많은 선진국이 우드펠릿 발전을 신·재생에너지에서 제외하는 추세인데 우리나라가 세계 추세에 따라가지 못하는 것은 순수 재생에너지 보급률이 너무 저조하기 때문이다. 때문에 정부와 정치권이 이 문제를 두고 적잖은 고민으로 논란이 뜨겁다. 이런 상황에서 우리나라가 태양광 및 풍력이 중심인 순수 재생에너지만으로 신·재생에너지 점유율을 높일 수 있을까?
기존 풍력발전기는 우리 주변에서 흔히 볼 수 있을 만큼 보급이 확산됐다. 더불어 정부도 보급확산을 위해 각종 정책을 쏟아 낸다. 그런데도 전체 에너지 시장에서 점유율은 제자리걸음이다. 신규 석탄발전소와 원전에 비해 설치비율이나 발전효율이 떨어지기 때문인데 그런데도 제도를 보완해 설치를 더 늘리는 것만으로 모든 문제를 해결하는 해법이 될 수 있을까?
가능하다면 더 효율적이고 생산적인 신기술에 눈길을 돌려야 하는 과제가 시급한 것이 아닌가 싶다.
풍력발전은 자연 바람에 대한 과학적인 조사와 종합적인 분석이 절대적이다. 수많은 과학적 데이터와 기후여건 등을 감안해 오늘의 풍력발전기가 개발됐겠지만, 강풍에는 멈추거나 작은 바람 또는 조금 더 센 바람에는 맥을 못추는 풍력발전기가 온전한 발전시스템이라고 하기엔 무리가 있어 보인다. 더군다나 상업발전 주종인 2MW급 풍력발전기의 날개인 블레이드 길이가 40~60m에 이르고 회전반경이 약 100m 정도인 발전기를 여러 대 설치하자면 그만큼의 면적이 소요되는 한계도 존재한다. 투자비 또한 REC 가중치 의존도가 제외된다면 감당하기 어려운 것이 현실이다.
때문에도 이 같은 한계를 극복할 수 있는 풍력발전시스템 개발이 시급한 과제다.
앞서 (1보)에 소개했던 Archista System은 이런 문제들을 대부분 극복했다는 것이 개발자 신덕호 박사의 설명이다.
Archista는 풍력획득장치부터 기존 풍력발전기와 다르게 한계치를 초월했고, 고품질 전기에너지로 유도하는 발전장치, 잉여전력을 저장하는 저장·재생장치까지 유기적 운전을 제어하는 중앙운영시스템 방식으로 구성돼 있다.
기존 풍력기가 수평으로 부는 바람에 의해 바람의 세기, 장치의 구조와 크기, 제조업체에 따른 기술효율에 따라 발전량이 크게 차이가 나는 구조라면, Archista는 전 방향의 바람을 대량으로 포집하고 유속과 밀도를 높여 풍압면에 집중시키거나 바람의 방향과 양을 조절하고, 유도되는 바람의 방향과 양을 조절하기 위한 바이패스 장치가 구비되는 등 곡률효과가 높은 3차원 구조의 부메랑 형태의 백여 개 블레이드들이 플라이휠의 원주 외면에 형성된 터보 임펠러로 구성되어 있는 지금까지의 풍력발전시스템과 전혀 다른 개념의 발전시스템이다.
이 같은 시스템은 바람의 운동에너지를 최대로 획득할 수 있고, 획득된 풍압을 효과적으로 전환할 수 있으며, 전달받은 기계 회전에너지를 고품질의 전기에너지로 유도할 수 있고, 생산되는 전기에너지를 전력계통과 전기수요처로 공급할 수 있으며, 잉여전력은 저장이 가능한 에너지 형태로 변환하여 보존할 수 있고, 필요 시 이를 사용에 적합한 전기에너지로 재생할 수 있을 뿐만 아니라 장치들의 유기적인 공조 운전을 최적으로 실행하는 것이 주요 특징이다.
발전장치 시스템의 기술 특징을 살펴보면, 자기작용 조정 제1 발전기와 자기작용 조정 제2 발전/전동기로 구성되어 있고, 풍속의 변동에 따른 회전에너지의 크기가 증감하는 것에 대응하여 발전기의 회전자와 전기자 간의 자기작용 범위가 조정되어 유기전력이 증감되고 이에 비례하는 역기전력이 제1 발전기 축을 통해 중심축의 회전에너지에 반대로 작용하게 됨으로써 기계 회전에너지가 정격 속도를 유지하여 발전기에서 규정 주파수의 전기에너지가 유도된다는 것이다.
발전장치 시스템이 풍력 획득 장치와, 동력 전환·전달 장치와, 에너지 저장·재생 시스템과 상호 유기적으로 공조함으로써, 풍력 획득 장치에서 비생산적인 출력 제어를 할 필요가 없고, 동력 전환·전달 장치에서 브레이크 장치를 작동하여 출력을 제어할 필요도 없다. 또한, 전력계통의 부하급증으로 인한 사고와 과속도와 오작동으로부터 발전장치가 자율적으로 보호하는 특징도 갖는다.
특히, 1천t(12MW급)이 넘는 풍력획득장치를 영구자석 다극 회전자 장착을 통해 자기 부상시키는 방식으로, 여자시스템이나 증속장치가 채용될 필요가 없는 신기술로 많은 전문가들이 관심 있게 들여다보는 대목 중 하나다.
기존 풍력발전기가 해상이나 해상 인근, 또는 산 정상부에 가깝게 설치돼야 비교적 효율이 확보되는 시스템이라면, Archista는 도심 작은 공간이나 건물 옥상, 주택 밀집 지역 인근 하천부지, 선박 등을 활용해도 충분하고, 고집적 대용량 퍼텐셜 에너지 저장·재생 시스템의 확충으로 에너지 생산 효율과 사용 효율을 높임으로써 도시 에너지 비축기지와 전기자동차 충전소의 확대가 용이해, 별도의 대형 송전선로 없이 도시의 전력수급을 균등화하고 도시지역 자립전력수급체계의 구축과 안정적 운영도 가능하다.
개발자인 신덕호 박사는 "기존 풍력기의 설치 비용이 육상에 설치될 경우 1MW당 약 17억 정도인데 Archista 12MW급은 저장·재생장치까지 다 해도 200억 정도이고, 기존 풍력기 수명이 15~30년인 반면에 Archista 운전수명은 80년 이상이라 경제적으로 우수하다"고 강조하며, "풍력획득시스템부터 비교가 불가할 정도이고 설치비용 및 운전수명, 유지보수, 전력생산 등을 감안하면 기존 풍력발전에 비해 1/20 정도의 가격으로, 석탄 또는 원전발전 단가에도 훨씬 못미치는 매우 저렴한 전력공급이 실현된다"고 말했다. 한마디로 에너지 혁명이 가능하다는 논리다.
심지어 폐 LNG선 등을 활용해 해상에서 Archista system을 통한 전력생산과 이를 바탕으로 선박 연료를 대체하는 운용이 효율적으로 적용되는 장점도 있다.
신덕호 박사의 Archista system 개발에 남다른 활동을 펼치고 있는 광양환경운동연합 백성호 상임의장은 "기술의 실체를 검증하는 것은 전문가 영역이고, 이 같은 기술이 실현돼야 에너지전환이라는 목표가 달성되는 것이며, 미래 지구환경을 최적화 할 수 있는 길이 된다"고 말했다. 또한 그는 "기관 또는 일부 전문가들이 이 이론을 의구심으로 보는 경우가 있는데, 덮어놓고 부정적으로 볼 것이 아니라 실현 가능하도록 지혜를 모으는 것이 필요하다"면서, "한국에너지공단 신재생에너지센터와 함께 정부의 그린뉴딜정책에 부합되는 재생에너지 확대보급에 더 많은 노력을 경주할 것"이라는 말로 Archista system에 많은 기대감을 내비쳤다.
Archista System이 완성되면 문재인정부의 그린뉴딜정책을 선도에서 이끌게 되는 에너지전환의 혁명이 될 것이라며 다수의 전문가들이 신덕호 박사의 기술에 찬사를 보내면서, 특히 이순형 박사(한국과학기술총연합회장)는 Archista 발전기 특허가 획기적이라고 높게 평가했다.
신덕호 박사의 논문집에는 Archista 개발이 지구환경의 보존과 인류의 새로운 에너지 문명을 위한 것이고, 세계적인 에너지 생산 기술과 환경 기술, 세계 시장에서 가장 부가가치가 높고 폭발적인 시장 확대가 확실한 산업 과학 기술에 해당하며, 대한민국을 세계 속의 초 일류국가로 선도할 것이라고 나열돼 있다. 이 기술을 완성하는 과정에 순탄치 않는 우여곡절이 있었음을 고백하면서 개발이 완료될 수 있도록 각계의 관심과 후원이 오늘의 결과를 이끌었다고 마무리했다.
마침 정부가 그린뉴딜정책을 발표하면서, 신재생에너지 사업에만 2025년까지 35조 원을 투입할 계획이다. 이를 기반으로 중부발전, 두산중공업 등 많은 기업이 해상풍력발전 등에 집중 투자계획을 수립하고 있는데, 이 같은 사업은 기존 풍력발전을 기반으로 하고 있는 것이며, Archista system 같은 신기술개발을 위한 투자계획은 대부분 빠져있어, 더 늦기 전에 정부와 해당 부처가 진정한 그린뉴딜 완성을 위한 보다 혁신적인 정책을 수립하고 재생에너지 신기술개발에 보다 발빠르게 대응하는 자세가 필요할 것으로 보여진다.
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| [선박을 이용한 Archista 구축, 선박 에너지 생산·충전소 가상도. 사진=광양환경운동연합 제공] |
한국타임즈 권차열 기자 chadol999@hanmail.net
