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연을 날려 전기를 만든다? 카이트 젠(KiteGen)

  • 2015.06.04.
  • 3017
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카이트젠

 

초여름 바람을 맞다 보면 어린 시절 학교에서 연을 만들어 밖에서 날려보던 때가 기억이 납니다.

창호지에 대나무로 만들어진 살을 대어 얼래에 감겨있는 실과 연결해 바람에 띄웠던 연.
그때 당시에는 연날리기가 너무 어려워 그나마 쉽다는 가오리연을 만들어 띄우곤 하였습니다.

이러한 풍경은 이제는 명절 같은 특별한 날이나 민속촌 혹은 민속 축제에서나 볼 수 있는 풍경이 되어버렸습니다.
그런데 이러한 ‘연’이 동양이 아닌 서양에서도 존재하고 있었던 걸까요?

신기하게도 이탈리아에서는 이러한 연의 원리를 이용한 풍력발전 기구인 카이트 젠(Kite Gen)을 만들었다고 하는데요.

오늘은 이 ‘카이트 젠(Kite Gen)’에 대해서 한번 이야기 해보고자 합니다.

 

카이트젠

 

◆ 풍력발전의 새로운 모습 연날리기!

흔히 풍력발전이라고 하면 커다란 프로펠러가 달린 높고 흰 기둥을 떠올리고는 합니다.
사람도 거의 없는 곳에서 유유히 돌아가는 프로펠러의 모습이 상상되는데요.

하지만 이 거대한 크기의 풍력발전 터빈으로는 실제로 풍력을 제대로 활용하기에는 키가 너무 작은 편입니다.

일반적인 풍력 발전용 터빈의 높이인 지상 약 80m에서 바람의 평균 속력은 대략 초속 4.6m 정도이며, 이용 가능한 풍력의 양은 바람의 속력과 직접 관련되어 있는데, 이 높이에서라면 ㎡당 약 58W의 전력이 생산됩니다.

그런데 그 높이의 10배인 800m에서는 바람의 평균 속력이 초속 7.2m 정도까지 올라가 ㎡당 약 205W의 전력이 생산될 수 있습니다.

이 정도면 생산 가능한 에너지양이 상당히 증가하는 셈이고 더욱이 바람은 고도가 높아질수록 더욱 안정적이라는 이점까지 있습니다.

하지만 풍력 발전용 터빈을 그 정도나 높이 세운다는 것은 기술적으로 거의 불가능한 것이나 다름없다고 할 수 있습니다.

 

그런데 이런 어려운 문제를 뚫고 독특하고 편리한 해결책을 소개한 회사가 있습니다.
바로 이탈리아의 풍력 발전 회사인 ‘카이트젠(KiteGen)’이 바로 그곳인데요.

이곳에서는 연을 이용해 이론적으로는 기가와트까지 전력을 생산할 수 있는 시스템을 고안했는데, 12개의 연줄에 각각 연을 매달아 지상 500m 높이에 띄우는 방식을 사용한 것입니다.

일반적으로 카이트젠의 발전 모델은 한 개의 연으로 이뤄져 있으며, 바람의 양을 최대한 많이 받도록 자동으로 조정되며 반경성 소재여서 유연하기도 하다.

이 연은 양쪽으로 두 개의 고장력 케이블에 묶이며, 이 케이블들은 지상에 있는 두 개의 드럼에 감기고 이 드럼이 발전기와 연결됩니다.

이 시스템은 작동 방식이 요요와 비슷하다고 보시면 됩니다.

연이 휘날리면 감겨있던 케이블이 풀리면서 드럼을 회전시키고, 이로 인해서 발전기에서 전기가 생산되는 원리인 것입니다.
연이 최대 높이에 이르렀을 때 작은 엔진이 연을 되감는데, 줄을 감을 때는 연 양쪽에 매단 줄 가운데 한쪽만 풀어줍니다.

그러면 연이 옆으로 서게 되어 바람의 저항이 줄어들게 되고, 줄을 감을 때에는 이미 발생시킨 에너지의 약 12%만 사용되며 이런 과정이 계속 반복되면서 에너지를 생성하게 됩니다.

 

카이트젠

 

◆ 지금도 계속 개발 중인 공중부양 풍력발전기들

연을 사용한 카이트젠 외에도 공중에 터빈을 띄워서 전기를 얻는 공중부양 풍력발전기들이 개발되고 있습니다.
알트에어로스사의 공중풍력터빈도 그 중 하나인데요.

이 시스템은 지상에 설치된 풍력 발전기보다 몇 배나 더 많은 에너지를 지속적으로 생산할 수 있습니다.

특히 장애물이 없는 공중에서 터빈을 돌리기 때문에 지상에 설치된 풍력 발전기보다 훨씬 작은 변동성만으로도 지속적으로 에너지를 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있습니다.

공중풍력터빈 전력 생산은 이를 붙잡고 있는 고분자 로프를 통해서 이뤄집니다.

지상의 조종실과 연결되어 있는 이 로프는 전선 역할도 하는데, 내부에 구리 전도체가 들어 있어 터빈이 공중에서 생산한 전력을 지상의 배터리로 전달하도록 하는 역할을 합니다.

 

하지만 공중 띄우는 터빈이다 보니 갑자기 풍속이 강해지는 상황과 같은 돌발 상황이 있을 수 있는데요.
이와 같은 돌발 상황에 대처할 수 없다면 아무리 좋은 풍력 발전기라도 위험할 뿐 아니라, 사용할 수도 없기 때문입니다.

특히 공중풍력터빈은 지름 15미터의 크기의 비행선 형태라 갑자기 풍속이 강해지는 것에 더 취약할 수밖에 없기 때문입니다.

그래서 알트에어로스사에서는 비행선 및 우주복 분야의 선도 기업체와 함께, 자외선 및 악천후에 강한 원단을 직접 개발하여 공중풍력터빈의 비행선 외벽을 제작하는데 활용되고 있습니다.

또한 바람이 많이 불면 비행선을 조종하기가 힘들어지기 때문에 기준 이상의 풍속이 발생하면 로프를 감아 터빈을 지상으로 회수하는 방법을 이용한다고 합니다.

 

이처럼 기존의 풍력발전의 문제점을 보완하고 더 많은 에너지를 얻기 위한 개발이 세계 각지에서 일어나고 있습니다.

앞으로는 풍력발전기를 지날 때마다 커다란 흰 기둥 대신 펄럭이는 연이나 비행선을 보게 될 날이 멀지 않았을지도 모르겠습니다.

 

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