바람의 종류나 풍향에 관계없이 대응할 수 있는 풍력발전기를 만들겠다는 의지에서 수직축 드럼형 풍력발전기' 아바커스'를 탄생시킨 함문성 대표.
풍력발전 시스템은 구조나 운영 방식, 출력 제어 방식 등에 따라 여러 가지로 구분할 수 있으나, 크게 날개의 회전축이 놓인 방향에 따라 수평축 발전기와 수직축 발전기로 나눈다. 자연의 무한한 바람에너지를 이용해 전기를 생산하는 풍력발전은 공해가 없고 석탄이나 석유와 같은 화석 연료를 대체할 청정에너지로 각광받고 있지만, 또 많은 문제점들이 제기되어 온 것도 사실이다. 2006년 법인 설립한 ㈜위너지랜드는 수평축 발전기가 대부분을 차지하는 풍력발전 시장에 독특한 디자인과 참신한 발상을 바탕으로 한 수직축 드럼형 풍력발전기를 내놓음으로써 주목을 끌었다. 바람의 종류나 풍향에 정확히 대응하지 못하는 풍력발전기의 문제점을 해결하려는 고민에서 탄생한'아바커스(ABACUS)'는 초등학교 운동장에 있는 풍향계에 착안해 장구 형태에서 힌트를 얻었다. 직경 3m, 높이 3.7m로 시간당 3~5㎾의 전력을 생산하는'아바커스'는 기존 풍력발전기 시장에서 취약점으로 대두된 요소들을 ㈜위너지랜드가 보유하고 있는 원천기술로 손쉽게 극복했다. '아바커스'의 대표적인 핵심기술은 드럼 회전체, 외부 구조물, 가변형 발전기 3가지이며, 이 모두는 국내는 물론 세계 주요 국가의 국제 특허에도 등록되어 있다.
'아바커스'만의 3가지 원천 기술
2007년 시제품이 나와 제부도에 설치할 당시만해도 회전체는 굴곡이 있는 지금의 주산알 형태가 아닌 장구 형태였다. 그러나 이 제품은 당시의 좋지 못한 풍력 시장 상황과 높이 3m, 지름 3m로 제작된 형태를 운반하는 물류 상의 문제 등으로 철수를 결정할 수밖에 없었다. 약 1년여 동안 내부 연구개발을 거쳐 새롭게 개선된 ㈜위너지랜드의'아바커스'는 코엑스(COEX)에서 열린'2008 대한민국 에너지대전'에 공식적인 첫 선을 보였다. 이후 2009년 5월 서울기후변화박람회에도 전시를 하면서 본격적으로 언론과 대중의 관심을 끌었다.
아바커스 조감도
람회에도 전시를 하면서 본격적으로 언론과 대중의 관심을 끌었다. 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate)로 만들어진 드럼형 디자인의 회전체는 3단 구조로 이루어져 있으며, 무동력 추진 방식으로 동력에 의한 소음과 진동을 최소화했다. 12개의 직삼각 구조인 날개 역시 이중으로 해 소음을 줄였다. 낙하산 천보다도 재질이 강한 천을 이용해 만든 날개는 UV 및 실리콘 코팅이 되어 있어 태양광에 의한 파괴를 막고 방수 처리가 가능하다.' 아바커스'의 유일한 소모품이라 할 수 있는 날개는 강한 바람에 찢어질 수는 있지만 부러져 파편이 튈 위험은 전혀 없다. 그리고 날개가 찢어지면 풍력발전기는 아예 작동하지 않고 그대로 멈춰 서 있도록 제작해 혹시 모를 위험에 대비했다. 에너지 생성체인 회전체를 강풍 등의 외부 충격으로부터 보호하는 외곽 구조물은 안정감을 주는 삼각팔면체로 설계되어 특허를 받았다. 스테인리스로 만들어진 이 구조물로 단위 시스템을 높고 넓게 쌓을 수가 있어 대규모 발전단지 구축을 가능케 한다. 자체 설계한 가변형 발전기는 제작 단계에서부터 자동 센서를 부착해 바람의 양에 따라 코일과 자석이 붙어있는 개수를 가변적으로 조절할 수 있는 시스템이다. CE 인증까지 받은 발전기는 원반 타입으로 구조 설계됐으며, 드럼 회전체의 최하단에 영구자석을 연결해 효율과 안정성을 높였다.
다양한 바람의 활용
풍력발전기는 설치 약 1년 전부터 적합한 입지 선정을 위해 풍속을 측정하고 풍배도(風配圖, Wind Rose)를 그리는 작업이 이루어진다. 태양광의 추적식과 유사한 고가의'요잉(Yawing)'이라는 시스템은 날개를 바람이 불어오는 방향으로 회전을 시키는 역할을 하지만, 때로 예측치 못한 바람에 대응하지 못해 고장을 일으키기도 한다. 함문성 대표는 "네덜란드나 독일 앞바다와 같이 일정한 방향성을 가진 바람이 2~3시간 불어주지 않는 한 수평축 발전기는 어려움이 따른다"며 대관령에 세워진 풍력 발전기를 예로 들었다. "대관령 풍력발전기의 경우 12월 중순부터 시베리아에서 일정하게 불어오는 편서풍을 이용하기 위해 모두 서울 쪽을 향하고 있다. 실제로 동해에서 불어오는 바람의 힘이 더 강하지만, 이 바람은 난기류성 및 와류성으로 수평축 풍력 발전기를 돌리는 데는 무리가 있다." '아바커스'는 장기간의 조사가 필요 없이 바람이 있는 곳이라면 즉시 설치할 수 있는 장점이 있다. 이것은 어느 위치에서든 불어오는 바람을 360˚ 다방향에서 활용해 발전할 수 있기 때문에 가능한 일이다. 또한'아바커스'회전체의 굴곡은 바람의 종류에 상관없이 어떤 바람이든 에어포켓 안으로 바람이 들어가도록 되어 있다. 그래서 0.8m/s의 미풍에서 기동이 개시되며, 기존의 수평축 발전기가 전혀 이용하지 못했던 태풍이나 돌풍을 에너지로 전환해 변환 효율을 높였다. 함 대표는 "실제 자연계에 존재하는 에너지의 70% 정도는 태풍과 돌풍에서 발생한다"며, "앞으로는 이 거대 에너지원인 태풍과 돌풍을 이용해 에너지로 전환하는 기술을 가진 기업이 시장을 주도할 것"이라고 강조했다.
친환경적 제품
산간 지방에 수평축 발전기를 설치할 때는 먼저 프로펠러 및 풍력발전 장비를 실은 트럭이 다닐 수 있도록 대규모 도로 건설이 이루어진다. 그러나'아바커스'는 "12조각으로 나눠 발전 단지 건설 현장에서 바로 조립이 가능하기 때문에 경운기가 다닐 수 있는 길만 있으면 된다"며, "그에 따른 공사비용과 물류비를 획기적으로 줄인 제품"이라고 함문성 대표는 말했다. 또한 아주 강한 폭풍에도 견뎌야 하는 풍력발전기는 두꺼운 강철이나 콘크리트로 기둥을 만들고 그 무게를 지탱할 만큼의 5~6배 크기의 땅을 파 기반 공사를 한다. 하지만 무게가 약 560㎏ 정도인'아바커스'는 앵커를 박아야 하는 맨 아랫 부분의 지반 공사만 필요로 할 뿐이다. '아바커스'는 자연을 최대한 보호한다는 방침 아래 자연 위에 간편하게 설치할 수 있는 조립식 형태를 취했다. 기존의 태양열 발전과 풍력발전은 나무가 자라는 지역에서는 설치가 불가능해 오히려 나무를 잘라내고 발전기를 설치해야 하는 형편이지만, '아바커스'는 빈 구조물을 올려 나무의 성장은 그대로 유지한 채 그 위에서 발전이 가능하다. 최근 풍력발전은 경관 훼손이나 소음 등의 자구책으로 해상으로 발전 단지를 옮겨가고 있는 추세이다. 그러나 여기에도 한계가 있을 것이라고 함문성 대표는 지적했다. "파도가 치고 염분이 있는 바닷가에 풍력발전기를 설치하는 일은 지상에 설치하는 것과는 또 다른 사업비 발생을 유도하며, 생산된 전력을 내륙까지 어떻게 옮기느냐도 중요한 문제이다."이어 함 대표는 그 대안으로 이동식을 강조했다. "아바커스는 해상의 바지선 위에도 설치가 가능하기 때문에, 부유식을 이용해 그 어떤 자연 환경도 훼손하지 않고 신재생에너지를 이용할 수 있다"고 말했다. 또한 해상 풍력으로 나아간다고 해도 해상 구조물을 통해 동일한 규모의 풍력발전 시스템을 가지고 있기 때문에 경쟁을 할 수 있다고 자신했다.
기술력과 경쟁력을 바탕으로 도약
수리 면에서도'아바커스'는 탁월한 장점을 보여준다. 기존 프로펠러의 경우 고도의 숙련된 엔지니어가 아니면 고치기가 어려워 한 번 망가지면 1~2년은 방치된 채 가동이 중지되고 제거도 불가능했다. 그러나'아바커스'는 천으로 된 날개가 접혔다 펴졌다 하면서 바람에 의해 돌아가기 때문에 부품이 빠지거나 고장이 날 염려가 없다. 설령 고장이 나더라도 드라이버 하나면 충분하다.
▲지난 5월 전남 신안군 압해도 소재의 신안 보육원에 설치된 4.5㎾급 의' 아바커스'.
▲경기도 입파도에도 설치된' 아바커스'는 1가구의 TV, 형광등에 필요한 전력을 풍력으로 생산하고 있다.
독특한 디자인과 뛰어난 발상으로 ㈜위너지랜드의' 아바커스'는 어디를 가든 사람들의 관심을 한 몸에 받는다. ① 독일하노버산업박람회('09.4.20~24) ② 2008 대한민국 에너지대전③ ('08.9.29~10.2) 3⃞ 신성장동력 박람회 2009('09.5.26~28)
'아바커스'는 재활용도 가능한 제품이어서 기존에 설치한 곳이 기후 변화로 바람이 불지 않는 지형으로 바뀌었다면 분리해 바람이 부는 지역에 다시 그대로 설치만 하면 된다. 한편 함문성 대표는 "이제는 환경뿐만 아니라 친인간적인요소를고려해야한다"며, "향후풍력발전을 비롯한 신재생에너지는 주거 환경 가까이 와야 한다"고 말한다. 거대 프로펠러를 도심 한가운데 설치하는 일은 불가능하지만'아바커스'라면 사정이 다르다.' 아바커스'는반대편으로가는마찰을없애고 한쪽으로만 돌도록 힘이 작용하기 때문에 진동이 없어 하중으로 생기는 콘크리트 균열을 걱정하지 않아도 된다. '아바커스'만의 이러한 장점들이 세계에서 유일하게 건물과 아파트 옥상 위에 설치할 수 있는 제품이라 확신하는 이유이다. 이미 검증된 기술력과 경쟁력을 바탕으로 전국에 지사망을 구축하는 등 앞으로는 마케팅을 보다 강화할 계획에 있는 ㈜위너지랜드는 올 매출만 600억 원을 바라보고 있다. 현재 ㈜위너지랜드는 6월 하순 진도에 시범 시스템을 설치했으며, 김천의 바람재에도 50㎾급 시범단지 계약이 완료되어, 1년 6개월간의 공사 기간을 거쳐 2011년에 완공을 계획 중이다. 또한 코엑스 측의 요청으로 코엑스 입구의 가로등 위에'아바커스'를 시범 프로젝트로 설치해 7월 중에 발전기 부착까지 완료할 예정이다. 한편 올 4월 독일 하노버에서 열린 산업 박람회에도 출품해 북미를 비롯한 전 세계의 관심과 러브콜을 받고 있다. 특히 무전원 공급 시스템으로 자체적으로 돌아가는'아바커스'가 아프리카의 탄자니아와 같이 전력 인프라가 구축되지 않은 곳에서 건설 및 투자 협의가 이루어지고 있는 사실은 주목 할 만하다. 사람과 자연을 소중히 여기며 신재생에너지산업분야에 힘을 쏟고 있는 ㈜위너지랜드. 대형 발전 단지 형태뿐만 아니라 우리 생활의 가까운 곳에서, 그리고 우리나라를 넘어 세계에서 순수 국내기술로 일구어낸'아바커스'를 만나는 일이 머지 않았다.
글_전화영 기자, 사진_백종윤 기자 <㈜위너지랜드 (02)2068-4401 / www.winergyland.kr>
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