막대기의 흔들림으로 발전을 하는 신개념 풍력 발전기

석유 고갈과 방사능이라는 부작용이 많은 원자력을 대신할 에너지를 찾고 있습니다. 대표적인 것이 풍력발전과 태양광 발전입니다. 그러나 이 대체 에너지는 효율이 좋지 못하기 때문에 주력 에너지원으로 나서지는 못하고 있습니다.

그럼에도 독일 같은 경우는 원자력 대신에 풍력 발전과 태양광 발전을 많이 하면서 대체 에너지 강국이 되어가고 있습니다. 그런데 이 풍력 발전은 무공해라고 하기에는 좀 애매합니다. 왜냐하면 풍력발전기가 돌아가면서 내는 저주파 소음 때문에 동물들이 고통을 받고 있고 동물을 넘어 사람도 고통을 받고 있습니다.

이런 풍력 발전의 새로운 대안이 등장했습니다.

막대기의 흔들림으로 발전을 하는 신개념 풍력 발전기 Vortex

풍력 발전기는 거대한 프로펠러가 돌아가면서 전기를 생산하는 방식입니다. 크기가 아주 커서 한 번에 많은 전기를 생산하지만 프로펠러가 돌아가면서 내는 저주파 소음의 문제 등이 있습니다. 이에 Vortex사는 색다른 방법의 풍력 발전기를 만들었습니다.

이 아이디어는 바람이 일으킨 진동 때문에 무너져 내린 타코마 내로우 다리 붕괴에서 아이디어를 얻었습니다. 1940년에 개통한 타코마 내로우 다리는 당시 최고의 기술로 만들어낸 현수교입니다. 그런데 이 다리가 강풍으로 인해 무너져 내립니다.
무너진 이유는 분사 바람에 의해 발생하는 공기의 소용돌이 때문입니다. 다리 바로 옆에서 불어오는 바람이 반대편으로 빠져 나갈 때 교각 후단에 발생하는 공기의 소용돌이가 큰 힘을 가지게 되고 이 힘이 다리 교각을 진동시킵니다. 여기에 소용돌이가 계속 되면서 진동이 더 커지게 되고 다리를 파괴할 정도의 진동을 가지게 됩니다. .이를 자려진동(self-excited vibration)이라고 합니다. 이 자려진동 때문에 타코마 내로우 다리는 개통 4개월 만에 무너져 내립니다.

Vortex사는 이 자려진동을 잘 컨트럴 하면 에너지로 만들 수 있지 않을까? 라는 생각에서 출발했습니다.
Vortex사가 만든 Vortex 풍력기는 막대 모양으로 프로펠러가 없습니다. 대신 바람이 불면 봉이 흔들거리는 것처럼 좌우로 흔들립니다. 흔들림은 아주 큰 것은 아니고 미세 진동을 하기 때문에 소음은 크지 않을 듯 하네요

이 흔들거림을 전기 에너지로 바꿔서 발전을 합니다. 이 Vortex의 풍력기의 장점은 구조가 간단하기 때문에 제조 비용이 기존의 풍력 발전기보다 47%까지 절감할 수 있습니다..

구조는 상단의 흔들거리는 봉과 하단의 통 안에 2개의 자석이 내장 되어 있어서 좌우로 흔들거리면 전기가 발생합니다. 상단의 봉은 FRP라는 유리 강화 섬유로 만들어서 가벼우면서도 강도가 강한 재질입니다.

현재 테스트 중인데 시험기를 통해서 가장 먼저 4kW 발전 능력을 가진 제품을 먼서 상용화 할 계획입니다. 이는 가정용 태양광 발전 용량과 비슷합니다. 가정용 제품 출시 후에 1메가 와트의 발전을 할 수 있는 Vortex Gran도 만들 계획입니다. 이 제품은 산업용도와 가정용도로 판매될 예정입니다.

이외에도 높이 3미터의 100w를 내는 작은 크기의 제품도 생산을 고려하고 있는데 이 제품은 전기가 들어가지 않는 개발 도상국에 판매할 예정입니다. 이 Vortex는 스페인 회사로 스페인에서 100만 달러(약 10억원)의 후원을 받았습니다.

Vortex는 기존 풍력 발전보다 제조 비용은 53% 절감하고 운영 비용은 51%를 절감할 수 있습니다. 회전 부분이 없기 때문에 베어링의 마모가 발생하지 않습니다. 여기에 유지보수도 쉬워서 유지보수 비용을 80%나 절감할 수 있습니다.

하지만 이 제품의 단점은 발전 효율이 프로펠러형 풍력 발전기에 비해서 30~40% 밖에 안됩니다. 그러나 풍력발전기보다 공간을 덜 차지하기 때문에 촘촘하게 설치하면 프로펠러형 풍력 발전기 만큼의 전기를 생산할 수 있습니다.