스핀 없이, 모두 승리: 무회전 풍력 에너지, 기존 관념에 도전

바람을 생각하면 움직임을 떠올리시죠? 하지만 우리가 흔히 보는 회전하는 날개 없이 바람으로부터 에너지를 얻을 수 있다면 어떨까요?

최신 풍력 에너지 기술 중 일부가 바로 이런 일을 하고 있습니다. 이들은 풍력 발전에 대한 기존의 생각을 바꾸며, 움직임이 항상 필요하지 않은 새로운 방식으로 바람의 에너지를 포착합니다.

이러한 혁신을 받아들이는 동시에 전통적인 방법의 한계도 이해하는 것이 중요합니다. 풍력 터빈은 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 생산하지만, 단점이 없지는 않습니다. 예를 들어, 바람이 충분히 불지 않는 지역에 터빈을 이용해 전력을 생산하는 것은 경제적으로 현명한 선택이 아닙니다.

또한 풍력 터빈은 종종 외딴 지역에 설치되기 때문에 인프라 구축이 문제가 될 수 있습니다. 특히 풍력 발전소에서 도심 가정으로 전기를 전달하는 송전선 구축이 어려울 수 있습니다.

게다가 대형 터빈은 소음을 발생시키고 지역의 시각적 미관을 해치는 것으로 알려져 있습니다. 또한 이러한 설치물은 지역 야생동물에도 영향을 미칠 수 있습니다.

이 모든 어려움은 바람을 이용한 청정 전력 생산이라는 핵심 개념을 포기하지 않음으로써 해결될 수 있습니다. 답은 무회전 풍력 터빈에 있으며, 이들은 소음이나 기타 문제를 일으키지 않으면서 에너지를 활용할 수 있습니다.

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무회전 풍력 에너지 생성

무회전 풍력을 생성한다는 것은 중앙집중식이며 자원 소모가 큰 전력망에 대한 의존을 없애고, 주거 및 상업 건물 옥상에 설치할 수 있는 분산형 에너지 자원(DER) 조합에 의존하는 것을 의미합니다. 이러한 에너지 자원은 태양광과 풍력을 모두 활용하지만, 풍력은 햇빛과 달리 24시간 내내 이용 가능하다는 장점이 있습니다.

한편, 무회전 풍력 발전기는 대형 터빈 날개 대신 수직으로 장착된 에어포일이나 날개를 사용해 풍력 에너지를 포착합니다. 바람이 날개를 지나갈 때, 그 사이에 저압 영역이 형성됩니다. 이 저압은 흡입을 만들고, 에어포일 사이에 특수 형태의 타워가 이 흡입을 전달합니다. 이 흐름은 장치 하단에 배치된 작은 터빈을 지나면서 회전하여 전기를 생성하며, 대형 회전 부품이나 움직이는 부품을 포함하지 않습니다.

이 과정에는 많은 장점이 있습니다. 소음 공해를 감소시키고, 야생동물을 보호하며, 공간을 효율적으로 사용하고, 유지보수가 적게 듭니다.

전통적인 풍력 발전의 역사는 오래됐지만, 무회전 풍력 에너지 생성은 지속 가능성 노력에 큰 가치를 더합니다. 비록 새로운 기술이지만, 이미 보여준 약속과 잠재력을 빼앗을 수는 없습니다.

Architecture 2030에 따르면 전 세계 탄소 배출량의 50%가 건물 및 건설 환경에서 발생합니다. 이 중 27%는 건물 운영에서, 20%는 건축 자재, 건설 및 기타 건설 산업 사용에서 비롯됩니다. 따라서 건물 전력 솔루션을 보다 효율적으로 사용하는 것이 필수적이며, 무회전 풍력 생성은 그 방향으로 한 걸음 나아간 것입니다.

많은 상업 기업들이 무회전 풍력을 실현 가능한 형태로 만들기 위해 노력하고 있습니다. 우리는 이 기업들을 살펴보고 그들이 제공하는 솔루션에 사용된 기술을 검토할 것입니다.

무회전 풍력 생성에서 혁신적인 솔루션을 제공하는 기업들

1. Vortex Bladeless

Vortex는 자사의 풍력 솔루션을 여러 형용사로 설명합니다. 이 전력은 날개가 없고, 더 안전하며, 더 조용하고, 더 친환경적입니다.

전체적으로 Vortex Bladeless의 비전은 소비자 수준의 대형 풍력 공원에서 새로운 풍력 대안을 제공하는 것입니다. 이 비전을 달성하기 위해 회사는 기존 풍력과 다른 물리학에 의존합니다. 그 결과는 독특하고 기회가 풍부합니다.

무회전 풍력 기술: Vortex Bladeless 방식

Vortex 장치는 원통형 타워와 유사합니다. 아래에서 시작하면 가장 아래 부분은 고정되어 베이스라고 합니다. 베이스 위쪽은 코어이며, 내부에 탄소 막대가 들어 있습니다. 코어 위에는 교류 발전기 튜닝 시스템이 있습니다. 그 위에 전체를 감싸는 원통형 마스트가 있어 바람 방향에 수직으로 자유롭게 진동합니다.

바람이 이러한 원통형 구조 주위를 통과하면 압력 와류가 생성됩니다. 와류의 주파수는 풍속에 따라 달라집니다. 구조물들이 비슷한 고유 공진 주파수를 가지고 있어 진동을 시작하고 풍력 에너지를 포착합니다.

에너지를 포착한 뒤에는 변환 단계가 이어집니다. 변환을 위해 Vortex Bladeless는 전통적인 교류 발전기 기술을 사용하며, 코일과 자기장 사이의 상호작용을 관찰합니다.

전기는 전자기 유도에 의해 생성됩니다. 자석은 또한 마스트의 탄성 상수를 조정하는 튜닝 시스템 역할을 하여 진동이 발생하는 풍속 범위를 넓힙니다.

Vortex의 기술은 아직 개발 중이지만, 완전한 현실이 되면 동일 크기의 일반 터빈에 비해 여러 장점을 가집니다. Vortex bladeless는 기어가 없고 오일도 없으며, 제동이 필요 없고 제작이 더 쉽습니다. 항상 유사한 기초 위에 배치되며, 공간 요구량이 적고 수명이 더 깁니다.

Vortex Bladeless: 간략 프로필

David Suriol과 Raul Martin Yunta가 설립한 Vortex Bladeless는 스페인 마드리드에 기반을 두고 있습니다. 초기 단계 스타트업이며, 공개된 데이터에 따르면 2021년에 Techstars로부터 US$120,000의 프리시드 자금을 유치했습니다.

Techstar에 익숙하지 않은 사람들을 위해 설명하자면, 이 회사는 전 세계에서 가장 활발한 프리시드 투자 기업으로, 총 US$105 billion 규모의 가속기 포트폴리오 시장 가치를 보유하고 있습니다.

2. Aeromine: 날개 없는 풍력 에너지 시스템

또 다른 혁신적인 날개 없는 풍력 솔루션을 제공하는 기업은 Aeromine Technologies입니다. 이 날개 없는 시스템은 상업용 건물 옥상에 설치되어 현장 재생 에너지를 끌어옵니다.

Aeromine은 공기역학 원리를 활용합니다. 건물에 통합된 에어포일 기반 풍력 발전기를 사용하며 움직이는 부품이 전혀 없습니다. 바람이 에어포일을 통과하면 그 사이에 저압 영역이 형성됩니다.

구조물의 중공 중심부는 압력을 매니폴드와 내부 프로펠러로 안내합니다. 구조물의 가장 아래 부분에서 저압이 공기 흡입구를 통해 공기를 끌어당겨 프로펠러를 지나 전력을 생성하고, 이후 공기 제트가 중심부를 빠져 나와 자유 바람과 섞입니다.

Aeromine의 원리는 외부 부품을 사용하지 않고 진동을 없애는 데 초점을 맞춥니다. 대신 에어포일을 이용해 건물이나 상업 구조물의 기류를 포착하고 증폭합니다. 이 솔루션은 태양광 패널이 차지하는 옥상 면적의 1/10만 사용함으로써 태양광보다 앞서 나갑니다.

Aeromine 솔루션은 조용하고 고정되어 있습니다. 모든 날씨 조건에서 언제든지 에너지를 생성할 수 있습니다. 이 시스템은 건물 가장자리에 20~40대의 유닛을 배치하는 전형적인 조합이며, 조합은 주요 풍향을 향하도록 배치됩니다.

회사에 따르면, 이 시스템은 다른 재생 에너지 대안보다 약 50% 더 생산성이 높다고 주장합니다. 옥상 태양광 솔루션과 결합하면 날개 없는 풍력 에너지 생성 시스템이 건물의 현장 에너지 수요를 완전히 충족시킬 수 있습니다.

Aeromine Technologies: 간략 프로필

2020년에 Martin Manniche가 설립한 Aeromine Technologies는 미국 텍사스 주 대휴스턴 지역에 본사를 두고 있습니다. 2023년 10월 31일, 이 회사는 덴마크 에너지청으로부터 US$1.1 million의 보조금을 받았습니다.

2023년 1월, AEC Angels가 Aeromine Technologies에 투자했으며, 최초 투자는 Mass Challenge로부터 비지분 형태의 지원을 받았습니다.

무회전 풍력 생성이 미래에 신뢰할 수 있는 솔루션으로 여겨지는 이유는?

무회전 또는 날개 없는 풍력 에너지 생성이 청정·재생 에너지를 만들 수 있는 경로로서 가장 큰 검증을 받는 것은 투자자들로부터입니다.

Aeromine의 혁신적인 옥상 풍력 에너지 시스템은 건물의 풍류를 재생 에너지로 전환하며, 앞서 언급한 대로 덴마크 에너지청으로부터 US$1.1 million의 보조금을 받았습니다. 이 보조금은 솔루션의 상업화 가능성 및 기후 정책 목표 달성 능력을 포함한 9가지 매개변수를 검토한 후 수여되었습니다.

하지만 이를 완벽하게 만들기 위해 해야 할 일이 많이 남아 있습니다. 덴마크 기술대학(DTU)은 Aeromine과 협력해 다양한 건물 유형과 변동 풍조건에서 기술의 성능 테스트를 진행할 예정입니다.

에 따르면 덴마크 기술대학의 Christian Bak 교수(공기포일 및 로터 설계 부문 책임자)는 대학이 다양한 건물 유형에 대한 흐름 모델링을 조사하고, 솔루션의 성능을 “에너지 생산량과 최적 옥상 배치를 추정하는 개선된 알고리즘을 도출하기 위해” 측정할 것이라고 밝혔습니다. 이는 시스템의 추가 미세조정과 보다 효율적인 적용으로 이어질 것입니다.

이 솔루션은 아파트, 사무실, 창고, 항만 터미널, 병원, 소매 센터 및 평평한 옥상을 가진 모든 건물에 설치할 수 있기 때문에, 배치 최적화 지식은 적응성을 크게 높일 것입니다.

Aeromine은 이미 시장에서 자사 솔루션에 대한 상당한 수요가 있다고 인정합니다. 실제로 Aeromine 공동 설립자인 Martin Manniche에 따르면, 현재 기술에 대한 “엄청난 관심”이 몰려오고 있으며, 수요를 충족하기 위해 생산을 확대하고 있다고 합니다.

Manniche는 또한 그들의 솔루션이 아직 충분히 실현되지 않은 ‘지역 비즈니스에 적합한 풍력 에너지’를 만들 것이라고 믿고 있습니다.

Vortex Bladeless 솔루션에서도 유사한 장점과 그 이상의 혜택을 찾을 수 있습니다. 예를 들어, 무회전 풍력 생성 솔루션은 제조 및 유지보수 비용이 더 저렴합니다.

Vortex의 설계 효율성에 의문을 갖는 사람들을 위해, 제조사는 Vortex Mini(13미터(42피트), 4 kW 모델)가 이상적인 조건에서 풍력의 최대 40%를 포착할 수 있다고 주장합니다.

비록 기존 풍력 터빈보다 30% 효율이 낮지만, 같은 공간에 프로펠러 터빈 대신 Vortex 터빈을 두 배로 배치하면 이 부족함을 보완할 수 있습니다.

청정 에너지 목표 달성

2050년까지 순배출 제로 목표를 달성하려면 풍력과 태양광을 성공적으로 활용하는 것이 크게 좌우됩니다.

풍력 분야에서는 터빈이 더 커지고 허브 높이와 로터 직경이 늘어나고 있지만, 2030년까지 연간 풍력 용량 추가량을 목표 수준에 맞추려면 크게 증가시켜야 합니다.

2050년 순배출 제로 목표를 달성하기 위해서는 2030년에 약 7,400 TWh의 풍력 전력 생산을 상정하고 있으며, 평균 연간 발전 성장률을 약 17%로 끌어올려야 합니다. 이를 위해서는 2022년 약 75 GW에서 2030년 350 GW로 연간 용량 추가량을 늘려야 합니다.

지금까지 풍력 발전 용량 추가는 주로 중국에 한정되어 왔으며, 2022년 전 세계 풍력 용량 추가의 절반을 차지하고 있습니다.

International Energy Agency는 풍력 장비 제조 성장 둔화를 지적했으며, 상황을 개선하기 위해 속도 가속을 권고했습니다. 또한 이 부문 혁신은 주로 생산성 향상과 비용 절감에 초점을 맞추고 있다고 관찰했습니다.

이러한 복합적인 상황에서 무회전 풍력 에너지 생성은 성장에 연료를 공급할 수 있습니다. 제한된 공간 요구와 손쉬운 유지보수 덕분에 넓은 토지가 제약이 되는 지역에서도 빠르게 확산될 수 있습니다.

긍정적인 면에서, 풍력 투자 규모는 2022년에 20% 증가했으며 2021년 침체에서 회복되었습니다. 또한 주요 재생 에너지 협력 프로그램에 모두 포함되어 민간 부문의 상당한 지원을 받고 있습니다.

Aeromine과 Vortex가 특히 과학 및 기술 애호가 커뮤니티로부터 받은 투자는 무회전 풍력 에너지가 견고한 기반 위에 서 있음을 보여줍니다. 추가적인 미세조정과 필요한 보정이 이루어진다면, 청정·재생 에너지의 도달 범위를 더 빠르게 확산시키는 완벽한 선택이 될 것입니다.

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