국내 차세대 풍력발전 연구센터에서 제작한 한국형 풍력발전기가 미국 특허를 획득했다.
김동용 전북대학교 공과대학 교수(차세대 풍력발전 연구센터장)는 기존 풍력발전기보다 강한 바람과 돌풍에 날개가 보호되고 에너지 효율을 크게 향상시킨 ‘실시간 바람추적형 날개접이식 차세대 풍력발전시스템’을 개발, 최근 미국 특허청에 발명특허 등록(특허번호 US 7,066,709 B2)을 마쳤다.

특히 한국형 발전기 도입의 필요성을 강조하고 있는 김 교수는 “국내 지형적 여건으로 계절별 풍력 및 풍향의 영향을 매우 심하게 받아 고정식 풍력 발전기로는 에너지 효율성이 극히 떨어진다”며 “유럽과 미국식의 고정식 풍력발전기는 설치비용 대비 효율도가 매우 저조, 전시 행정의 소모품으로 전락할 우려가 매우 크다”고 지적했다.

김 교수는 풍력 자원의 계절적 특이성이 특히 심한 국내환경에서 계절별 풍력 및 풍향의 급격한 변화로 같은 장소에서도 성층기류에 따른 기폭이 심하며 성층별로도 풍향이 다르게 나타나는 특징 때문에 필연적으로 발생하는 문제점으로 분석했다.

특히 외국 제품의 경우 일정한 풍력 및 풍향을 전제로 설계된 고정형 발전기는 국내 풍력자원 활용에 큰 걸림돌로 작용, 이를 해결하고자 연구개발에 정진한 결과 이번과 같은 좋은 결과를 얻게 됐다고 설명했다.

이번에 미국 특허를 획득한 날개접이식 풍력발전 시스템은 초속 25m이상의 강풍이 불 경우 자동적으로 날개가 접혀져 시스템을 보호할 수 있다. 또 기존 외국제품과 달리 날개(블레이드)가 후면에 장착됐고 방향타 역할을 하는 3개의 핀(fin)을 120도 각도로 붙여 실시간 바람 추적이 가능하다.

김 교수는 “날개접이식 풍력발전시스템은 기존 제품에 비해 15%이상 발전 효율을 높일 수 있고 악천후에는 날개를 보호할 수 있다”며 “유지·관리가 용이하고 제작비용을 낮출 수 있다는 것도 장졈이라고 설명했다.

또 발전기 용량에 따라 수평과 수직축에 장착할 수 있으며 유지관리와 보수 및 건설경비가 타 시스템에 비해 저렴하다는 장점을 갖추고 있다.

현재 김 교수는 새로운 시스템을 실용화하기 위해 독일의 유명 발전회사와 기술개발에 관한 논의를 하고 있지만 장기적으로는 순수 자체기술로 완벽한 국산화를 추진할 계획이다. 또 신·재생 에너지 분야를 전략산업으로 추진하고 있는 전북지역에 풍력발전 관련회사를 유치, 실증실험을 진행하고 비슷한 환경구조를 갖추고 있는 일본과 중국을 비롯해 특허취득을 계기로 본격적인 미국 진출도 모색하고 있다. 사실 이와 같은 연구결과가 하루아침에 이뤄진 것은 아니다. 김 교수는 사재를 털어가며 지난 1998년부터 풍력 발전 연구에 매진해 오고 있다. 1단계 개발 사업(1998년~2000년)에 무려 6억원을 투자해 ‘30kW 한국형 풍력발전 시스템’을 개발했다.

기존 수평축형이나 수직축형으로는 한국지형에 맞지 않는다고 판단, 수평수직 통합형 풍력발전 시스템을 처음 개발하면서 큰 주목을 끌었다.

2단계 개발 사업(2000년~2002년)에 10억원을 들여 ‘30kW 쌍날개 중력발전 시스템’을 국산화하고 실제 전라북도 부안군 해창 공원에 설치해 실증실험을 실시했다. 3단계 개발 사업(2003년~현재)에 14억원이 소요되었지만 ‘실시간 추적형 풍력발전 시스템’을 개발해 최근 미국 특허까지 취득했다.

김 교수가 주장하는 한국형 풍력발전기는 ▲풍속 조건에 적합하게 설계 제작된 풍력 발전기 ▲온도, 습도, 강우 등 계절 환경에 인공적으로 판단 가동하는 인공 지능형 발전기 ▲바람을 스스로 찾아 발전하는 첨단 UP-GRADE 발전기 등의 조건을 만족시키는 경제적인 풍력 발전기를 최종 개발목표로 추구하고 있다.

이를 통해 설계 및 부품의 국산화로 기술 독립을 이룩하고 작은 바람에도 높은 발전 능력을 갖춘 효율적인 발전기로 낮은 유지 및 보수비용으로 최고의 가동율을 자랑하는 명실공히 세계에서 가장 경제적인 풍력발전기를 개발한다는 목표로 연구 개발에 정진하고 있다.
김 교수는 “앞으로 축 방향 및 역방향에도 아무런 영향을 받지 않고 발전할 수 있는 인공지능 발전기를 비롯해 소규모 풍력에도 증폭 발전 하는 시스템을 개발할 것”이라며 “로봇형 인공지능 센서 부착 및 풍력을 이용한 물의 순환 및 펌핑장치와 풍력 발전기의 프로펠라가 태풍에는 스스로 접이식 안전구조 SYSTEM으로 변화하는 발전기 개발을 구상 중”이라고 말했다.

“맞춤형 소형 발전기로 입지 및 풍력질에 따라서 얼마든지 맞춤 설치를 할 수 있는 시스템을 개발할 것”이라는 김 교수는 “앞으로 500W급의 초소형 풍력발전 시스템에서부터 2,000kW급의 초대형 풍력발전 시스템까지 국내 풍력 자원에 맞는 맞춤형 발전기 개발에 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.