1km 상공, 전력 생산 지상보다 '8배'
석탄을 활용하는 화력발전의 대안인 풍력발전은 △적은 환경부하 △적은 온실가스 배출량 △비교적 낮은 발전 비용 △비교적 쉬운 사업화 등의 장점이 있다. 때문에 풍력 발전소 건설은 2000년대 이후 폭발적 증가세를 보여 2001년에는 23.9GW였던 설비가 2017년에는 무려 539GW까지 늘었다.
그런데 풍력발전소는 건설을 위한 용지확보에 한계가 있다. 예를 들면 바람이 강하지만 수심이 깊은 바다, 아주 높은 위치 등에는 세워지기가 어렵다.
이를 극복하기 위한 새로운 시도가 바로 '공중 풍력 발전'(airborne wind power)이다. 지난 수십 년간 공학자들 사이 진지하게 논의돼 온 공중 풍력 발전은 수백 미터 이상 고도로 올라갈수록 바람이 더 강해지고 일정한 속도로 불면서 작은 발전기로도 많은 전기 생산이 가능하다. 때문에 작은 발전기로도 많은 전기를 생산할 수 있다는 점에서 효율적이다.
지상 풍력 발전소와 비교해도 공중 풍력 발전은 전력 생산량이 훨씬 많다는 조사결과가 있다. 미국 로렌스 리버모어 국립연구소 연구진은 고고도 풍력 발전은 이론적으로 전 세계 전력 수요의 100배에 이르는 1,800TW(테라와트)의 전력을 생산할 수 있다고 분석했다. 반면 지상 풍력 발전은 400TW에 그친다. 이를테면 바람이 지상 80m보다 3배쯤 강한 1km 상공에서는 전력을 8배나 많이 생산할 수 있다.
공중 풍력 발전소의 형태는 두 가지로 나뉜다. 한 가지는 공중에서 전기를 만들어 지상으로 보내는 '공중 발전' 방식이다. 공중에서 항공기나 드론, 기구에 프로펠러와 발전기를 장착한다. 또 다른 형태는 '지상 발전'으로서 프로펠러가 없는 글라이더나 연이 공중에서 연줄을 당기는 힘으로 전기를 생산하는 방식이다. 연줄이 감긴 원통이 회전하면서 지상의 발전기를 가동해 전기를 만드는 것이다.
구글 자회사 석유업체 셸, 공중에서 프로펠러 돌려 발전
이런 가운데 세계 최대 인터넷기업 구글에 2013년 인수된 마카니파워는 석유업체 로열더치 셸과 제휴해 올해부터 하늘에서 바람의 힘으로 전기를 생산하는 '공중 풍력 발전소'를 상용화하기로 했다.
마치 프로펠러 비행기와 유사한 외형의 에너지 연(Energy Kite)을 이용한 공중 풍력 발전을 연구해 온 마카니는 20kW급 발전기를 600kW급 상용 발전기로 발전시키는데 성공했다. 이에 오는 6월 쯤 노르웨이 해안의 풍력 테스트 센터에서 날개 길이 26m인 공중 풍력 발전소를 띄워 전력을 생산할 예정이다.
이 기업이 개발한 공중 풍력 발전소는 전력 생산을 위해 프로펠러 8개를 장착한 항공기 형태의 연을 공중에 띄우고 바람의 힘으로 커다란 원을 그리며 프로펠러를 돌린다. 이렇게 만들어진 전기는 나중에 500m의 연줄을 통해 지상으로 보내진다. 즉 '공중 발전' 형태다. 지상에 설치하는 풍력 발전기에 비해 90% 가량 가벼운 것으로 전해졌다.
특히 마카니는 강한 바람이 안정적으로 부는 해안에 부표를 설치하는 방식인 해상 풍력 발전기 설치 지역 중 발전기를 설치하기 힘든 지역을 중심으로 공중에 풍력 발전 비행선을 띄운다. 향후에는 이 시스템을 산악 지형에 설치하는 방안도 추진하고 있다.
공중 풍력 발전을 통한 전력 생산이 실제 얼마나 효율성을 나타낼지 주목된다.
