에너지를 생산하기 위해 사용되는 화석연료는 엄청난 온실가스 배출과 지구 온난화로 인한 이상기후를 초래하면서 인류 생존을 위협하는 부메랑이 돼 돌아오고 있다. 이러한 문제를 풀기 위해 전 세계는 늦게나마 재생에너지의 보급 확대를 통해 에너지 혁신을 이루고자 노력하고 있으며, 관련 기술은 괄목할 성장을 이뤄오고 있다. 그중 하나가 바로 ‘공중 풍력발전’기술이다.

기후변화 솔루션을 포함한 인류보편적 문제의 해결에 큰 관심을 갖고 있는 것으로 알려진 빌 게이츠는 기존 재생 가능 에너지원의 간헐성 문제를 해결하고, 100% 재생에너지를 달성할 수 있는 ‘에너지 기적’ 기술의 하나로 공중 풍력발전기술을 꼽고 있다. 재생에너지의 보급 확대 문제를 해결할 새로운 방식으로 주목받는 공중 풍력발전은 높은 고도의 바람에너지를 활용해 전기를 생산하는 신개념 기술이다. 이는 고도가 높아질수록 풍속이 강해지고, 바람이 갖는 에너지는 풍속의 세제곱에 비례하기 때문에 바람으로부터 월등히 더 큰 에너지를 얻을 수 있다는 사실을 바탕으로 한다. 또한 가만히 있는 것보다 공중에서 윙(wing)이 바람을 맞으며 비행을 할 때 수십배 더 큰 에너지를 획득하게 된다. 공중 풍력발전기술은 바람의 에너지를 이용한다는 면에서 풍력과 공통점이 있지만 시스템의 구성과 운영 측면에서는 완전히 다른 기술이다. 가장 큰 장점은 이용하는 에너지원의 잠재력이 엄청나다는 점이다. 이론적으로 지구상에서 기존 타워형 풍력터빈이 운영되는 고도의 바람으로부터 획득할 수 있는 잠재적 총 에너지는 400TW(테라와트)다. 전 세계 에너지 수요(약 20TW)의 20배에 달하지만 지형적·경제적·환경적 문제로 인해 지금까지 전 세계에 설치된 타워형 풍력터빈의 누적 설치용량은 그 0.2%에도 못 미치는 743GW에 불과하다. 하지만 범위를 넓혀 대류권 내 높은 고도의 바람이 갖는 잠재적 총 에너지는 약 1800TW에 이른다. 전 세계 에너지 수요의 약 90배에 달하는 엄청난 양인 것이다. 높은 고도의 바람에너지는 강하면서도 더욱 광범위하게 분포되기에 타워형 풍력터빈의 경제성이 확보되지 않았던 지역에서도 공중 풍력 시스템을 이용해 경제적인 발전이 가능한 것이다.

무게중심이 상부에 있는 풍력터빈과 달리 지상에 무게중심이 있기에 타워나 기초 등 지지를 위한 구조물이 필요 없다는 것도 큰 강점이다. 이는 시스템의 구성품을 10분의 1 수준으로 줄이는 것을 가능하게 하며, 육상 설치 시 환경 훼손을 최소화할 수 있고, 육상은 물론이고 해상에 시스템을 구축해도 기술적·경제적 한계를 용이하게 해결할 수 있는 것이다.

공중 풍력발전은 해외의 경우, 타당성 연구를 위한 수~수십kW급 시스템 개발을 거쳐 상용화를 위한 수백~최대 2MW급 시스템을 개발하고 있다. 우리나라에서는 한국전기연구원이 독자 기술의 확보를 바탕으로 국내 최초 유일의 시스템을 개발해 시험을 수행하고 있다.

에너지 시스템은 경제적 성과가 나오기까지는 많은 과정과 시간이 필요하다. 공중 풍력발전기술의 상용화를 위해서는 다양한 분야의 충분한 인력과 자금뿐 아니라 개발시험 및 인증을 위한 정부의 적극 지원도 필요하다. 이런 측면에서 공중 풍력발전 업 협력이 우리나라의 ‘에너지 기적’을 달성하는 데 일익을 담당할 거로 확신한다.

이주훈 한국전기연구원 박사


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