'공중 풍력발전' 개발 박차...미래형 재생에너지로 주목
'공중 풍력발전' 개발 박차...미래형 재생에너지로 주목
  • 권준범 기자
  • 승인 2021.05.05 21:23
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한전-전기硏-창원시 손잡고 국내 최초 개발 추진 중
바람 속 비행체가 줄을 당기는 힘으로 지상에서 전기 생산
기존 타워형 풍력 대비 월등한 잠재력으로 기대감 증폭

[에너지신문] 한전과 전기연구원, 창원시가 미래형 신재생에너지로 주목받는 ‘공중 풍력발전’의 국산화 개발에 박차를 가한다.

이들 세 기관은 지난 4일 창원시청에서 공중 풍력발전 연구개발 성과발표회를 가졌다. 또한 지속적인 업무 협력을 위한 MOU도 체결했다. 행사에는 허성무 창원시장, 김종욱 KERI 시험부원장, 김숙철 한전 기술혁신본부장 등 주요 관계자 30여명이 참석했다.

공중 풍력발전은 높은 고도에 연(Kite) 등을 띄워 전기를 생산하는 일종의 ‘하늘을 나는 발전소’다. 비행기나 드론 등에 프로펠러 및 발전기를 장착해 하늘에서 전기를 생산, 지상으로 보내는 공중발전 방식과, 연 또는 글라이더 등이 공중에서 줄을 당기고, 줄이 감긴 지상의 드럼이 회전하면서 발전기를 구동하는 지상발전 방식으로 나뉜다.

▲ 공중 풍력발전 연구개발 협력 업무협약식에서 김종욱 전기연구원 시험부원장(왼쪽부터), 허성무 창원시장, 김숙철 한전 기술혁신본부장이 기념촬영을 하고 있다.
▲ 공중 풍력발전 연구개발 협력 업무협약식에서 김종욱 전기연구원 시험부원장(왼쪽부터), 허성무 창원시장, 김숙철 한전 기술혁신본부장이 기념촬영을 하고 있다.

현재 3개 기관이 순수 국내 기술로 개발하는 분야는 지상발전 방식이다. 한전이 예산을 지원, 전기연구원이 연구개발을 수행 중이며 창원시가 마산해양신도시 부지를 테스트베드로 활용하도록 지원하고 있다.

공중 풍력발전의 장점은 에너지원의 잠재력이 크고 장소의 제약이 적다는 점이다. 이론적으로 타워형 풍력터빈이 바람으로부터 획득할 수 있는 잠재적 총 에너지는 400TW다. 하지만 특정 지역에서만 확보가 가능한 바람 자원의 한계와, 해상풍력의 경우 발전소 기초 비용을 좌우하는 수심의 한계 등 각종 지형적·경제적·자연환경적 문제로 인해 지금까지 전 세계에 설치된 타워형 풍력터빈의 누적 설치용량은 총 잠재력(400TW)의 0.2%에도 못 미치는 743GW에 불과하다.

하지만 높은 고도의 바람을 받는 공중 풍력발전이 획득할 수 있는 잠재적 총 에너지는 이론적으로 1800TW에 이른다. 타워형 풍력터빈 대비 4.5배이며 전세계 에너지 수요(약 20TW)의 90배에 달한다.

전기연구원에 따르면 높은 고도의 바람은 강하면서도 더욱 광범위하게 분포되기 때문에 바람이 약해 타워형 풍력터빈의 상업성이 확보되지 못한 지역에서도 공중 풍력발전 방식을 통해 높은 고도의 강한 바람을 활용, 전력을 생산할 수 있다. 또한 해상에 구축할 때에도 기초 비용을 좌우하는 수심의 영향을 거의 받지 않으며, 사실상 지구 대부분의 지역에서 발전이 가능하다.

경제성과 친환경성도 매우 뛰어나다. 동일 면적에서 연간 발전량은 타워형 풍력터빈 대비 6배 이상 높고 기초, 타워, 블레이드 등 각종 구성품이 1/10 수준으로 재료와 비용을 크게 줄일 수 있으며 이로 인해 이산화탄소 배출을 절반 이상 감축할 수 있다.는 게 연구원의 설명이다.

환경 훼손, 소음, 진동, 경관 등 발전소 설치에 따른 주민수용성 확보에 장애가 되는 문제를 최소화 할 수 있다는 것도 강점이다.

▲ 전기연구원 소속 공중 풍력발전 개발팀의 시연 모습.
▲ 전기연구원 소속 공중 풍력발전 개발팀의 시연 모습.

이러한 장점들을 바탕으로 미국과 유럽 등 선진국에서는 오랜 기간 동안 공중 풍력발전에 관심을 두고 타당성 검증연구를 수행해왔으며 상용화 및 대용량화를 위한 관련 기술을 꾸준히 개발하고 있다. 우리나라는 전기연구원이 창원시와 한전의 지원을 통해 국내 최초 기술을 독자 개발하고 있다.

한전은 산업계에 필요한 융합형 신기술을 개발하고, 전력·에너지 분야 경쟁력 강화를 위해 2017년부터 개방형 R&D(Open R&D) 사업을 도입하고 있다. 공중 풍력발전은 이의 일환으로 2018년부터 연구개발을 수행해 오고 있다.

전기연구원 측은 이번 연구에서 개발시험 부지는 대단히 중요했다고 밝혔다. 바람 조건이 좋고 넓은 평지가 필요했으며, 무엇보다 국내 최초의 연구인만큼 시험 과정에서 안전이 확보될 수 있는 공간이 필요했다.

창원시는 마산만을 메워 만든 인공섬 ‘마산해양신도시’ 부지를 활용할 수 있도록 적극 지원했다. 이를 발판으로 연구원은 다양한 분야의 기술이 융합되는 공중 풍력발전 분야에서 독자적인 원천 시스템 기술, 설계 특허 및 제작 기술, 제어 및 운용기술 등을 다수 확보할 수 있었다는 후문.

연구 책임자인 이주훈 전기연구원 에너지시스템 제어기술팀장은 “공중 풍력발전은 활용 목적과 장소에 따라 이동식부터 대규모 발전까지 다양한 용량의 시스템을 구축할 수 있어 응용성이 매우 높다”며 “향후 AI를 접목한 자동 운전기술을 실현하고, 창원 지역 내 300여개 전기관련 기업들과 함께할 수 있는 실증단지의 구축도 추진할 계획”이라고 밝혔다.

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