새바람, 바람 없이 풍력 발전하다
새바람, 바람 없이 풍력 발전하다
대학생신재생에너지기자단 20기 서범석
폭우, 폭염, 산불 등 2020년대에 들어 이상 기후와 자연 재해가 유독 자주 발생하고 있다. 전문가들은 이러한 기후 변화의 주요 원인으로 온실가스에 의한 지구 온난화를 꼽는다. 이에 한국의 2050 탄소중립을 위한 노력이 사회적으로 이뤄지고 있다. 탄소중립을 위해서는 화석연료를 사용하지 않는 발전원이 필요하다.
기업 ‘새바람’은 국가의 탄소중립을 조기 달성하고 재생에너지 신수출품으로 부상할 수 있는 기술, 4종복합발전시스템을 개발한다. 화석연료 사용을 억제하여 푸른 지구의 모습을 되찾고 지속가능한 지구를 만드는 것이 근본적인 목표이다. 풍력 발전은 우리나라의 대표적인 신재생에너지 발전 방식이다. 풍력 발전은 에너지원의 무한성과 높은 효율로 각광받고 있지만, 바람이 불 때만 발전 가능해 안정성이 낮다는 단점이 있다. 이에 새바람은 공기만으로 가동할 수 있는 풍력발전기를 개발했다.
[자료 1. 회오리 유도 발전장치]
출처: 새바람
새바람의 풍력발전기는 기압 차를 이용해 블레이드를 돌려 발전에 이용한다. 바람이 불지 않아도 발전이 가능하고, 바람이 불면 더 많은 전력을 생산한다. 발전 장치는 상부가 잘린 원뿔 모양을 갖는다. 바람을 받는 자동 개폐관은 공기를 원뿔 안쪽으로 유도한다. 넓은 하단부와 좁은 상단부 사이에는 공기 밀도 차이에 의한 기압 차가 생기는데, 이로 인해 공기가 수직 상승하는 토네이도의 원리를 이용했다. 내부에는 나선형 공기유도로가 설치되어 있어 공기가 나선 길을 따라 회오리를 만들게 한다. 발전기 내에서 블레이드가 돌아가므로 소음 걱정도 없다. 이미 2020년에 성능평가를 받았고, 2021년에 특허를 출원했다.
[자료 2. 회전속도 대비 출력선도]
출처: 새바람
발전을 위한 회전체도 따로 개발하고 있다. 새바람에서 개발 중인 회전체는 한 방향으로 회전하지 않고 양방향으로 회전할 수 있게 했다. 수직한 하나의 축을 중심으로 회전체가 다층을 이루며 구성된다. 때문에 바람이 불어오는 방향에 맞게 발전할 수 있어서 효율을 끌어올릴 수 있고 유연한 발전이 가능하다. 한 방향의 바람으로 각 층이 양방향 회전하면서 발전하여 발전 효율이 증가한다. 다층으로 양방향 발전하면 구조물의 쏠림을 방지할 수 있는 장점도 있다. 저항을 줄여 5m/s의 바람에도 7m/s의 발전 효과를 낼 수 있다. 베츠의 법칙에 의거해 계산한 일반적인 풍력 발전의 이론 효율은 약 60%지만, 회오리풍력 발전장치의 효율은 76.5%에 달한다.
[자료 3. 풍력 발전기의 효율]
출처: 새바람
새바람의 또 다른 특허로는 회오리, 풍력, 양수 다극 복합 발전 시스템이 있다. 물을 저장하는 하저수조 위에 회오리 유도 발전장치를 설치하고 그 위에는 상저수조를 설치한다. 상저수조와 하저수조 사이에는 물이 흘러내릴 수 있어 양수 발전에 이용된다. 상저수조 위에는 풍력발전 회전체가 위치한다. 회전체와 발전장치에서 만들어진 전기는 수요처에 공급하고, 수요가 적은 심야 시간에 남은 전기는 양수기를 가동해 상저수조로 물을 옮기고 나중에 양수 발전을 할 수 있도록 한다.
[자료 4. 4종 복합 발전 시스템 구조]
출처: 새바람
4종복합발전시스템은 연료가 필요하지 않아 탄소 배출이 없고 소음 걱정이 없어 민원 발생이 없다. 외관 역시 친환경적이어서 도시와 농촌에 모두 설치할 수 있다. 산업 현장 뿐만 아니라 가정에서도, 충전소에서도 발전원으로 활용할 수 있다.
새바람은 기술 개발의 목적이 무엇인지, 누구를 위한 기술인지를 항상 염두에 두며 개발에 임한다. 새바람의 남정호 대표는 지구 자원이 인간의 행복에 의해 완전히 고갈되면 소멸될 것이라며 최대한 빠른 시일 내에 화석 연료 사용을 중지해야 한다고 말한다. 지구의 모든 국가가 가속화되는 지구 온난화 현상을 멈추기 위해 넷제로에 동참해야 한다. 녹색 지구가 검은 지구가 되는 것을 막지 못하면 국가, 인류도 존재할 수 없기 때문이다. 공기만 있으면 어디든 설치가 가능한 강점과 함께, 화석 연료 발전원을 조기에 대체하고 지구 기온 상승을 억제할 수 있는 수출 으뜸 신기술 상품이 될 것으로 기대된다.
