케이알, 세계최초 수직축방식 풍력발전기 개발성공
특히 이 제품은 기존 방식의 풍력발전시스템에 비해 동일 조건에서의 발전량이 2배이상 많은데다,시스템 1기당 전기를 만들어낼수 있는 최대 발전용량이 기존 제품에 비해 무려 5배가 큰 것으로 밝혀져 전세계 에너지설비산업계의 비상한 관심을 집중시키고 있다.
에너지 및 건설전문기업인 주식회사 케이알(대표 김사만 www.krraod.co.kr)의 자회사인 ㈜케이알이피에스(대표 유애권,구 아이알전기)는 불과 풍속 3미터의 바람을 이용해 전기를 생산해내면서도 세계 최초로 바람유도장치를 적용한 신기술을 개발,1기당 최대 10㎿급의 대용량 발전을 할수 있는 획기적인 최저풍속 ‘터보풍력발전시스템’을 세계 최초로 개발하는데 성공했다고 2일 밝혔다.
기존 덴마크,독일 등 선진국에서 상용화중인 최첨단 풍력발전시스템의 경우 최소 풍속이 초당 7미터이상이 돼야 발전을 할수 있으며,바람을 전기에너지로 바꾸는 블레이드(바람개비)를 무한대로 크게할수 없는 단점 때문에 시스템 1기당 최대 발전용량이 2㎿에 불과하다.
이 때문에 국내의 경우,제주도와 강원도 산간 등 바람이 강하게 부는 지역 일부에서만 풍력발전시스템을 이용할 수 있었고, 대용량 구축시 평평하고 넓은 면적이 필요한 점 때문에 부지선택에 많은 어려움을 겪어왔다.
반면, 케이알이 세계 최초로 개발한 이 시스템은 수직축 블레이드를 상하로 추가 설치가 가능해 시스템 1기당 최대발전용량을 기존 제품에 비해 무려 5배가 많은 10㎿급까지 확장할수 있는 데다, 설치면적이 기존 제품에 비해 10분의 1에 불과해 토지구입비를 획기적으로 줄여 부지선정이 용이한 획기적인 제품이라고 회사측은 설명했다.
특히, 케이알의 독창적인 기술로 개발된 수직축 블레이드는 바람막이(Wind Shield)와 인렛 가이드베인(Inlet Guide Vane)을 설치하여 역방향 구간의 바람을 막고, 낭비되는 바람을 흡수,공기흐름을 빠르게 변화시켜 블레이드에 전달되도록 하였고, 꼬리날개를 장착, 바람막이와 인렛 가이드베인이 항상 바람과 일치하게 하여 발전효율을 높인 것이 특징이다.
케이알이피에스는 이번 시스템개발을 통해 주로 독립전원용으로 적용가능한 1㎾ 급의 소용량 시스템에서부터 대규모발전소 설비용인 10㎿ 대용량급까지 모든 용량별 시스템공급이 가능하다고 밝혔다.
그 동안 전량 수입해온 연간 200㎿ 용량 규모의 풍력발전시스템 수요에 대하여 풍력발전시스템이 국산화됨에 따라 연간 4,000억원 규모의 수입대체효과를 가져오는 것은 물론, 기존 방식으로 대용량 발전시스템을 갖출 때 소요되는 연간 8,000억원 규모의 부지구매,시스템구축 등의 비용절감효과를 거둘 수 있을 것으로 전망된다.
이와함께 우리나라 어느 지역에서나 접할수 있는 풍속 3미터의 바람에도 전기를 만들어낼수 있는 풍력발전시스템이 개발됨에 따라 국내서도 전국의 낙도나 해안지대,농어촌의 각종 축사 및 양식장, 지자체 가로등, 도심아파트단지 엘리베이터전원은 물론 각종 기관,기업 등 독립적으로 전원이 필요한 지역이나 기관에서도 적은 비용으로 자체 발전을 할수 있는 ‘독립전원 발전시대’가 본격적으로 펼쳐질 전망이다
케이알이피에스는 이와 관련,이미 국내에 1건의 특허를 취득한 데 이어 4건의 특허를 출원해놓은 상태이며 이달 중에 미국, 유럽 등 수개 국에 특허를 출원하는 한편,조만간 국내 정부산하 관련기관 및 대학연구소 등을 대상으로 관련기술을 공식 공개하고,대규모 성능비교 시연회를 개최하는 방안을 검토중이다.
회사측은 발전효율이 획기적으로 개선된 점과 관련, “바람을 전기에너지로 바꿔주는 블레이드에 바람유도장치를 장착,기존 방식이 불과 7%대인 바람개비가 바람과 닿은 비율을 무려 75%수준으로 획기적으로 높여 풍속 3미터의 바람에도 대용량 발전이 가능하다”고 밝혔다.
특히 기존 제품의 경우 풍력시스템 타워가 설치된 방향으로만 발전이 가능하지만,이 제품은 블레이드 부분이 바람의 방향에 따라 360도 회전하도록 개발돼,바람이 부는 360도 모든 방향에서 움직이면서 발전이 가능한 것이 큰 장점이다.
그동안 국내의 경우 농어촌이나 지자체 중심으로 독자적으로 전기를 확보,사용하는 독립전원형 시스템이 있었지만,대부분 축전기를 채택,저렴한 심야전기 및 태양열등 1차 에너지를 이용해 전기를 저장하는 축전형태인데 반해,이 시스템은 1차 에너지 없이 자체 발전 및 축전까지 가능한 국내 최초 독립발전시스템이다.
케이알이피에스는 이와 관련 국내 수개 지자체와 국내 독립전원용 발전시스템으로 납품협의를 진행중이며, 조만간 발전소용 중형급 시스템에 대한 영업에도 본격 착수할 계획이다.
회사측은 이번 최소풍속 터보풍력발전시스템의 개발을 통해 올해 중국 등 동남아지역 수출에도 본격 착수해 올해 연간 1,000억원대의 매출을 올릴 것으로 전망하고 있다.
케이알이피에스 유애권 사장은 "이번 터보방식 발전시스템의 개발의미는 1kw급 소형에서 10mw급 대용량까지 독립전원용은 물론 발전소설비까지 모두 소화할 수 있는 기술이라는점”이라며 “이달부터 바로 실용화가 가능한 독립전원용 소형풍력발전기 구축을 시작으로 해외 중대형 풍력발전기 시장을 집중 공략할 계획”이라고 말했다.
한편 풍력발전시장은 1차 에너지를 사용하는 화력, 원전에 비해 발전소 구축비용이 매우 저렴한데다, 전기를 최종 수요처까지 끌어가야하는 송전소, 전봇대, 고압철탑 등 인프라설치비용이 거의 들지 않아, 매년 큰 폭의 성장세를 보이고 있는데, 2005년 기준으로 세계풍력발전 총용량 59,084㎿, 140억달러를 형성하고 있다.
█ 초속 3미터에 5배 대용량 발전방식의 기본원리와 의미
대형 터보풍력발전기는 바람의 방향을 컴퓨터로 추적, 인렛 가이드베인(Inlet Guide Vane)을 가장 효율적인 상태로 유지시켜 역방향구간에서 바람을 막고, 저속의 바람이 토출부에서 고속으로 압축돼 블레이드(바람개비)에 전달되도록 설계해 발전효율을 획기적으로 개선한 것이 가장 큰 특징.
이러한 파격적인 설계 때문에 기존 시스템의 블레이드가 들어오는 바람의 7%만이 표면에 닿는반면,이 제품은 무려 전체 풍량의 75%와 접촉,들어오는 바람의 대부분을 발전에 사용할수 있는 획기적인 효율을 보여주고 있다.
이 방식은 케이알이 세계 최초로 개발한 것으로,이미 국내외에 특허를 출원한 상태.특히 이 제품은 블레이드를 수직으로 여러 개를 다층구조로 탑재할 수 있도록 돼있어 시스템 1기당 발전용량을 최대 10㎿급까지 확장할 수 있는게 가장 큰 강점이다.
또한 블레이드를 풍향에 따라 360도 회전하도록 설계돼 타워가 설치돼있는 한 방향으로만 발전이 가능한 기존 제품과는 달리 360도 모든 방향에서 불어오는 바람을 모두 활용할수 있는 것도 고효율의 또다른 요인이다.
이에 따라 5㎾급의 터보풍력발전시스템을 설치하면, 200와트급 전구 5개짜리 가로등 3개를 24시간 무제한으로 전기를 사용할수 있게된다.특히 이 제품은 기존의 축전기를 사용한 독립전원용 시스템과는 달리 1차 에너지없이 자체발전하는 발전소의 개념을 적용,저비용,고효율의 시스템으로 각광을 받을 것으로 전망된다.
실제 발전원가는 기존방식의 5분의 1수준, 발전효율은 2배이상, 건설비는 기존에 비해 80%이하 수준인 것으로 나타났다.
풍력시스템은 그동안 신재생에너지 중 태양광 등에 비해 효율이 낮은 것이 문제였는데,이번에 이러한 문제를 획기적으로 개선한 터보풍력발전시스템이 최초로 개발됨에 따라 풍력발전시스템이 새로운 신재생에너지산업의 성장산업으로 급부상하는 계기가 마련된 것으로 평가된다.
한편, 국내의 경우 강원도가 강릉 왕산과 횡성 둔내지역에 풍력발전단지를 조성중에 있으며 제주도는 행원풍력발전단지를 운영중에 있으며, 산업자원부는 오는 2007년 국산기술로 개발될 예정인 750kW급 풍력발전기 2기를 제주지역에 시범 보급하고, 풍력을 중심으로 한 신재생에너지 종합홍보관 건립 타당성 조사에 착수할 예정이다.
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