템에 대한 관심이
높다. 뿐만 아니라 풍력발전 시스템은 구조나 설치 등이 간단하여 운영 및 관리가 용이하고 무인
화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있다.
보급실적은 서구 선진국이 더욱 두드러져 덴마크는 97년도에 풍력발전기 설치용량이
1,135MW로 년간 1,830GWH의 전기를 생산하여 총 전기 생산량의 6.4%에 달하였다. 유럽국가들
이 풍력발전기 설치보급을 급속히 확대 시킴에 따라 유럽풍력발전협회(EWEA)는 보고서를 통해
풍력발전기가 2020년에 100,000MW가 설치되어 전 유럽국가 전력수요의 10%에 도달 될 것이며
이러한 설치용량의 증가율은 년40%로 풍력발전기가 타 어느 에너지보다 성장률이 빠름을 발표하
였다.
전세계의 육지에서의 풍력발전 잠재량 - 기술적으로 개발가능한 - 은 연간 2만-5만 테라와
트시에 달하는 것으로 추정된다. 그러나 1999년 현재 풍력발전기의 전체 용량은 13600메가와트
였고, 발전량은 24테라와트시에 지나지 않았다. 잠재량의 1000분의 1도 이용하지 못한 셈이다.
이와 같이 엄청난 풍력발전 잠재량이 존재하고 생산비용도 시간이 갈수록 내려가고 있기 때문에,
전세계의 풍력발전기 시장은 급속하게 확대되고 있다. 1994년부터 1999년까지의 연간 증가율은
약 30%였는데, 이러한 증가추세는 앞으로도 상당 기간 계속될 것으로 전망된다. 현재와 같은 추
세대로 풍력발전 시장이 확대되면 20여년 후면 전세계 전기수요의 10%가 풍력발전으로 충당될
것이 예상된다. 풍력발전 산업계에서는 2004년까지 전세계의 풍력발전기 시장이 2000년의 3배로
성장할 것으로 보고 있고, 2010년까지 10년 동안의 새로운 풍력발전기의 수요가 10만 메가와트
(1000메가와트급 원자로 100기에 해당)에 달할 것으로 예측한다.
세계의 풍력발전 설치 현황은 다음 표들에 나타내었다.
표-1에서는 그동안 풍력 발전을 수행한 세계 각국의 발전량 누적치를 나타내었다. 현재까지의 풍
력 발전량 누적계는 59,322MW로 나타났다.
표-1. 세계 각국의 풍력 발전 누적 량
표-1에서 보듯 세계 풍력 발전의 3분의1 이상은 독일이 수행하고 있다. 또 약 3분의 1 이상은
스페인과 미국이 수행하고 있으며, 그 나머지 3분의 1 미만을 다른 여러나라가 수행하고 있다.
나라명 US Germany Spain India Portugal China Italy UK France Australia 기타 total
총용량(MW) 2,431 1,808 1,764 1,430 500 498 452 446 367 328 1,745
발전율(%) 20.7 15.4 15 12.2 4.2 4.2 3.8 3.8 3.1 2.8 14.8 100
그림 2. 세계의 풍력 발전 누적계 현황
또한 2005년 풍력 신규 설치현황은 다음 표-2에 나타내었다.
표-2. 2005년 신규 풍력발전 설치 현황
2005년 신규 풍력 발전 설치현황은 미국이 약 20%로 가장 많고, 그 뒤를 독일, 스페인, 인도등이
뒤따른다.
그림-3. 2005년 세계 풍력발전 설치 현황
세계의 풍력 발전에 의한 전력 생산을 다음 표-3에 나타내었다.
Year 1995년 1996년 1997년 1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 2003년 2004년 2005년
MW 4,800 6,100 7,600 10,200 13,600 17,400 23,900 31,100 39,431 47,620 59,322
지역 유럽 북미 아시아 중동,아프리카 태평양 남미 총 계
발전량(MW) 40,904 9,832 7,135 349 889 213 59,322
표-3. 세계 풍력에너지 발전 량
표-3에서 보듯 세계의 풍력발전 량은 기하급수적으로 증가하고 있고 고유가 시대를 맞아 그 발전
량의 증가 패턴은 당분간 지속될 전망이다. 이 발전 량을 지역별로 살펴보면 다음 표-4와 같다.
표-4. 2005년 풍력 발전의 지역별 분포
그림-4. 연도별 세계 풍력발전 누적량(단위 MW)
그림-5. 2005년 세계 지역별 풍력발전량(단위 MW)
3. 풍력발전 기술과 종류
풍력발전은 바람에너지를 날개를 이용해서 전기에너지로 바꾸게 되는데 이때 날개의 이론상
바람에너지중 59.3%만이 전기에너지로 바뀔 수 있다고 한다. 이것도 날개의 형상에 따른 효율,
기계적인 마찰, 발전기의 효율 등을 고려하면 실제적으로 20 ~ 40%만이 전기에너지로 이용될 수
있다. 덴마크 태생인 PAUL LA COUR는 1891년에 세계 최초로 풍력 터빈으로부터 전기를 발생
시켰고 회전자의 공력 특성에 관한 연구도 동시에 수행하였다. 그후 100년이 지난 지금 풍력 시
스템은 전 세계적으로 그 보급이 확대되어 97년도에는 7,700MW가 설치되었고 그 발전량은
19TWH/년으로 전세계 발전량의 0.11%에 이르렀다. 풍력발전기는 최근 풍차 크기가 커지고, 폭
풍 때의 대책 등에 어려운 문제가 따르는데, 미국에서는 1,000kW를 넘는 것도 있다. 또 발전기를
풍속에 관계없이 일정한 속도로 회전시킬 필요가 있으므로, 풍속에 따라 풍차날개의 기울기를 바
꾸는 등의 제어를 해야 한다. 바람이 없을 때는 발전할 수 없으므로, 정전되는 것을 피하기 위해
축전지나 디젤 발전기도 같이 설치해 두는 경우가 많다. 다만 이 경우는 직류발전이 되는데, 그
용량은 수십 W에서 수십 kW 정도이다.
풍력발전기는 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 나뉜다.
수직축 발전기는 땅 위에 세워진 기둥 주위에 볼록한 형태의 큰 날개가 붙어서 서서히 도는 형태
를 하고 있다. 그러나 수직축 발전기는 수평축에 비해 효율이 떨어지기 때문에, 현재 풍력발전기
시장에서 판매되는 것은 거의 모두 수평축 발전기이다. 수평축 풍력발전기도 날개의 수가 세 개인
것과 두 개인 것 그리고 하나인 것으로 나눌 수 있다. 날개가 두 개인 형태는 주로 바다에 세우는
초대형 발전기(예상 발전용량 3-6메가와트)에 많고, 지상에 세워지는 풍력발전기는 대부분 세 개
의 날개를 가지고 있다. 또한 풍력으로부터 오는 힘이 발전기에 전달될 때 기어라는 중개장치를
이용하는지 그 힘이 날개 이외의 아무런 매개체도 거치지 않고 직접 전달되는지에 따라 형태가
달라진다.
풍력발전기는 세우는 대상 지역의 바람의 세기와 성질에 의해 크게 좌우된다. 바람의 세기가
약 4m/s 이상인 곳에는 풍력발전기를 세울 수 있는데, 바람은 공중으로 올라갈수록 강하게 불기
때문에 바람이 약한 곳에도 풍력발전기를 높게 세우면 전기를 생산하기에 충분한 바람을 얻을 수
있다. 풍력발전의 최적 바람의세기는 약 10m/s로 알려져 있으나 그 규모에따라 다를 수 있다. 참
고로 태풍의 바람세기가 보통 17m/s 로 알려져 있다.
3-1. 수직축 풍력 발전기(VAWT ; Vertical-Axis Wind Turbine)
수직축 풍력 발전기는 회전축이 바람의 방향에 대해 수직인 풍력발전 시스템으로 아직 실용
화(상용화)된 대형 시스템 없다. 이 시스템의 장점은 바람의 방향에 관계없이 운전가능하며(요잉
시스템 불필요) 증속기 및 발전기가 지상에 설치된어 그 하중이 비교적 적어 설치시 건설비용이
작다는 것이다. 단점은 시스템 종합 효율이 낮고, 자기동(self-starting)이 불가능하며 시동토크가
필요하다는 것이다. 또 주 베어링의 분해시 시스템 전체를 분해해야하며 넓은 전용면적 필요하다
는 것이다.
그림-6. 수직축 풍력 발전기의 축회전 유형
그림-7. 수직축 풍력발전기의 종류
3-2. 수평축 풍력 발전기(HAWT ; Horizontal-Axis Wind Turbine)
수평축 풍력 발전기는 회전축이 바람이 불어오는 방향에 수평인 풍력 발전 시스템으로 현재
가장 안정적인 고효율 풍력발전 시스템으로 인정되는 시스템이다. 현재 가장 일반적인 형태로, 중
형급 이상의 풍력발전기 에서는 대부분 Upwind Type 3-Blade HAWT을 사용하고 있다.
그림-8. 수평축 풍력발전기의 종류
수평축 풍력 발전기에는 맞바람 형식(Upwind Type)과 뒷바람 형식(Downwind Type)이 있
는데 맞바람 형식의 장점은 타워에 의한 풍속의 손실 없고 풍속 변동에 의한 피로하중/ 소음 적
다는 것이다. 단점은 요잉 시스템 필요 (시스템 구성 복잡해짐)하고 회전 날개부분인 로터와 타워
의 충돌이 고려된 설계를 하여야 한다는 것이다. 뒷바람 형식의 장점은 요잉 시스템 불필요하고
별도의 설계없이 타워와 로터의 충돌 피할 수 있으며 그로 인해 타워의 하중 감소되어 가격이 저
렴하여 주로 소형 풍력발전기에서 많이 사용한다. 단점은 타워에 의한 풍속의 손실 발생으로 풍속
의 변동 크고 터빈의 피로하중 및 소음이 증가하며 전력선이 꼬일 수 있다는 것이다.
3-3. 풍력발전기의 주요 부분
< 회전체 : ROTOR >
바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 장치이며, 풍력발전기의 성능에 큰 영향을
미친다. 효과적인 풍력발전을 위해서는 이러한 로터의 설계가 매우 중요하며, 특히 각각의 날개
(Blade)의 설계가 아주 중요한 요소로 작용한다.
< 날개 : BLADE >
구조적 하중 특성, 재료성능, 블레이드 디자인 및 수명을 고려한 재료를 사용한다. glass
fiber reinforced plastics (GRP)을 많이 사용하는데 이는 가장 대표적인 내식성, 내약품성재료로
서 높은 강도를 가지기 때문이다. 현재 대부분의 대형 터빈에 사용한다. 또 날개(Blade)가 1개, 2
개, 그리고 3개를 사용하는데 1-blade는 소음과 외관상의 문제를 발생시키며 큰 요잉 모멘트가
작용하며 불규칙한 토크발생시키므로 잘 사용되지 않는다. 2-blade은 티터링 모션이 크며(힌지
필요) 소음과 외관상 문제를 다소 발생시킨다. 3-blade날개는 티터링 블레이드라고도 하는데 대
부분의 대형 풍력발전기에 채택되고 있으며 현재 가장 안정적인 시스템이다.
<공력브레이드 시스템>
풍력발전기의 주된 브레이크 시스템으로 스톨제어 터빈에 사용되는 전형적인 브레이크 시스
템이다. 터빈 및 기계 브레이크 시스템에 과부하를 방지하기위한 장치로 블레이드 주 코드 방향이
회전면과 수직이 되도록 피치각을 90도로 회전시켜 최대의 공력저항을 발생시켜 로터를 제동시키
는 원리로 작동된다.
<운전 시스템>
풍력 발전기는 무엇보다 운전시스템이 중요하다. 바람의 세기에 관계없이 일정한 전력의생산
이 효율에 큰 영향을 주므로 운전시스템은 매우 중요한 부분이 된다. 운전 시스템은 날개의 회전
수와 그 패턴에 따른 구분된다. 정속회전 시스템은 바람속도가 변하더라도 날개의 바람 받는 각을
조절하여 정속회전을 유도하는 경우를 말하며 비정속 회전 시스템은 바람의 세기에 따라 날개의
속도가 가변적인 시스템을 말한다. 정속회전 시스템은 유도발전기와 증속기어를 사용하며 발전기
의 회전수 제어가 불필요하다. 또 발전기가 견고하고 저렴하며 설계풍속 이탈 시 에너지 변환효율
이 감소한다는 단점이 있다. 비정속 회전 (가변속 회전)시스템은 풍속증가에 맞춰 로터 회전수를
증가시킴으로서 로터의 공력 토크와 발전기의 부하토크 일정하게 유지한다. 익단 속도비를 일정하
도록 제어하므로 설계풍속 이탈 시 출력 제어로 일정회전수 유지할 수 있다. 운전시스템의 제어
방식은 능동제어(Active S.C.)방식과 수동제어(Passive S.C.)방식이 있는데, 능동제어방식은 가변
피치를 사용하며 정확한 제어가 가능하나 구조적으로 복잡구조를 이루며 강도가 떨이지는 문제점
이 있다. 수동제어방식은 고정피치를 사용하고 구조가 간단하여 견고하다.
4. 한국의 풍력발전 현황
제주도 전체의 풍력자원 부존량은 1995년에 제주도에서 소비한 전체 전력의 5.5배에 달하고,
기술적으로 이용가능한 잠재량은 소비전력을 모두 충당할 수 있는 것으로 조사되었다. 생산단가도
육지와 제주도를 잇는 해저 송전케이블을 통해 제주도로 송전되는 화력이나 원자력전기 단가보다
높지않기 때문에, 제주도 같은 섬 지역에서는 풍력을 적극적으로 개발하는 것이 환경적, 산업적
측면에서 매우 유리하다.
한국에 설치되어 있는 풍력발전 단지는 2005년 6월 기준으로 대관령(3,390㎾), 태백(4,250
㎾), 울릉도(600㎾), 새만금(4,500㎾), 무안(1,450㎾), 밀양(750㎾)과 제주의 월령(150㎾), 한경
(6,000㎾), 중문(250㎾), 행월(9,757㎾) 등에 소규모의 발전단지가 조성되었다.
또 2005년 4월 유니슨(주)이 경상북도 영덕군 영덕읍 창포리에 준공한 한국 최대의 상업용
풍력발전단지에는 24개의 바람개비와 높이 120m의 풍력발전기가 설치되어 있다. 이곳에서 생산
하는 연간 발전량은 9만 7000㎽로 영덕의 2만 가구가 한 해 동안 사용할 수 있는 양이다. 유니
슨(주)은 강원도와 제주도 남제주군 성산읍 난산리 일대에도 14.7㎽급 풍력발전기 7기를 설치하
여 풍력발전단지를 조성할 예정이다. 또한 인천광역시 강화도와 대부도, 충청남도 당진군, 전라북
도 부안군 새만금, 전라남도 신안군, 해남군, 경상남도 밀양시, 양산군, 욕지도 강원도 대관령, 태
백시, 부산광역시 가덕도, 제주도 난산리 등에 총 13만 8883㎽의 전기를 생산하는 풍력발전단지
가 추가로 조성될 예정이다.
그림-9. 영덕 풍력 발전 단지 전경
풍력발전은 환경적인 측면에서 소음이나 경관의 손상 등의 문제를 유발할 가능성도 있다. 그
러나 풍력발전기의 소음은 기술의 발달로 이제는 크게 개선되고 있다. 또 최근 생산되어 설치되는
발전기는 날개 지름이 수십미터에다 높이도 백미터에 달하는 것들로서, 주택가로부터 멀리 떨어져
세워지고 게다가 날개가 커지면 돌아가는 속도가 느려지고 이에 따라 소음도 크게 줄어들기 때문
에, 풍력발전기에 가까이 다가가도 시끄럽게 돌아가는 소리는 전혀 들리지 않는다. 풍력발전기가
자연경관을 변형하고 환경도 파괴하는 것은 사실이지만, 화력발전소나 원자력발전소의 건설로 파
괴되는 자연경관과 비교하면 파괴의 정도가 더 심한 것은 결코 아니다.

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[과학기술로 보는 미래] 바람ㆍ소리가 석유를 대신한다

미래 에너지로 풍력ㆍ음향 주목…연 날려 전기 만들기도

캐나다의 비행선 풍력 발전기

인류가 당면한 심각한 에너지 문제와 화석연료로 인한 지구 온난화 문제를 해결하기 위해 세계 각국은 태양 풍력 바이오 등을 활용한 재생에너지 개발에 집중하고 있다. 2005년 한 해만 하더라도 전 세계가 재생에너지 개발과 보급에 투자한 금액이 약 380억달러에 달했을 정도다.

일단 선두주자는 유럽이다. 일찍 재생에너지 문제에 눈을 뜬 유럽은 2020년까지 1차 에너지 가운데 재생에너지 비중을 25%로, 2040년까지는 50%로 확대할 것을 계획 중이다.

특히 영국은 2010년까지 재생에너지 사용 비율을 10%까지 높일 것이라고 발표했고, 독일은 2020년까지 재생에너지를 이용한 전력 공급 비중을 20% 이상으로 확대할 계획이다. 미국 역시 2017년까지 휘발유 사용량의 15%를 재생에너지로 대체할 계획이다.

이탈리아에서 개발한 연 발전기

그러나 한국은 2006년 기준으로 1차 에너지를 대체하는 재생에너지 비율이 2.27%에 머물고 있다.

이는 덴마크(14.6%) 프랑스(6.3%) 미국(4.5%) 독일(4.3%) 일본(3.4%)에 비해 낮은 수준이다. 이와 관련해 정부는 2011년까지 1차 에너지 5%를 재생에너지로 대체할 계획을 세웠지만 선진국 수준을 따라가려면 아직 갈 길이 멀다.

◆ 소리를 전기로 바꾼다

= 최근에는 재생에너지 분야에서 기존 연구방향과 다른 아이디어와 기술이 나오고 있어 주목을 끌고 있다.

최근 미국 유타대학에서는 열을 소리로 전환시킨 후 전기를 생산하는 엔진장치를 개발했다. 이 장치는 군용 레이더와 대학 등 온수 발전설비에서 버려지는 열이나 핵발전소 냉각탑에서 방출되는 폐기열을 전기로 전환할 수 있다.

열을 전기로 전환시키는 데 소리를 이용하는 것이 핵심 기술인데 먼저 열을 음향으로 전환시킨 다음 음향을 다시 전기로 전환시키는 과정을 거친다. 열을 사람들이 들을 수 없는 초음파 주파수로 전환시킨 뒤 다시 음량(音量)을 전기로 전환시키는 방식이다. 음파의 압력으로 전기 전압을 만들어 내는 원리를 적용했다고 연구진은 설명한다.

아직 상용화까지는 많은 기술개발이 필요하지만 앞으로 우리들이 듣기 싫어하는 큰 소음을 전기로 바꿀 수 있는 단계까지 연구개발이 진행된다면 미래 사회에서는 우리들이 쓸모없다고 생각했던 폐기열이나 소음이 재생에너지로 둔갑할 것이다. 만약 이런 기술이 보편화된다면 큰 소음이 끊임없이 발생하는 공장 내부나 공사장도 에너지 효율이 크게 높아질 것으로 기대된다.

◆ 연 날리기로 전기를 만든다

= 풍력발전 분야에서도 미래에는 지금과 다른 기술이 나오면서 상용화 가능성을 높여 줄 것으로 기대된다.

캐나다 `마겐파워(Magenn Power)`는 최근 지상 300ｍ에서 강풍으로 전기를 얻는 풍선 모양의 비행선 풍력 발전기를 선보였다. 이 발전기는 수십 ｍ 높이 철탑에 커다란 풍차가 달린 기존 풍력 발전기와 달리 헬륨가스를 채운 비행선을 하늘에 띄우는 방식을 이용한다.

거센 바람에 의해 비행선이 제자리에서 돌 때 회전력을 이용해 비행선에 탑재된 발전기가 전기를 생산한다. 또 이탈리아에서는 연을 이용해 전기를 생산하는 연 발전기 `카이트젠(Kite Wind Generator)`을 개발해 눈길을 끌고 있다. 연에 부착된 기둥이 바람에 의해 회전해 전기를 만드는 장치라고 한다. 이들 신개념 발전기는 아직 개선 여지가 많은 것이 사실이다. 하지만 연 날리기가 예로부터 한국에서도 즐겼던 놀이인 것을 감안하면 우리에게도 새로운 기회로 작용할 수 있을 것으로 보인다.

◆ 토목건축물도 재생에너지 생산

= 얼마 전 미국에서는 고속도로 중앙분리대에 자동차 진행 방향과 수직으로 풍력 터빈을 설치해 전기를 만드는 데 성공했다.

평소 차량 속도 등으로 소음이 심하고 바람이 거세게 부는 고속도로 지하철 경전철 등 중앙분리대에서 새로운 에너지를 발생시킨 것이다. 간단한 아이디어로 버려지는 것을 에너지로 만든 셈이다.

이런 기술을 도시형 풍력발전이라고도 하는데 앞서 언급했던 소리로 전기를 만드는 기술과 접목한다면 조용하면서도 쾌적한 고효율 에너지 도시를 만드는 데 상승효과가 기대된다.

미래 도시에 흔하게 접목될 이런 기술은 이미 현실 세계에 등장하기 시작했다. 영국 런던에 있는 건축설계사무소 `막스 바필드(Marks Barfield)`는 새로운 초고층 아파트 프로젝트로 `스카이하우스(Skyhouse)`를 발표했다. 3개 동으로 구성된 이 건물은 타고 오르는 상승 기류를 이용해 꽈배기 모양으로 된 풍력 발전기를 돌리게 된다. 이미 이런 아이디어를 도입해 건설 중인 건물도 있다. 현재 바레인에서 건설하고 있는 세계무역센터(BWTC) 쌍둥이 빌딩도 건물과 건물 사이에 대형 발전용 프로펠러를 설치해 전기를 생산하는 세계 최초 건물이다.

이런 아이디어는 한국처럼 초고층 아파트와 빌딩이 잇따라 건설되는 여건에서는 충분히 실현 가능성 있는 계획이 될 것이다. 이렇게 에너지와 관련한 새로운 아이디어들이 전통적인 사고를 전환시키거나 고전적인 형식을 깨는 발상 전환으로 그 잠재력을 높이고 있다.

하지만 아직 인류를 책임질 새로운 재생에너지는 등장하지 않았다. 에너지의 대외 의존도가 높은 한국 청소년 중에 이 분야 연구를 주도할 세계적인 과학자가 나오는 날을 기대해 본다.



[구영덕 한국과학기술정보연구원 책임연구원]

풍력 발전소에 들어가는 이 부품은 고유가 시대 대체에너지 장비로 최근 수요가 크게 늘어나고 있다.

동부증권은 "대형엔진용 단조를 비롯해 풍력 터빈 등에서 지속적인 수주가 예상된다"며 유니슨에 대해 '매수' 의견과 함께 목표주가 2만9000원을 제시했다.

이 회사는 최근 현대중공업으로부터 1308억원 규모의 엔진용 단조부품을 수주했다.

공급기간은 올 5월 말부터 2010년 12월 말까지이며 올해 인식되는 매출은 200억~300억원대로 증권업계는 추정하고 있다.

김유진 동부증권 연구원은 "첫 대형수주가 대표적인 조선업체인 현대중공업으로부터 시작됐다는 점을 매우 긍정적으로 평가한다"고 말했다.

김 연구원은 "유니슨의 단조 생산능력은 13만t 수준으로 이를 통한 예상 매출은 2600억원 규모"라며 "하반기 추가 라인을 설치해 연내 생산능력을 20만t 수준으로 늘릴 것이며 제품 인지도도 현대중공업 수주를 계기로 서서히 나아질 것"으로 내다봤다.

그는 특히 "풍력 발전기의 경우 이달 중으로 한국수력원자력 발전기 설치가 끝나면 제품 인지도를 확보할 수 있는 데다 풍력 타워도 지난 4월부터 이미 매출을 올리기 시작했다"며 "단조와 풍력 발전기 시장은 공급부족 상황으로 기본적인 검증이 끝나면 가동률이 점진적으로 상승할 전망"이라고 강조했다.

현대증권도 유니슨에 대해 현대중공업과의 공급계약 체결로 향후에도 다른 업체들과의 추가 공급계약이 이어질 것으로 전망했다.

이 증권사의 한병화 연구원은 "메이저 선박 제조업체와 계약을 맺은 만큼 향후 국내외 다른 선박 제조업체와 추가 공급계약을 체결할 가능성이 높다"고 말했다.

한 연구원은 "유니슨은 최소한 2011년까지 글로벌 누적 풍력발전 설치량이 연평균 20% 이상 증가할 것이므로 성장 잠재력이 크다"고 예상했다.

다만 신규 진입자로서 후판과 잉곳，슬라브 등 원재료를 원활히 조달하는지 여부가 향후 생산 계획을 세울 때 변수로 작용할 수 있다는 분석이다.

임상택 기자 limst@hankyung.com
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향상된 소형 풍력 발전기 개발 - 캐나다

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Energy | 2005/10/14 (금) 15:02

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2005.07.20 12:25 http://tong.nate.com/nolboo/2267966
앨버타 대학의 엔지니어들은 훗날 각 가정에서 필요한 에너지의 자체 수급이 가능한 풍력발전기를 만들어 냈다.

“우 리는 간단하고, 신뢰성 있는 소형 풍력 에너지 발전기를 개발했으며, 이것은 현재의 제품보다 저렴하다”고 앨버타 대학의 교수인 Andy Knight 박사는 밝혔다. 그는 전기 및 컴퓨터 공학부에 근무하며, 최근 IEEE Transactions on Energy Conversion에 관련 논문을 게재했다.

풍력 에너지를 동력화하는데 발생한 전형적인 문제점은 높은 비용과 에너지 회수율이며, 특히 소형 발전기의 경우 더욱 그러하다고 Knight 박사는 설명했다. 특히 풍속이 어느 수준 이하로 떨어지면 에너지로 전환하기 어려운 점이 있기 때문에 대부분의 에너지가 버려지게 된다.

그러나 Knight 교수의 개방형 룹 컨트롤 시스템(open loop control system)은 간단하고 싸고 유지보수가 간편하게 구성될 수 있다. 또한 Knight 교수의 시스템은 가벼운 바람조차도 전기 에너지로 전환할 수 있는 장점을 가지고 있다.

비록 Knight 연구팀은 판매를 위한 설비를 만들지는 않았지만, 특허 획득과 판매에 앞서서 성능 향상을 위한 발전기 디자인 및 테스트에 주력하고 있다.

현재의 소형 풍력발전기는 2,400달러의 비용이 들며, 하루 평균 풍속에서 일일 5.2KWH의 에너지를 생산한다고 Knight 교수는 밝혔다. 캐나다의 경우 하루 평균 가정이 사용하는 에너지의 양은 34~67KWH이다.

일 반적으로 현재의 소형 풍력발전기의 경우 적어도 18km/h의 풍속이 필요하지만, Knight의 장치는 앨버타 지역의 Edmonton 지역과 같이 풍속이 10km/h 정도되는 낮은 지역에서도 사용 가능하다. 이 발전기는 공급되는 전력이 비싸고 풍부하지 않은 외딴 곳에서도 사용될 수 있다.

자신의 현재 연구를 바탕으로, Knight 교수는 풍력 에너지가 언젠가 청정하고 유력한 에너지원이 되어 현재 환경을 파괴하는 화석 연료를 대체하기를 바라고 있다.

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