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[고든 정의 TECH+] 하늘에서 전기 생산…에너지 연, 풍력 발전 혁신될까?

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▲ 사진=Makani Power

신재생에너지에는 여러 종류가 있지만, 현재 가장 큰 규모로 상업화된 에너지는 풍력과 태양광입니다. 풍력의 경우 바람의 세기가 불규칙하다는 단점이 있지만, 밤에도 발전이 가능하고 큰 발전기를 이용해 규모의 경제가 가능하다는 점 때문에 널리 사용되고 있습니다. 풍력 발전소 건설은 2000년대 이후 폭발적인 증가세를 보여 2001년에는 23.9GW에 불과하던 발전 설비가 2017년에는 539GW까지 늘어났습니다.

하지만 앞으로 풍력 발전이 지속해서 성장하기 위해서는 지금까지 풍력 발전소를 건설하기 어려웠던 장소에도 발전기를 설치할 수 있는 새로운 방법이 필요합니다. 예를 들어 바람이 강하지만 수심이 깊은 바다나 기존에 풍력 발전기를 건설하기 어려웠던 높은 위치에 풍력 발전기를 설치하는 것입니다. 전자의 경우 물에 띄우는 부유식 풍력 발전소가 최근 들어서고 있고 후자의 경우 풍력 발전기를 공중에 띄우는 방식이 시도되고 있습니다.

'공중 풍력 발전'(airborne wind power)은 뜬구름 잡는 이야기처럼 들리지만, 지난 수십 년간 공학자들 사이에서 진지하게 논의되었던 방법입니다. 아이디어는 간단합니다. 바람은 높이 올라갈수록 더 강해지고 일정한 속도로 불기 때문에 수백 미터 이상 고도에 풍력 발전기를 설치하면 효율이 크게 올라가 작은 발전기로도 많은 전기를 생산할 수 있습니다. 공중 풍력 발전에는 크게 풍선을 이용하는 방법과 글라이더처럼 생긴 연(kite)을 이용하는 두 가지 방법이 있습니다.

2013년 구글 X 프로그램에 합류한 마카니(Makani)는 마치 프로펠러 비행기와 유사한 외형의 에너지 연(Energy Kite)을 이용한 공중 풍력 발전기를 연구해 왔습니다. 이들은 미국 에너지부 등에서 지원을 받아 연구를 진행했으며 구글(지금은 알파벳)에 합류한 후에는 20kW급 프로토타입을 상업 발전이 가능한 크기인 600kW급으로 발전시키는 데 성공했습니다.

이들이 개발한 에너지 연은 날개 너비 26m의 글라이더 모양으로 한 쌍의 프로펠러를 지닌 4개의 발전기를 탑재했습니다. 고정 및 전력 전송을 위한 줄에 매달려 300m 상공에서 원을 그리며 회전하면서 전기를 생산합니다. 지상에는 고정 및 제어를 위한 시스템이 있는데 바다에 부유식으로 건설할 수 있습니다. 바람이 강한 노르웨이의 해안에서 성공적인 테스트를 마친 후 이 회사는 최근 거대 석유 화학 기업인 로열 더치 셸(Royal Dutch-Shell Group, 이하 셸)과의 파트너쉽을 발표했습니다. 이들의 목표는 상업적 공중 풍력 발전소를 건설하는 것입니다 .

셸은 대표적인 석유 기업이지만, 다른 거대 석유 회사처럼 화석 연료에만 의존해서는 미래를 장담하기 어렵다고 판단하고 있습니다. 환경 규제가 점차 강해지고 신재생에너지 비중이 빠르게 증가하는 상황에서는 차세대 청정에너지 부분에 투자하지 않을 수 없는 것입니다. 셀은 신재생에너지 및 청정에너지 관련 기업들을 공격적으로 인수하고 있으며 아직은 검증되지 않은 기술이지만, 마카니의 공중 풍력 발전기에도 투자하기로 결정했습니다. 기존의 풍력 발전기를 대체하지는 못하지만, 과거에는 상업 발전이 불가능했던 장소에서 틈새시장 개척할 수 있기 때문입니다.

물론 공중 풍력 발전에 대해 비판적인 시선도 있습니다. 풍력 발전의 단가가 낮아진 가장 큰 이유는 대형 풍력 발전기의 도입입니다. 최근에는 지름 100m 이상의 거대 풍력 발전기도 드물지 않게 볼 수 있는데, 풍력 발전기는 크기에 따라 발전량이 급격히 증가해 경제성이 높기 때문입니다.

하지만 하늘에 띄워야 하는 공중 풍력 발전기의 경우 규모의 경제를 이룩하기 쉽지 않습니다. 더구나 유지 관리도 고정식 풍력 발전기보다 까다롭습니다. 만약 공중 풍력 발전기가 추락하는 경우 자칫 잘못하면 대형 참사로 이어질 수도 있습니다.

따라서 공중 풍력 발전은 기존의 풍력 발전을 대신하기보다 보완하는 방향으로 접근해야 합니다. 중소 규모 풍력 발전이 필요한 고립된 지역이나 섬 가운데 일조량과 토지가 적어 태양광 등 다른 발전 방식이 여의치 않은 지역이 가장 가능성 높은 도입 대상입니다. 마카니의 잠재적 경쟁 상대인 BAT(Buoyant Airborne Turbine) 경우 알래스카의 오지에서 풍선식 풍력 발전기를 도입했으며 그 외에도 몇몇 회사와 연구소가 풍선 혹은 연 형식의 발전기를 내놓으면서 상업화를 시도하고 있습니다. 오랜 세월 공학자들의 꿈이었던 공중 풍력 발전이 현실이 될 수 있을지 앞으로 몇 년 안에 결과가 나올 것으로 보입니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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