긴히지 ㅂㅇ
선진국들은 이미 지구친화적인 전력생산에 대한 필요성을 인식하고 에너지 전환을 선도해나가고 있습니다. 전기 자동차를 비롯한 친환경 자동차 대중화와 함께 국제적인 탄소 배출 증감도 감소하고 있으며, 태양광, 수력, 풍력 등의 재생에너지를 전력 생산에 활용하는 것도 일반적이 되어 가고 있습니다.
그러나, 재생에너지 중에서도 여전히 미처 해결되지 않은 고민 중 하나가 풍력입니다. 바람은 매우 예측하기 어렵고 불규칙적인 요소이기 때문에, 현재의 풍력발전소는 전력생산에 한계가 있습니다. 그러나 어떤 기술들은 이를 극복하려고 하고 있습니다.
이 글에서는 바람의 힘을 주요 전력원으로 사용하기 위해 개발된 기술 및 그에 따른 장단점과 전망을 살펴보겠습니다.
1. 바람을 활용한 전력 생산 기술
(1) 수평축 풍력발전기(HAWT)
수평축 풍력발전기(Horizontal-axis wind turbine, HAWT)는 가장 흔하게 사용되는 풍력발전기입니다. 대부분의 풍력발전소는 HAWT를 사용합니다. 이는 풍력발전기의 축이 수평으로 놓여 있으며, 회전하는 날개는 바람을 받아 일정한 회전운동을 하게 됩니다.
이러한 HAWT는 제작과 설치가 상대적으로 쉬워 다른 풍력발전기에 비해 적용이 용이합니다. 또한 안정적인 운전과 보수가 쉬우며, 대부분의 날씨상황에서 효율적인 전력 생산이 가능합니다.
하지만, HAWT의 한계점도 존재합니다. 이는 주로 날개 크기와 설치 장소에 따라 결정됩니다. 큰 날개를 사용하기 위해서는 더 큰 발전기가 필요하며, 이에 따라 설치 장소도 더욱 넓은 평야가 필요해지기 때문입니다. 이로 인해 대부분의 HAWT는 해안이나 외딴 지역에 설치되어 있으며, 도시 내에는 거의 사용되지 않습니다.
(2) 수직축 풍력발전기(VAWT)
수직축 풍력발전기(Vertical-axis wind turbine, VAWT)는 HAWT와 달리 수직으로 회전합니다. 날개가 시계방향 및 반시계방향으로 회전하며 바람을 받습니다.
VAWT는 HAWT와 다르게 작은 크기의 발전기에서도 충분한 전력 생산이 가능합니다. 또한 설치면적이 줄어들어 도시 내 등 밀집 지역에서도 사용이 가능합니다.
하지만 VAWT는 HAWT보다 날개의 회전 속도가 느리며, 효율도 떨어지기 때문에 큰 규모의 발전기에서는 HAWT보다 불리합니다.
(3) 대형 풍력발전 시스템
대형 풍력발전 시스템(Large Wind Turbine Systems)은 HAWT의 한계를 극복하기 위해서 개발된 기술입니다. 기존의 HAWT는 일정한 크기 이상의 날개를 가지기 위해서는 대형 발전기를 사용해야 했습니다. 하지만 대형 발전기는 설치 비용과 운영 비용이 매우 높기 때문에 실용적이지 않았습니다.
이에 반해, 대형 풍력발전 시스템은 다수의 작은 날개를 사용하여 일정 크기 이상의 날개를 보완합니다. 이러한 작은 날개는 최대한 효율적인 모양으로 설계되어 훨씬 더 높은 속도와 성능을 제공합니다.
발전기의 구조적인 문제로 인한 운전 중지는 VAWT와 HAWT보다 더욱 드물며, 바람 속도 조절 기능에 대한 기술 발전으로 인해 전력 생산에 대한 불확실성도 줄어들고 있습니다.
2. 풍력 발전의 장단점
(1) 장점
– 친환경적 : 탄소 배출이 일어나지 않기 때문에 대기오염 및 기후 변화 문제 해결에 대한 기여도 크며, 전력 생산에 있어 환경적인 장점이 있습니다.
– 자원 확보 용이 : 바람은 무한한 에너지원이므로 비교적 수급의 제한이 없습니다. 또한, 발전소 주변 울창한 숲이나 농지와 같은 이용도가 낮은 지역이라면 비교적 쉽게 확보할 수 있습니다.
– 경제적 피해 감소 : 자연재해 발생 시 전력 공급이 끊기는 경우가 있을 수 있는데, 풍력발전은 이러한 만난의 위험이 적습니다. 또한 발전소 운영 중 발생하는 지역 경제적 피해를 최소화할 수 있습니다.
(2) 단점
– 발전량의 불규칙성 : 바람의 방향과 세기에 따라서 이에 따른 발전량의 불규칙성이 존재합니다.
– 주변 환경문제 : 대규모 풍력발전소가 인근 지역에 설치되는 경우 주변 환경문제가 발생할 가능성이 있습니다. 생태계에 부작용을 불러올 수 있으며, 주민의 저항감을 불러일으킬 수 있습니다.
– 건설 및 운영 비용 : 엄청난 크기의 날개와 발전기 등 대형 장비를 준비하여 풍력발전소를 건설하고 운영하는 것은 매우 큰 비용이 듭니다.
3. 미래의 바람 전력 생산
미래의 바람전력 생산은 전문 기술자 및 함께 일하는 전 세계적인 연구팀에 의해서 지속적으로 개발되고 있습니다. 향후 바람의 에너지 활용의 차세대 이슈는 발전량의 향상과 발전소 세부설계, 조화 가능한 주변환경 및 제한된 용지에 대한 우려 등입니다.
(1) 에어 버블
에어 버블은 바람의 흐름을 조절하고 속도를 높이기 위한 하드웨어 시스템입니다. 이 시스템은 발전기 앞에 설치되며, 공기를 빨아들여 속도를 높이며, 바람의 흐름을 안정화시켜 발전량을 높입니다. 이러한 기술은 대규모 풍력발전소의 발전량을 30% 이상 증가시킬 것으로 예상됩니다.
(2) 사물인터넷(IoT)
사물인터넷 기술은 초음파, 레이더, 드론, 생명체 센서 등 다양한 기술을 활용하여, 바람을 측정하고 예측하는 목적으로 사용됩니다. 이를 통해 시간, 공간, 날씨 등의 정보를 분석하여 발전량의 예측 정확도를 높이며, 날씨 변화를 인지하여 발전량을 증가시킬 수 있습니다.
(3) 제로넷 에너지 저장 기술
대규모 풍력발전소가 전기그리드에 연결되어 일정한 전력을 생산해낼 때, 발전된 전력을 보다 효율적으로 활용하기 위해서는 새로운 용도로 전력을 저장할 수 있는 커다란 공간이 필요합니다. 이를 위해서, 대규모 발전소를 지하에 설치하여 에너지를 저장하는 기술이 개발되고 있습니다. 이러한 시스템은 전력공급 안정성을 높일 뿐 아니라, 지속적인 에너지 공급을 확보하고, 전력공급과 수요간의 일치를 높일 수 있습니다.
4. FAQ
Q. 풍력발전은 주변 환경에 어떠한 영향을 끼칠까요?
A. 풍력발전은 건설 시 매우 큰 부지가 필요하기 때문에, 생태계에 대한 부작용을 초래할 수 있습니다. 또한, 대형 발전소가 인근 지역에 소재할 경우 주민들의 반발감이 발생할 수 있습니다.
Q. 풍력발전의 발전량은 어떻게 예측될까요?
A. 풍력발전 생산량은 드론, 생명체센서 등 다양한 하드웨어 시스템이 활용됩니다. 이를 통해 바람의 방향과 세기를 측정하며, 또한 날씨 요소를 분석하여 발전량을 예측합니다.
Q. 새로운 풍력발전소 설치에 필요한 용지는 어디서 구할 수 있을까요?
A. 대부분의 풍력발전소는 지형적인 제약이 적은 곳에 설치됩니다. 그러나, 이러한 지형조건을 갖는 곳은 한정적이기 때문에, 농경지 및 고층건물 옥상 등의 이용도가 낮은 지역이 주로 사용됩니다.
Q. 대형 발전소는 어떤 문제점이 있을까요?
A. 대형발전기와 날개, 발전소 건설 등 고비용이 항상 따르는데, 건전성있는 비즈니스 모델의 구현이 필수적입니다. 또한, 대형 발전소는 건설 및 운영 이후 지속적인 관리와 유지보수가 대단히 중요합니다.
Q. 풍력발전소의 미래 전망은 어떻게 될까요?
A. 많은 국가에서 발전 중인 기존의 풍력발전소 역시 발전량 증가 및 시스템 오류 등의 문제점이 일부 발생하고 있습니다. 그러나 전 세계적으로 연구 및 개발이 계속 이루어지고 있어, 미래에는 더욱 개발된 기술로 인해 발전소의 안정성과 발전량 증가가 기대됩니다.
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- 긴 히지 – Avseetv –
- 베이가 – 나무위키
- 오키카구 번역 투디갤
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