이런 풍력발전이라면···어디서든·조용하고·태양광의 6배 효율

프랑스 뉴 월드 윈드사의 에어로리프로 불리는 마이크로 터빈 기반의 친환경용 발전소 제원. 시각공해, 소음공해, 조류 충돌 위험이 없고 효율이 높다. (사진=뉴월드 윈드)

전세계 친환경 발명가들은 지역 태양광 발전소에서부터 공동 소유의 풍력 터빈에 이르기까지 우리 가정에 재생 가능한 전력을 공급할 수 있는 다양하고 새로운 방법을 생각해 내고 있다. 자연에서 영감을 받은 이른 바 한 프랑스 회사의 인공 ‘바람 나무’(윈드트리)도 그 중 하나다. 이 새로운 풍력 터빈 기반의 발전소는 도시와 그 주변 환경에서 재생 가능한 에너지를 생산한다. 과연 마이크로 풍력 터빈으로 구성된 인공 ‘바람나무’가 도심 속에서 녹색에너지 해결책이 될 수 있을까? 프랑스의 뉴 월드 윈드 사는 지난달 10월 11일 영국 버밍엄에 최초로 마이크로 풍력 터빈과 태양광 전지를 함께 사용하는 하이브리드 윈드트리를 설치했다. 이어 내년 1월까지 자사의 기존 풍력 터빈의 6배나 되는 출력을 가진 발전소를 출시할 계획이라고 밝혓다. 이렇게 되면 기존 태양광 발전에 비해 평균 3배나 되는 출력을 내게 되는 셈이라고 한다.

이를 계기로 유로뉴스, 디자인붐, 인터레스팅 엔지니어링 등의 매체가 새삼 이 어디서나 설치할 수 있고 효율성 높은 하이브리드 발전 터빈에 대해 관심을 보이며 집중조명했다. 재조명받고 있는 친환경 고효율 마이크로 풍력 터빈에 대해 알아본다. 찾아보기 쉽진 않지만 이 회사는 우리나라도 이 발전장치를 설치했다고 한다.

마이크로 풍력터빈에 어떤 장점이 있길래?

나무같은 마이크로 윈드 터빈이 탄소중립을 가속화할 수 있다. (사진=뉴 월드 윈드 유튜브)
마이크로 풍력 터빈은 바람이 불면 원통형으로 돈다. (사진=뉴 월드 윈드)
마이크로 풍력 터빈이 윈드트리에 설치된 모습. (사진=뉴 월드 윈드)

나무 모양으로 설계된 이 마이크로 풍력 터빈은 기존 친환경 에너지 생산에서의 몇 가지 과제를 해결하고 있다는 점에서 주목된다. 시각공해, 소음공해, 설치장소 문제를 해결했고 출력을 높였다. 다만 부상중인 기술인 만큼 아직은 값이 좀 비싼게 흠이다.

이 친환경 발전소는 설치되면 마치 나뭇잎처럼 보이는 이른 바 ‘에어로리프’(Aeroleaf)로 불리는 마이크로 터빈 장치 기술을 사용한다.

이 기술을 개발한 프랑스 ‘뉴 월드 윈드’의 소유주인 루크 에릭 크리에프는 “이 발전기는 생물체를 본떴기 때문에 사람들은 그것이 재생 가능한 시스템이라는 것을 언뜻 알아 볼 수 없다”고 말했다.

그는 “이 나무 형태의 발전기는 시각적 공해가 없으며, 나무 주변에 사람들이 앉을 수 있는 벤치를 설치할 수 있다”고 말했다. 나무 줄기와 나뭇잎의 색상을 맞춤형으로 지정할 수도 있다.

하지만 터빈의 매력이 외관에만 있는 것은 아니다.

높이가 5~10m인 이 나무들은 콤팩트해 큰 엔지니어링 작업을 할 필요가 없기에 어떤 도시 환경에도 쉽게 설치할 수 있다.

나뭇잎 모양의 터빈은 미풍에도 반응하는 정밀 센서가 장착돼 있어 모든 방향의 바람을 모아 전력으로 변환시킨다. 일단 터빈이 설치되면 하나의 브래킷과 세 개의 볼트만으로 공사를 완료할 수 있다.

실제로 나뭇잎 모양의 터빈은 미풍에도 반응하는 정밀 센서가 장착돼 있어 모든 방향의 바람을 모아 전력으로 변환시킨다. 일단 터빈이 설치되면 하나의 브래킷과 세 개의 볼트만으로 공사를 완료할 수 있다.

또한 이들은 적당한 기존의 거대 풍력터빈들과 달리 조류와의 충돌 문제도 일으키지 않는다.

게다가 이들은 풍력터빈의 회전시 나는 소음이 없이 조용하게 작동한다는 점이다.

이 친환경 마이크로 터빈(에어로 리프)이 나뭇잎처럼 달린 바람나무는 베이스 앵커를 제외한 무게가 2500kg이다. 높이는 9.2m, 지름은 약 8m, 최대한 설치할 수 있는 에어로 리프 수는 54개다. 에어로리프는 높이 약 98cm, 최대 저항 풍속은 초속 37m다. (*지난 2020년 한반도에 들이닥친 태풍 ‘바비’가 초속 37m의 위력으로 북상했는데 이는 ‘기타 탈선 수준’으로 분류됐다.) 현재 나무에 설치된 총 발전 용량은 3510W이며, 에어로리프 당 피크 전력은 65W이며 인버터 출력전압은 210/240V다.

에어로리프 하이브리드는 소비자의 특정한 요구에 따라 사용자 지정이 가능한 세 가지 독특한 디자인 특징을 제공한다.

회사 및 대규모 지역 사회를 대상으로 하는 윈드 트리(Wind Tree)는 더 많은 에어로리프를 사용하게 된다. 이 다용도 터빈에는 LED 램프도 장착돼 친환경 램프 기둥으로 변신할 수 있으며, 전자 장치의 편리한 충전을 위해 전기 자동차 또는 USB 포트를 위한 충전소도 포함돼 있다.

윈드 팜(Wind Palm)은 에어로리프 하이브리드보다 더 콤팩트한 솔루션을 필요로 하는 사람들을 위한 것이다. 이 발전 장치는 3~5개의 강철 몸통과 18~30개의 회전하는 잎이 있는 가지로 구성돼 있다. 이 디자인은 추가 에너지 생성을 위해 잎 아래에 태양 전지판을 추가할 수 있는 옵션과 함께 도로를 따라 또는 공공 및 개인 정원에 쉽게 설치할 수 있게 해 준다.

윈드 부시(WindBush) 터빈은 뉴월드윈드의 제품 가운데 가장 작다. 이 장치는 12개의 회전하는 나뭇잎과 16개의 태양 전지판이 꽃잎 위에 고정돼 있다. 이는 간단한 구조 덕분에 녹색 전기로 전환하고자 하는 소규모 지역사회와 지역사회에 이상적이다.

윈드트리 에너지의 에너지 발생

알바니아 티라나시에 설치된 윈드트리. (사진=뉴 월드 윈드)

그렇다면 마이크로 윈드 트리는 얼마나 많은 에너지를 발생시킬까?

이 윈드트리 터빈은 국가 전력 그리드에 연결되기보다는 발전된 에너지를 직접 기존 건물의 전기 시스템에 공급한다. 크리에프는 “이는 우리가 자가 소비라고 부르는 것이다”라고 설명한다.

지난 2017년에 뉴 월드 윈드 사를 인수한 이 항공 엔지니어는 내년 1월에 에어로리프의 전력 생산을 3배로 늘려줄 새로운 디자인을 출시할 예정이다.

이렇게 되면 단일 에어로리프가 최소 300W를 생산하고 하이브리드 버전은 336W에서 시작하므로 가장 약한 바람도 지속 가능한 에너지 미래에 기여할 수 있다.

하나의 나뭇잎으로는 연간 최대 1,000킬로와트시(kWh)의 전력을 생산할 수 있으며, 36개의 잎사귀가 달린 윈드트리 한그루로는 초속 12m의 풍속에서 연간 최대 3만6,000kWh의 출력을 낼 수 있다. (*초속 12m의 바람은 우리나라 기상청 등급으로 3등급이며 ‘강한 바람’으로 분류된다. 기상청에 따르면 강한 바람은 초속 9m이상 14m 미만의 바람이다. 초속 9~11m에서는 작은 나무 전체가 흔들리고 공원의 파라솔이 뒤집힌다. 초속 11~14m에서는 큰 나무가 흔들리고 우산을 들고 서 있기가 힘들다.)

바람의 상태가 24시간 내내 지속적으로 높게 유지될 가능성은 낮지만 정기적으로 초속 8m의 바람이 부는 조건에서 윈드트리 한그루로는 연간 거의 1만 8,000kWh를 생산할 수 있다. 이는 4인 가구에 전력을 공급하기에 충분한 양이다. 이는 가정의 연간 이산화탄소 배출량을 12톤 이상 줄일 수 있는 양이다. (*우리나라 기상청의 풍력 등급에 따르면 초속 7~8m의 바람은 풍력 2등급인 ‘약간 강한 바람’에 속하는데 ‘지하철 열차가 들어올 때의 바람 정도’이며 ‘작은 나뭇가지가 흔들림’ 수준이다.) 일반 3~4인 한가구 기준으로 한달에 250~300kWh를 사용한다고 보면 꽤 쓸 만한 전력 생산량으로 볼 수 있다.

태양광과 비교하면 거의 6배

홍콩에 설치된 윈드트리(WindTree). 주변 환경에 자연스레 스며있다. (사진=뉴 월드 윈드)

영국의 프로젝트 솔라 UK(Project Solar UK)에 따르면 평균 크기의 주택에서 4kW의 태양광 발전 시스템은 연간 약 3,000 kWh의 전력을 생산할 수 있다.

뉴 월드 윈드의 윈드트리는 웬만큼 바람이 부는 곳, 즉 초속 8m의 바람이 부는 곳을 가정할 때 평균 크기 주택의 평균 태양광 발전량의 6배가 되는 전력(연간 1만 8,000kWh)을 생산할 수 있다는 얘기다.

이 마이크로 터빈이 갖는 고출력 발전량의 비밀은 24시간 작동하는 능력에 있다.

크리에프는 “태양 전지판은 오전 10시에서 오후 4시 사이에 작동할 수 있다…우리는 우리의 기술로 일주일에 7일, 하루 24시간 에너지를 제공할 수 있다. 그리고 만약 우리가 밤이나 낮 동안에 소비할 수 있는 것보다 더 많은 에너지를 만들어 낸다면 그것을 배터리 안에 저장할 수 있다. 각 배터리는 일반적인 조건에서는 약 45분~1시간 동안 사용할 수 있는 60암페어시(Ah)의 전력용량울 갖는다. 각 윈드트리에는 4개의 배터리가 따라 붙는다.

윈드트리의 마이크로 풍력터빈과 태양광을 함께 사용하는 하이브리드 버전은 훨씬 더 큰 안정성을 제공한다.

아직 다소 비싼 윈드트리의 가격

룩셈부르크 콜라버그에 설치된 태양광-풍력 하이브리드 트리. (뉴월드 윈드)

올해 뉴 월드 윈드는 산업 잡지인 에너지 비즈니스 리뷰에 의해 유럽의 10대 지속가능ㅎ산 에너지 솔루션 공급업체로 인정받았다.

지금까지 이 회사는 유럽에서 미국, 한국에 이르기까지 전 세계에 130개의 기기를 설치했으며, 이탈리아의 브리티시 아메리칸 토바코, 독일의 피닉스 컨택트, 미국의 딜로이트, 프랑스의 로레알 등 상용기업이 대부분이었다.

지난달 11일 뉴 월드 윈드는 영국 버밍엄에서 최초의 에어로리프 하이브리드를 설치했다. 지금까지 이 회사는 영국 버밍엄, 미국 버몬트, 그리고 스위스의 거주지용으로 세 그루의 윈드트리를 설치했다.

마이크로 풍력 터빈은 태양 전지판보다 더 큰 에너지 출력을 제공하지만 새롭게 등장하는 기술인만큼 가격이 더 높다.

윈드트리용 에어로 리프 한 개의 가격은 795유로(약 113만 원), 36개의 잎이 달린 윈드 트리의 가격은 5만 1,990 유로(약 7363만원), 12개의 잎이 달린 하이브리드 태양광 윈드부시( WindBush)의 가격은 2만4,500유로(약 3470만원)다.

프로젝트 솔라 UK에 따르면 일반적으로 4kW 태양광 패널 시스템의 가격은 6,000~8,000파운드(6,900~9,200유로, 977만~1303만원)다. 이에 비해 우리나라의 J 모 태양광 설치업체는 이달 현재 3kWh급 패널 시스템은 380만원에, 6kWh급은 740만원에 설치할 수 있다고 밝히고 있다.

향후 더 발전 효율이 높은 마이크로 풍력 터빈 기반의 하이브리드 윈드트리가 가격을 낮출 수 있게 돼 널리 보급되면 탄소중립에 크게 도움이 될 것 같다.

우리나라에서도 이런 연구실을 벗어난 획기적인 친환경 에너지 관련 발명품이 등장해 상품화되길 기대해 본다.

이재구 기자

jklee@tech42.co.kr
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