소음·진동 없어 도심지역 건물에 적용 가능
삼면이 바다로 둘러싸인 한국은 편서풍지역에 포함돼 있고, 열대지역에서 생기는 북태평양 고기압에 의한 태풍의 영향을 받는다. 국토의 70%가 산간지역이며, 바람의 방향이 수시로 바뀌고, 짧고 순간적인 돌풍이 많은 지역에 속한다. 금풍에너지가‘한국형 풍력발전기’개발에 나서게 된 배경이다.
이 회사 이성환 대표는“지난 2003년 뜻을 같이하는 연구진 서너명이 모여 수직축 풍력발전기 개발에 뛰어들었다. 지금은 본사와 10kW급 발전기 생산 및 실험이 가능한 공장, 자체 연구 부서를 보유한 신재생에너지 전문기업으로 성장했다”고 말했다.
금풍에너지는 자체 기술로 풍력발전기의 핵심인 터빈, 구조체, 발전기, 컨트롤러를 개발하는데 성공했다. 터빈분야에서는 유동해석, 구조해석 등 각종 전산해석을 통해서 터빈의 TSR에 따른 최적 효율지점을 정확히 확인해 시제품을 제작하고 풍동테스트, 필드테스트를 거쳐 이뤄낸 성과다. 발전기 분야에서는 저RPM의 고토크 직접 구동형 발전기를 전산해석을 통해 고효율 제품의 사양을 결정한 뒤 성능테스트 및 수정작업을 진행했다.
컨트롤러는 최적 성능 출력을 위해 대형 풍력발전기에 적용되는 전압에 따른 출력제어방식을 채택했다. 이에 따라 미세한 풍속의 변화에도 최적의 성능을 낼 수 있게 됐다. 이밖에도 제품의 안정성을 위해 과전압, 과전류 보호회로, 밧데리 과충전, 과방전보호 회로를 구축했다.
풍력발전기마다 고유의 식별번호(ID)를 부여해 각각의 컨트롤러에서 제공되는 정보를 중앙감시센터에서 풍력발전기의 각종 정보를 모니터링이 가능하며, 실시간 원격제어도 가능하다.
이같은 과정을 거쳐 완성된 완제품은 6개월 이상의 필드테스트와 태풍 및 돌풍테스트를 통과해 안전하고 신뢰할 수 있다. 이성환 대표는 “수직축 항력 터빈의 장점을 살리면서 효율을 높여 양력의 힘을 일부 이용하는 제품”이라며 “수시로 변하는 도심의 바람조건에 가장 적합하고 소음과 진동도 거의 없어 건물에 설치 가능한 유일한 풍력발전기”라고 설명했다.
초기 풍력발전기는 수직축과 수평축 개발이 함께 이뤄졌으나 효율을 중시하면서 비용대비 저렴한 수평축 위주의 발전기 개발이 주를 이루게 됐다. 그러나 수평축 풍력발전기의 경우 효율은 좋으나 날개의 구조적 특징과 고속회전으로 인한 위험성 증대, 소음으로 인한 설치지역 제한 등의 단점이 지적되고 있다. 이에 따라 저속의 바람에도 높은 출력을 얻을 수 있고, 바람의 방향에 관계없이 순간적으로 부는 바람에도 즉각 대처하면서도 소음이 적은 수직축 풍력발전기의 장점이 다시금 주목받고 있다.
최근 선진국을 중심으로 개발이 다시 활발하게 진행되고 있다. 국내 풍력발전분야는 지금까지 해외기술에 대한 의존도가 높고, 국내 소형풍력 설치사례도 성공보다는 실패가 많았던 것이 사실이다.
이 대표는 “잦은 돌풍과 풍향 풍속의 변화로 바람의 질이 좋지 않아 이에 적합한 기존 풍력발전기의 도입이 쉽지 않은 실정이다. 새로운 타입의 신개념 수직축 풍력발전기를 개발하기 위한 노력이 꾸준히 지속돼 온 이유가 여기에 있다”고 말했다.
금풍에너지의 주요 생산제품은 200W~500W 용량의 수직축 풍력발전시스템과 저속형 영구자석식 발전기다. 수직축 풍력발전시스템은 외부의 전원이 필요없는 ‘독립형’, 한전의 전원과 연결하여 부족한 풍량에도 사용이 가능해 실용적이고 경제적인 ‘한전 복합형’이 있다. 이밖에도 설치 형태에 따라 기존 건물의 모서리, 기둥 등에 부착 가능한 ‘부착형’과 건물 옥상이나 야외에 설치 가능한 ‘지주형’, 도로, 공원, 정원, 주차장 등에 설치할 수 있는 ‘풍력 가로등’을 개발해 다양한 분야에 적용가능하다.
이성환 대표는 “고유가, 화석에너지 고갈, 이상기후 발생 등으로 세계적으로 소형풍력 시장이 급성장하고 있다. 이에 발맞춰 생산시스템을 구축하고 설치지역의 환경에 적합한 제품을 제작할 것이다. 국내뿐만 아니라 세계시장에 진출할 만반의 태세를 갖추고 있다”고 각오를 나타냈다.
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