하늘 날며 전기 생산하는 ‘공중 풍력발전’ 나온다

타워형 풍력터빈 대비 잠재력 4.5배…설치 장소 제한 적어

▲창원 마산해양신도시에서 공중 풍력발전 개발시험이 이뤄지고 있다. (사진제공=한국전기연구원)

한국전기연구원(KERI)과 한국전력공사, 경남 창원시가 손잡고 미래형 신재생에너지로 주목받는 ‘공중 풍력발전’의 국산화 개발에 박차를 가하고 있다. 공중 풍력발전은 설치 장소 제한이 적고 기존 타워형 풍력터빈 대비 잠재력이 우수한 것으로 평가된다.

KERI와 한전, 창원시는 4일 창원시청 시민홀에서 공중 풍력발전 연구개발 성과발표회를 개최하고, 지속적인 업무 협력을 위한 MOU를 체결한다고 밝혔다. 협약식에는 창원시 허성무 시장, KERI 김종욱 시험부원장, 한전 김숙철 기술혁신본부장을 비롯해 연구 사업을 이끌어가는 주요 관계자 30여 명이 참석했다.

공중 풍력발전은 높은 고도에 연(Kite) 등을 띄워 전기를 생산하는 일종의 ‘하늘을 나는 발전소’다. 공중 풍력발전은 비행기나 드론 등에 프로펠러와 발전기를 장착해 하늘에서 전기를 생산해 지상으로 보내는 ‘공중발전’ 방식과, 연 혹은 글라이더 등이 공중에서 줄을 당기고, 이에 줄이 감긴 지상의 드럼이 회전하면서 발전기를 구동해 전기를 만드는 ‘지상발전’ 방식으로 나뉜다.

현재 3개 기관이 순수 국내 기술로 개발하는 분야는 지상발전 방식의 공중 풍력발전이다. 한전이 예산을 지원해 KERI가 연구개발을 수행하고, 창원시가 마산해양신도시 부지를 테스트베드로 활용할 수 있게 지원하고 있다.

공중 풍력발전의 장점은 에너지원의 잠재력이 크고 장소의 제한이 적다는 점이다. 이론적으로 기존 타워형 풍력터빈이 지구상에서 바람으로부터 획득할 수 있는 잠재적 총 에너지는 400TW(테라와트)다. 그러나 특정 지역에서만 확보가 가능한 바람 자원의 한계, 해상풍력의 경우 발전소 기초 비용을 좌우하는 수심의 한계 등 각종 지형적ㆍ경제적ㆍ자연환경적 문제로 지금까지 전 세계에 설치된 타워형 풍력터빈의 누적 설치용량은 총 잠재력(400TW)의 0.2%에도 못 미치는 743GW(기가와트)에 불과하다.

▲공중 풍력발전 연구개발팀이 실증 시험을 하고 있다. (사진제공=한국전기연구원)

하지만 높은 고도의 바람에서 공중 풍력발전이 획득할 수 있는 잠재적 총 에너지는 이론적으로 1800TW다. 타워형 풍력터빈 대비 4.5배에 이르며, 전 세계 에너지 수요(약 20TW)의 90배에 달한다. 높은 고도의 바람 에너지는 강하면서도 더욱 광범위하게 분포돼 바람이 약해 타워형 풍력터빈의 상업성이 확보되지 않았던 지역에서도 높은 고도의 강한 바람을 활용해 전력을 생산할 수 있다. 해상에 구축할 때에도 기초 비용을 좌우하는 수심의 영향을 거의 받지 않는다. 사실상 지구 대부분 지역에서 발전할 수 있다.

경제성과 친환경성도 뛰어나다. 동일 면적에서 연간 발전량은 타워형 풍력터빈 대비 6배 이상 높고, 각종 구성품(기초, 타워, 블레이드 등)이 10분의 1 수준으로 재료와 비용을 크게 줄일 수 있어 이산화탄소의 배출을 절반 이상 감축할 수 있다. 환경 훼손, 소음, 진동, 경관 등 발전소 설치에 따른 주민 수용성 확보에 장애가 되는 문제를 최소화할 수 있다.

이러한 장점들을 바탕으로 미국과 유럽 등 선진국에서는 오랫동안 공중 풍력발전에 관심을 두고 타당성 검증연구와 상용화 및 대용량화를 위한 관련 기술을 꾸준히 개발하고 있다.

연구 책임자인 KERI 이주훈 에너지시스템 제어기술팀장은 “공중 풍력발전은 활용 목적과 장소에 따라 이동식부터 대규모 발전까지 다양한 용량의 시스템을 구축할 수 있어 응용성이 매우 높다”며 “향후 인공지능(AI)을 접목한 자동 운전기술을 실현하고, 창원 지역 내 300여 개 전기 관련 기업들과 함께할 수 있는 실증단지의 구축도 추진할 계획”이라고 밝혔다.