Castles in the sky?

바람은 더 높은 고도에서 더 강하게 붑니다. 그 이유가 바로 풍력 발전 터빈을 높은 곳에 놓으려 하는 이유입니다. 오늘날 가장 큰 풍력 발전기의 날끝은 260m까지 닿는데 이는 샌프란시스코의 트랜스아메리카 빌딩과 비슷한 높이입니다. 더 높은 곳의 바람으로 발전을 하려는 노력들이 있었지만, 더 길어진 터빈을 매달고 짓는데에는 어마어마한 돈과 노력이 필요합니다. 많은 회사들이 그렇기에 다른 시점으로 접근하여서 전기를 아주 높은 고도에서 매우 값싸게 만들 수 있는 방법들에 대해 고민하고 있습니다. 이들은 터빈을 고정하는 돛대와도 같은 타워를 만들지 않으려 합니다. 이들은 그 대신 이를 연처럼 날릴 것을 주장합니다.


이 연은 독일의 회사인 SkySails에 의해서 개발된 것으로 직사각형 형태의 낙하산을 닮은 구조를 가지고 있는데 800m 길이의 줄로 묶여 있습니다. 이 줄은 굴대와 연결된 수평 드럼에 감겨 있는데 굴대의 양 끝은 발전기가 내장되어 있는 선적 컨테이너들과 연결되어 있습니다. 


SkySails의 연은 놀이용 연처럼 땅에서 날아오릅니다. 그 다음 연이 바람을 맞으면 그 동안 연이 일정한 최적 속도로 움직이도록 8자로 날게 조정하면, 밧줄은 풀리고, 드럼이 돌게 됩니다. 그리고 이것이 발전기를 작동시킵니다. 밧줄이 완전히 풀리면, 연은 바람을 덜 받도록 조정되고, 다시 이를 되감고 다시 날릴 수 있게 준비합니다. 이를 되감는 과정에서, SkySails의 회장 Stephan Wrage는 연이 풀릴 때 생산한 전기의 4%만을 소비한다고 주장합니다. 이는 상당히 효율적입니다.


Let’s go fly a kite

SkySails Power system이라고 불리는 이것은 내년에 판매에 들어갑니다. 각 유닛이 200킬로와트를 만들 수 있으며 이는 100가구에 보급할 수 있는 양입니다. Wrage 씨가 주장하는 바에 따르면, 운항에 드는 비용은 34만 달러로 킬로와트당 1700 달러이며, 이는 동등 성능을 내는 상업용 풍력발전 터빈의 절반 가격에 해당한다고 합니다. 또한 이는 메가와트급 출력을 내는 산업용 발전기의 효율과도 맞먹는 것이라고 합니다. SkySails만이 이러한 간단한 형태의 바람으로 나는 연을 만든게 아닙니다. 네덜란드의 경쟁자 Kitepower은 비슷한 구조의 아이디어를 생각해냈고, 그보다 더 작은 것을 만들어냈으며, 내년에 판매가 가능할 것으로 보고 있습니다. 하지만 다른 회사는 초기에 날아오를 때 바람의 힘만에 의존하기 보다는 좀 더 능동적인 방법을 사용하려 하고 있습니다.


스위스 회사인 TwingTec이 그런 회사들 중 하나입니다. 그들은 3m 너비의 날개의 양 끝에 전기 추진 프로펠러가 달려 있어 날아오를 때 이용할 수 있는 드론과 유사한 형태의 연을 날리려 하고 있습니다. 이 연은 센서가 바람이 줄어들고 있음을 감지할 때까지 높은 곳에 머물러 있으며, 발전이 끝난 후에는 스스로 꼭대기에 마련된 패드에 착륙합니다, TwingTec은 현재 날개 너비가 5.5m에 달하는 더 큰 버전을 만들고 있으며, 이를 통해 10월 스위스의 전기 회사인 BKW Energie에 이를 공급하려 하고 있습니다.


또다른 네덜란드 회사인 Ampyx Power 또한 마찬가지입니다. 이들이 만든 연의 날개 길이 또한 5.5m 정도로, 캐터펄트를 이용해서 연을 날립니다. TwingTec과 마찬가지로 하강과 착륙을 책임지는 프로펠러 또한 가지고 있습니다. 하지만 현재 버전은 시작에 불과합니다. 이 회사가 희망하기로는 올해 후반에 두 개의 동체와 12m 너비의 날개를 가진 구조물을 날리는 것을 목표로 하고 있습니다. 이것 또한 중간 단계입니다. 목표하는 날개의 너비는 36m입니다. 이 버전은 2024년에 가동이 계획되어 있는데 이는 2.36메가와트의 출력과 240만 유로의 가동 비용을 필요로 하는데, 이는 일반적인 풍력 발전기의 성능과 비슷합니다.


이들 아이디어 모두는 발전은 땅에서 이뤄진다는 공통점을 가지고 있습니다. 구글의 모회사인 Alphabet에 인수합병된 Makani는 다른 접근방식을 가지고 있습니다. 이들은 날개 너비 26m의 무인 항공기에 발전기를 장착하려 합니다. 이 비행기는 8개의 로터를 가지고 있고 이는 이착륙 시에 프로펠러로 작용합니다. 하지만 이는 목표로 한 고도에 다다르면 작은 발전기가 됩니다. 이들이 만들어내는 전기는 완전 가동 시 600킬로와트로 이는 500m 길이의 비행기를 고정시키고 있는 밧줄을 통해 전달됩니다. Makani의 프로토타입 발전기는 올해 후반기에 하와이에서 시험비행을 할 것이며, 더 많은 실험들이 노르웨이 연안의 해상 유전에서 계획되어 있습니다.


Up to the highest height

이들이 기존의 발전기와 경쟁상대가 될 수 있는지는 두고봐야 할 일입니다. 하지만 가능성은 충분합니다. 브뤼셀에 본사를 둔 유럽의 산업체 Airborne Wind Europe은 고도 500m 이상이라면 유럽 어디에서든지 풍력 발전이 가능한 바람 속도를 얻을 수 있다는 결론을 얻었습니다. 하지만 이보다 낮아진다면, 이를 만족시킬 수 있는 곳은 해아닞대로 줄어듭니다. 이 구역들은 인구 밀도가 높아 육지에 풍력 발전소를 짓는데는 더 비싼 돈이 들고, 반대로 바다에 발전소를 짓는다면 건설과 유지에 큰 어려움이 생깁니다.


하지만 연을 날리는 방식은 부드럽게 규칙적으로 가동되는 기존의 터빈에 비해 더 큰 어려움이 있습니다. 8자로 활공하는 연을 고정시키는 밧줄에는 기존 항공 공학에서 요구되는 구조적 견고함과 섬세한 조종이 필요합니다. 그리고 예방에도 불구하고 밧줄이 끊어진다면, 밧줄과 연을 안전하게 땅으로 회수하기 위한 조치가 필요합니다. 게다가 항공 관제사에 공역에 침범한 연의 무리는 크나큰 고민거리가 될 것입니다.


이러한 것들을 무시한다면 이러한 고고도 풍력 발전은 흥미로운 아이디어임에 틀림없습니다.  전 세계가 화석 연료를 대신할 대체 에너지를 찾는 와중에 이는 하나의 약속된 선택지가 될 수 있습니다. 앞으로 있을 몇 년간 이 약속이 현실이 될 지 아닐지 볼 수 있을 것입니다.