간단 설명

바람만 있으면 전력 생산이 가능한 재생에너지의 일종이다. 바람의 힘을 통해 전기를 생산하는 발전 기술로, 바람개비처럼 생긴 설비(블레이드)를 회전시켜 전력을 생산한다.

상세 설명

“산속에, 바닷가에 저 바람개비는 뭐야?”

높은 산이나, 바람이 많이 부는 바닷가를 지나다 보면 바람개비처럼 생긴 풍력 발전기를 자주 볼 수 있습니다.

풍력 발전은 바람에 의해 바람개비(블레이드)가 회전하면서 발생하는 기계 에너지(회전운동 에너지)를 발전기를 통해 전기로 변환시키는 발전입니다. 지구는 뜨거운 공기는 위로, 차가운 공기는 아래로 내려가는 ‘대류현상’이 끊임없이 일어납니다. 즉, 대류현상이 일어나는 곳에서는 항상 바람이 불게 되는 것입니다. 풍력 발전기는 이러한 바람을 전기로 바꿔줍니다. 원리는 다음과 같습니다.

① 바람이 불면 블레이드가 돌아가며(회전하며) 바람을 회전운동 에너지로 변환합니다.

② 주축에서 블레이드가 만든 회전력을 회전 속도를 높여주는 증속기로 전달합니다.

③ 주축과 베이링^[1]으로 연결된 증속기가 주축으로부터 건네받은 저속의 회전운동 에너지를 기계의 힘을 통해 고속으로 변환합니다.

④ 증속기에서 고속으로 변환된 회전운동 에너지를 발전기^[2]가 전기에너지로 전환하며 최종적으로 전기가 생산됩니다.

 

^[1] 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정해주는 부품

^[2] 강한 자기장 안에서 전선을 감은 코일을 빠르게 회전시켜 전기를 생산하는 기계장치

풍력 발전은 발전 시 이산화탄소를 배출하지 않아 탄소중립 시대의 대표적인 에너지로 주목받고 있습니다. 또한 발전기를 돌리기 위해 별도의 최소 전력을 필요로 하지 않기 때문에 완공 뒤 통상 3~4m/s^[3] 이상의 바람만 불면 블랙아웃(전력 부족으로 인한 대규모 정전) 상황에서도 전력 공급이 가능합니다.

^[3] 나뭇잎과 가는 가지가 흔들리고 깃발이 가볍게 휘날리는 ‘산들바람’ 수준의 풍속

바람이 세게 불면 전기가 더 많이 생산될까요?

풍력 발전은 바람이 너무 약하거나(초속 3m 이하) 반대로 너무 강하면(초속 25m 이상) 발전 자체가 불가능합니다. 초속 3m 이하의 저풍속일 경우 블레이드가 돌아가지 않고, 초속 25m 이상의 강풍이 불면 블레이드가 파손되는 등 안전상에 문제가 생길 수도 있기 때문입니다. 또한 날씨, 주변 환경에 따라 발전량이 달라지는 간헐적 에너지라는 점도 풍력 발전의 한계점 중 하나로 인식됩니다.

이러한 재생에너지의 간헐성을 극복하기 위해 인공지능(AI)과 ESS(에너지저장장치)를 결합한 에너지솔루션이 해결책으로 자리 잡고 있습니다. AI 알고리즘에 기반해 전력망을 최적화하고 ESS에 생산된 에너지를 저장함으로써 필요할 때, 필요한 곳에 전기를 전송할 수 있게 되는 것입니다.

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풍력 발전기의 날개는 왜 3개일까요?

우리나라뿐만 아니라 전 세계 대부분의 국가에서 날개가 3개 달린 바람개비 모양의 풍력 발전기인 ‘수평형 발전기’를 사용하고 있습니다. 그렇다면 풍력 발전기의 날개는 왜 4개도, 5개도 아닌 3개일까요?

바로 효율성과 안정성 때문입니다.

날개가 4개 이상이 되면 바람을 받는 면적이 증가하지만 날개 자체의 무게 증가로 결국 발전 효율이 떨어집니다. 또한 50m 길이의 날개 하나의 무게가 약 10t 정도 되는데 날개가 4개 이상이 되면 기둥인 타워가 무게를 버티기 어려워 날개가 꺾이고 파손될 위험이 커집니다. 2개의 날개만 이용해 풍력 발전기를 만들 수도 있지만 날개가 3개인 것이 구조적으로 더욱 안전합니다.

끝으로 제작 단가가 높다는 점 역시 날개를 많이 달지 않는 이유입니다. 유리 섬유, 탄소 섬유 등 비싼 부품을 사용해 날개를 만들기 때문에 파손의 위험 등을 감수하고 날개 개수를 추가할 필요가 없는 것입니다.

SK E&S는 전남 신안, 강원 평창, 경남 양산에서 대규모 풍력 발전 프로젝트를 운영 중입니다. 더불어 국내 최대 규모의 전남 해상 풍력 단지를 개발 중이기도 합니다. 풍력 발전뿐만 아니라, 태양광 등의 재생에너지 사업을 확대하여 친환경 에너지 생산은 물론, 넷제로 달성을 위한 기업들의 성공적인 RE100 이행을 지원할 것입니다. SK E&S의 발걸음에 많은 관심 부탁드립니다.