신재생에너지 가운데 태양에너지와 함께 가장 장 알려져 있는 에너지가 바로 풍력이다. 한동안은 풍력 발전이 큰 인기를 끌면서, 전 세계적으로 대단위 발전 단지 건설이 붐을 이룬 적도 있다. 하지만 단지 조성의 면적에 비해 효율성이 떨어지는 관계로, 풍력발전에 대한 회의적인 시각도 증가하고 있는 상황이다.

따라서 이런 문제를 타개하고 더 많은 에너지를 풍력으로부터 얻어내기 위해 다양한 형태의 풍력 연구가 진행 중에 있다. 예를 들면 육지로부터 멀리 떨어져 있는 바다에 부유식 풍력 발전소를 건설한다거나, 거대한 풍선을 이용하여 공중에서 풍력 발전을 하는 등의 연구가 추진되고 있는 것이다.

이처럼 풍력 발전에 대한 다양한 시도가 이루어지고 있는 상황에서 과학기술 전문 매체인 피스오알지(phys.org)는 공중에서 전력을 생산하는 독특한 형태의 풍력 발전기인 '공중풍력터빈(BAT)'이 그동안의 테스트 과정을 순조롭게 마쳤다고 보도했다. 그리고 마침내 미 국립과학재단(NSF)의 지원을 받아 상용화를 위한 첫 걸음을 띄게 되었다고 밝혀 환경업계의 주목을 끌고 있다. (관련 링크)

고도가 올라갈수록 바람이 강해지고 일정해져

공중 풍력 발전에 대한 아이디어는 바람이 높은 고도로 올라갈수록 더 강하고, 지속적으로 유지된다는 사실에서 출발했다. 그동안 이 같은 아이디어를 기반으로 연(kite)이나 풍선을 이용한 공중 풍력 발전이 간간이 선을 보였지만, 상용화에는 실패했다.

이 같은 시점에서 최근 미 MIT대 출신의 엔지니어들이 설립한 신생기업이 헬륨 가스가 주입된 비행선의 안쪽에 터빈을 설치하는 독특한 아이디어를 들고 시장에 진출했다. 알트에어로스에너지스(Altaeros Energies)라는 이름의 신생기업이 만든 이 공중풍력터빈은 지상으로부터 약 300미터(m)부터 600미터 사이의 상공에 뜬 채로 전력을 생산할 수 있다.

지상 300~600미터의 위치는 지상에 설치된 풍력 터빈보다 항상 균일한 양의 바람을 확보할 수 있고, 또한 5배에서 8배 사이의 더 강력한 세기를 가진 바람을 만날 수 있는 곳이다.

미 스탠퍼드대의 기후학자인 켄 칼데이라(Ken Caldeira) 박사에 따르면, 이 고도에서는 지상보다 훨씬 강력한 바람이 꾸준하게 불기 때문에 대략 1800테라와트(TW)의 전력을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 지표면 근처의 바람이 가진 에너지의 4배가 넘는 수치다.

칼데이라 박사는 “지상 300~600미터 고도의 바람에는 인류 전체가 사용하고도 남을 충분한 에너지가 저장되어 있다”라고 언급하면서 “문제는 이처럼 막대한 에너지를 효율적으로 지상까지 가져올 수 있는 방법을 찾아야 한다는 것”이라고 강조하고 있다.

이와 같은 칼데이라 박사의 요구를 충실히 수행하는 장치가 바로 알트에어로스사의 공중풍력터빈이다. 이 시스템은 지상에 설치된 풍력 발전기보다 몇 배나 더 많은 에너지를 지속적으로 생산할 수 있다. 특히 장애물이 없는 공중이기 때문에 지상에 설치된 풍력 발전기보다 훨씬 작은 변동성만으로도 지속적으로 에너지를 생산할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

공중풍력터빈의 전력 생산은 이를 붙잡고 있는 고분자 로프를 통해서 이루어진다. 지상의 조종실과 연결되어 있는 이 로프는 전선 역할도 하는데, 내부에 구리 전도체가 들어 있어 터빈이 공중에서 생산한 전력을 지상의 배터리로 전달하도록 한다.

이외에 공중풍력터빈은 갑자기 풍속이 강해지는 상황에서도 버틸 수 있어야 한다. 아무리 좋은 풍력 발전기라도 사고로 파괴된다면 위험할 뿐 아니라, 사용할 수도 없기 때문이다. 특히 공중풍력터빈은 지름 15미터의 크기의 비행선 형태라 바람에 더 취약할 수밖에 없다.

따라서 알트에어로스사는 비행선 및 우주복 분야의 선도 기업체와 함께, 자외선 및 악천후에 강한 원단을 직접 개발하여 현재는 공중풍력터빈의 비행선 외벽을 제작하는데 활용하고 있다. 또한 바람이 많이 불면 비행선을 조종하기가 힘들어지기 때문에 기준 이상의 풍속이 발생하면 로프를 감아 터빈을 지상으로 회수한다.

오지에서도 저렴하게 에너지를 공급받을 수 있어

공중에서의 풍력 발전은 지상에 비해 몇 가지 장점을 가지고 있다. 일단 바람의 세기가 강해 더 효율적인 발전을 할 수 있다는 점 외에도, 전력 생산에 따르는 일정 및 비용을 대폭 줄일 수 있다는 점이다.

공중풍력터빈과 비슷한 발전능력을 가진 고정식 풍력발전기를 지상에 설치하려면 많은 인원이 동원되어 며칠 동안이나 작업해야 한다. 하지만 공중풍력터빈은 설치 장소에 도착한 당일에 전력 생산이 가능할 만큼 신속함을 자랑한다.

콘크리트를 부어 기초 토목공사를 할 필요도 없고, 높은 철탑을 세울 필요도 없다. 몇 명의 작업자와 트럭 1대만 있으면 어디라도 달려가서 로프를 잇고, 비행선에 가스를 채워서 하늘로 띄워 올리기만 하면 되는 것이다.

그 밖에도 알트에어로스사의 보도자료에 따르면 공중풍력터빈에 무선·통신 안테나와 무선인터넷 중계기를 장착함으로써 풍력 발전은 물론, 음성 및 데이터의 네트워크 시스템으로 활용할 수 있는 것으로 파악되었다.

이 회사의 CEO인 벤 글래스(Ben Glass) 사장은 공중풍력터빈 개발의 궁극적인 목표에 대해 “고립된 오지에 있는 사람들에게 가장 효과적으로 친환경 에너지를 공급할 수 있는 방법이 바로 공중에서 풍력으로 전력을 생산하는 것”이라고 단정지었다.

현재 공중풍력터빈의 시제품은 알래스카의 남쪽에서 18개월 동안 테스트를 진행하고 있다. 이곳에서 테스트를 하는 이유는 고립된 오지에 있는 사람들에게도 효과적으로 친환경 에너지를 공급할 수 있다는 판단 때문이다.

미국의 알래스카를 비롯해서 인구 밀도가 희박한 지역에서는 전기료가 매우 비싼 편이다. 사람의 발길이 잘 닿지 않는 곳까지 전력선을 건설하는 것이 비용이나 에너지 면에서 모두 만만치 않은 작업이기 때문이다.

따라서 메가와트(MW)급 출력을 낼 수 있는 공중풍력터빈을 오지의 일정한 장소에 설치하면, 현재의 전력선 공급다 훨씬 적은 투자로도 동일한 양의 전력을 생산할 수 있다는 것이 글래스 대표의 설명이다.

그는 “만약 해안지역이나 오지에 대형 풍력발전기를 설치하려면 기술적으로나 환경적으로 여러 가지 골치 아픈 문제들을 해결해야한다”고 지적하면서 “그러나 공중풍력터빈은 그런 문제들을 일거에 해결할 수 있다”라고 주장했다.

한편 공중풍력터빈의 상용화 가능성이 제시되자 이 발전 시스템에 대해서 관심을 보이는 곳이 오지에 사는 주민들만이 아니라는 보도도 나오고 있다. 이동하면서 발전이 가능한 만큼, 최근에는 군에서도 관심을 보이고 있다는 것이 외신들의 반응이다.