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바람의 힘으로 전기를 만들다! 풍력발전의 역사

  • 2014.01.22.
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클래식무비를 보면 항상 등장하는 풍경이 있습니다.
바로 넓은 들판 위에 드문드문 모여 있는 예쁜 집들과 마을 한 귀퉁이에서 평화롭게 돌아가는 풍차가 그것입니다.

풍차와 풍력발전은 바람의 힘을 이용해 동력을 얻는다는 점에서 같습니다.
풍력발전의 원조가 풍차라고 볼 수 있습니다. 실제로 터키에서는 풍차로 물을 퍼 올렸고, 국토가 해면보다 낮은 네덜란드는 풍차를 배수에 사용해왔다고 합니다. 마을의 풍경에 낭만을 더하는 풍차가 자연 바람을 이용해 마을의 에너지를 얻는 동력원이 된다니 ‘꿩 먹고 알 먹는다’는 속담이 이럴 때 쓰는 말이 아닐까 생각되는데요, 풍력발전의 원리와 역사에 대해 알아보겠습니다.

 

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세계 최초의 풍차는 9세기 이란에서 만들어졌습니다.
이후 중동과 중앙아시아를 거쳐 중국과 인도 등으로 퍼져 나간 풍차는 중국에서는 제염을 위해, 1180년 이후 북서유럽에서는 밀을 제분하고 농사와 건설을 위한 관개와 배수 등에 사용되었다고 합니다.

그러다가 풍차가 발전원으로 쓰이게 된 것은 1887년 스코틀랜드의 제임스 블라이스(James Blyth)가 풍력 터빈을 돌려 별장의 불을 밝히고 이를 특허로 등록하면서부터입니다. 미국에서는 1887~1888년 발명가 브러시(C. Brush)가 풍력발전기를 이용해 집과 실험실의 불을 밝히는 전기를 처음 만들었다고 합니다. 또 1890년 덴마크에서는 과학자 폴 라 쿠르(Poul la Cour)가 풍력터빈을 제작해 얻은 전기로 물을 산소와 수소로 분해해 가스연료를 만들어내는 연구를 했습니다.

 

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또 1920년경에는 미국에서 1~3kW의 풍력발전기가 개발되면서 최초의 수직형 풍력터빈이 제조되기도 했습니다.
1931년에는 구 소련 얄타에서 100kW의 현대적인 수평형 풍력발전기가 사용되었고, 덴마크에서는 1956년 폴의 제자인 요한네스 율(Johannes Juul)이 날이 3개 달린 200kW 터빈을 세워 훗날 풍력발전기의 디자인에 큰 영향을 주게 됩니다.

풍력발전이 화석연료를 대체한 사례는 덴마크가 가장 대표적입니다. 2005년 덴마크에서는 풍력 수량이 3,127MW급인 풍력발전기가 설치돼 23,810 TJ(6.6TW.h)의 에너지가 생산되었고, 2009년에는 해상풍력을 이용한 3,482MW급 풍력발전을 설치했다고 합니다. 당시 덴마크는 풍력발전을 이용해 총 전기 수요의 20% 정도를 충당했다고 합니다. 또 스페인은 2009년에 16.7GW의 풍력 수량을 가진 풍력발전기가 설치돼 세계 3위를 차지하는 풍력 전기생산국이 되기도 했습니다.

 

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풍력발전은 간단히 말해 날개를 회전시켜 만들어진 바람에너지를 전기에너지로 전환시키는 기술입니다.
풍력발전기는 크게 풍력이 가진 에너지를 흡수해 이를 변환하는 기계장치부, 전기장치부, 제어장치부로 구성되어 있습니다.

기계장치부는 다시 바람으로부터 회전력을 생산하는 회전날개와 회전축을 포함한 회전자, 그리고 이것을 적정 속도로 변환하는 증속기와 기, 제동 및 운용 효율성 향상을 위한 제어장치들로 이루어져 있습니다. 전기장치부는 발전기와 안정된 전력을 공급하도록 하는 전력안정화장치가, 제어장치부는 풍력발전기를 무인으로 운전하는 자동시스템과 원격제어 및 모니터링 시스템 등으로 구성되어 있습니다.

풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력과 수평축 풍력으로 구분됩니다. 수평축 풍력은 구조가 간단해 설치하기가 편리한 반면 바람의 방향에 크게 영향을 받고, 수직축 풍력은 바람의 영향을 덜 받는 대신 소재가 비싸고 효율이 떨어지는 단점이 있다고 합니다.

 

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풍력발전은 풍속이 세고, 풍차의 날개가 클수록 발전에 유리합니다.
바람은 지면에서 높아질수록 세지기 때문에 풍력발전은 주로 산이나 언덕 등 높은 지대에 위치하는 경우가 많다고 하는데요, 이제 보니 클래식무비에서 등장했던 풍차들이 항상 푸른 초원이나 언덕 위에 있었던 것도 다 이유가 있었나 봅니다.

우리나라는 현재 강원도, 제주도, 경상북도, 울산, 전북, 경기도 등 총 46곳에 311개의 풍력발전소가 있습니다. 우리나라의 풍력발전 발전량은 2012년을 기준으로 약 911,463MWh이었다고 하는데요, 우리나라는 땅이 좁긴 하지만 그 대신 산이 많으니 이런 천혜의 환경을 이용해서 높은 곳에서 불어오는 세찬 바람을 풍력에너지로 더욱 많이 활용했으면 좋겠습니다.

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코멘트(1)

  • 김광태 4 년 전에

    와우 항공기랑 비슷하네요 클수록 더 성능이 좋다는점!

    더 좋은 풍차 만들길 원해요 ㅎㅎ

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