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바람개비의 날개는 4개, 그렇다면 풍력발전기의 날개는 몇 개?

  • 2016.12.09.
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풍력발전은 화석연료를 대체할 수 있는 대표적인 친환경 에너지 발전방식입니다. 기어를 거쳐 빨라지고 이것으로 발전기를 돌려 전기를 만드는 방식입니다. 그렇다면 빙글빙글 돌아가는 풍력발전기의 날개는 몇 개일까요? 우리가 어렸을 적 수수깡으로 만들었던 바람개비, 기억하시나요? 바람개비를 생각했을 때 떠오르는 날개 개수는 4개입니다. 그러나, 실제 풍력발전기의 날개 개수는 4개가 아닌 3개입니다. 왜 그럴까요? 더 많은 날개가 돌면 더 많이 돌아가면서 전기도 많이 생산할 수 있을 텐데 말이죠.

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풍력발전기의 종류

풍력발전은 블레이드라고 부르는 날개가 바람을 받아 회전하면서 날개의 회전으로 발생하는 운동에너지가 기어를 거쳐 전기에너지로 변환되는 것입니다. 풍력발전은 육상풍력, 해상풍력으로 나누어지며, 구동 방식은 축 방향에 따른 2가지 방식(수평축, 수직축)으로 나누어집니다. 우리가 흔히 떠올리는 풍력발전기는 선풍기와 같은 모양의 수평축 방식을 사용합니다.

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수직축 방식의 풍력발전기는 아직은 낯설게 느껴지실 텐데요. 마치 SF영화에 나오는 건물처럼 보이실 수도 있습니다. 문자 그대로 수직으로 세워진 축에 날개가 달려 있으며, 동서남북 어떤 방향으로 바람이 불든지 간에 발전이 가능하다는 장점이 있습니다. 그러나 수평축 발전기에 비해 발전 효율이 낮아 최근에는 소형 발전기 위주로 사용되고 있습니다.

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날개가 4개 이상이면 비효율적이다

다시 돌아와서, 가장 흔히 볼 수 있는 수평축 방식은 제조 회사에 따라 날개가 2개 혹은 3개입니다. 요즘 사용되는 대부분의 풍력 발전기 날개는 3개인 경우가 많습니다. 그렇다면 왜 4개 이상은 쓰지를 않는 것일까요? 우리나라에서 풍력발전기를 생산하는 삼성중공업에 따르면, 날개가 4개 이상 증가 시 늘어나는 힘이 그만큼 늘어난 날개 무게를 감당하지 못한다고 합니다. 일반적으로 길이가 50m짜리 날개 1개의 무게는 약 10톤이라고 합니다. 즉 발전 효율이 떨어지기 때문입니다.

wind farm for a sustainable future

날개가 2개와 3개인 풍력발전기의 발전 효율은 같다고 합니다. 그러나 대부분은 날개가 3개짜리발전기를 선호한다고 합니다. 날개가 2개짜리인 발전기에 비해 안정성이 높기 때문이라고 합니다. 풍력발전기의 날개에 숨겨진 비밀은 하나 더 있습니다. 일반적인 풍력발전기의 날개는 축에서 멀어질수록 날개의 폭이 좁아지고 있습니다. 폭이 넓으면 바람을 더 많이 받을 수 있을 텐데 왜 그럴까요? 가장 큰 이유는 비용 때문입니다.

%ed%81%ac%ea%b8%b0%eb%b3%80%ed%99%98__5풍력발전에서 가장 중요한 블레이드

풍력 발전에 쓰이는 블레이드(날개)는 유리섬유나 탄소섬유를 일일이 붙여서 만들며, 풍력발전기 부품 중 가장 비싼 부품입니다. 비용적 측면 이외에도 안전성도 고려해야 합니다. 고강도 유리섬유나 탄소섬유로 만든다고 해도, 강풍에 의해 날개가 부러질 수 있다고 합니다. 실제로 풍력발전기는 태풍이 불면 운영을 하지 않습니다. 태풍이 불면 바람이 더 많이 불기에 전력을 더 많이 생산할 수 있지 않나? 라고 생각하실 수 있는데요. 오히려 날개가 부러져서 잃는 것이 더 크기 때문입니다.

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풍력발전기는 일단 설치가 되면 20년 이상을 운용할 수 있으며, 설치 이후에는 추가 비용이 거의 들지 않습니다. 게다가 친환경 에너지를 이용하기 때문에 폐기물이 발생하지 않으며, 해체하기도 용이합니다. 그러나, 일단 짓기 위해서는 바람이 강하게 불어야 하며, 발전기 하부에 터빈을 설치하기 위해서는 평평한 대지 등 입지조건이 까다로운 편입니다. 게다가 발전기 높이가 약 100m에 달하며 블레이드의 지름도 100m가량 되기 때문에 그림자가 발생합니다. 블레이드가 돌아가면서 발생하는 소음 역시 주변에 영향을 줄 수 있기 때문에 이러한 점들을 고려해야 합니다.

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풍력발전의 미래는 초록 불

전세계의 풍력발전기 규모는 1996년 6.1GW에서 2014년 370GW로 증가하였습니다. 2015년에는 전년대비 14%가 증가하였으며, 계속해서 매년 10% 이상이 증가할 것으로 예상되고 있습니다. 따라서 정부 차원에서 ‘신재생 에너지의 주역’으로 관리함과 동시에, 국민의 많은 관심과 응원이 필요합니다.

글 : 윤용현 필진
이미지출처
Chava Wind Energy Solutions
Popular Science
Inhabitat
ThingLink
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