네덜란드 '터치윈드'사의 혁신적인 해상 풍력발전이 주목받는 이유

거대한 부유식 단일 블레이드 터빈은 기존 설비보다 절반 비용으로 더 많은 전력을 생산할 수 있다. [사진=Touchwind]

여러분은 위와 같은 단발 날개의 부유식 해상 풍력 터빈을 본 적이 있으십니까?

해상풍력 발전 전문기업인 네덜란드의 '터치윈드(Touchwind)'가 최근에 개발하여 설치한 시설이다. 혁신적인 단일 블레이드 터빈(single-blade turbine)을 가진 이 시설은 멋있어 보이는 통상적인 능동형 피치 제어(pitch control) 기능이 없는 하나의 거대한 날개를 사용하여 가동 비용과 중지 시간을 줄일 수 있다고 이 회사는 주장한다.

세계 최고의 풍력 자원 대부분은 일반적인 고정 타워 터빈으로 활용하기에는 너무나 깊은 바닷속 심해에 있다. 그렇지만 한편으로 심해는 육상에 있는 풍력발전 단지보다 주민과 야생 동물에게 미치는 문제가 훨씬 적으며, 동시에 엄청난 청정의 전력생산에 기여할 수 있는 에너지 보고(寶庫)라 할 수 있다.

그러나 해저에 정박되어 있는 부유식 장치에서 해상 풍력을 활용하는 기술은 아직까지 갈길이 먼 상태에 있기 때문에, 근본적으로 다른 설계 사양, 파도 대응 탱크 및 원형(prototype) 테스트를 하면서 기업들이 치열하게 경쟁을 펼치는 일종의 '골드 러시'가 진행되고 있다. 그러면서 모든 업체들은 비용, 발전, 수명, 신뢰성, 제조ㆍ설치 및 유지 보수의 용이성 등을 종합적으로 고려한 최적의 지점을 찾고자 노심초사(勞心焦思)하고 있다.

이런 와중에 최근 '터치윈드'사가 신선하면서 흥미로운 아이디어를 제시해 주목을 받고 있다. 그것은 바로 일체형 대형 로터(rotor)를 사용하는 설계 개념으로, 큰 통(barrel) 위에 돛대가 연결되어 있고, 돛대 위쪽에는 밑으로 커다란 부표(buoy)가 매달려 있다.

'터치윈드'는 거대한 하나의 이중 블레이드를 만드는데 필요한 제작비용만 해도 전통적인 터빈의 3중 블레이드 배열보다 30% 정도 더 든다고 밝히고 있다. 그렇지만 이 회사가 개발한 단발 날개 터빈은 고가의 능동형 블레이드 피치 제어 시스템이 불필요하고, 대부분의 표준 터빈이 초속 25m 이상의 바람이 불 때 멈춰서야 하지만 이 터빈은 초속 70m의 풍속에서도 거뜬히 돌아갈 수 있다. 중지시간(downtime)이 적다는 것은 그만큼 더 많은 전력생산 시간과 더 많은 에너지를 만들어 낸다는 의미이다.

블레이드는 약간 위쪽으로 각도를 갖고 마스트에 고정되어 있다. 풍속이 낮을 때는 돛대가 바로 기울어지고, 매달려 있는 부표의 도움으로 블레이드가 물 밖으로 효과적으로 빠져나온다. 그러나 풍속이 빨라지고 블레이드가 빠르게 회전하기 시작하면 헬리콥터의 메인 로터 날개와 같은 양력이 발생하면서 돛대가 똑바로 당겨지게 된다.

바람이 세게 불면 큰 날개가 타워를 똑바로 당겨 바람에 덜 노출된다. [사진=Touchwind]

따라서 높은 풍속에서는 블레이드가 수평선에 거의 평평하게 위치하여 그 이상으로 바람을 맞이하지 않게 되므로 더 빨리 회전하지 않게 된다. 그리고 이런 일이 발생하면 부표가 물 밖으로 들어 올려져 주익 블레이드의 리프트에 맞서는 밸러스트 무게(ballast weight)가 추가되어 해저에 있는 닻에 가해지는 스트레스를 줄이며, 모든 것이 몽땅 물 위로 상승하는 것을 방지한다. 참 기특한 방법이 아닐 수 없다.

또한 다른 많은 부유장치들처럼 설계되어 있어 불어오는 바람의 방향에 구애받지 않으며, 항상 최적의 방향으로 자리잡고 그때 그때 바람따라 수동적으로 떠다닌다.

'터치윈드'는 이와 같이 설계하면 12메가와트(MW) 터빈에 필요한 200m 길이의 블레이드를 수용할 수 있는 거의 모든 항만 시설에서 쉽게 제조가 가능할 뿐만 아니라, 현장으로의 견인은 물론 접지 앵커(ground anchor)와 전력송출 케이블을 설치하는 일도 매우 용이하다고 설명하고 있다.

Touchwind는 장치가 항구에서 제조 및 배치하는 것이 비교적 간단해야 한다고 말합니다 — '터치윈드'사는 이 장치를 항구에서 제조 및 배치하는 것이 비교적 간단하다고 말한다. [사진=Touchwind]

이 회사는 프로토타입의 육상 및 부유식 플랫폼을 모두 소규모로 완성하는 한편, 일본 국적 해운사인 '미츠이 O.S.K. 라인즈(Mitsui O.S.K. Lines)'로부터 새로운 투자를 받아 본격적인 시험에 나섰다.

'터치윈드'의 설립자이자 CEO인 리쿠스 반 드 클립(Rikus van de Klippe)은 "우리는 부유식 풍력 터빈의 추가 개발을 위해 지난 1년 동안 함께 일해 왔다"면서, "직경 6m짜리 로터를 사용한 현장 테스트를 우스트브른(Oostvoorne) 호수에서 준비하고 있으며, 우리의 주주 MOL의 투자를 통해 테스팅 프로그램의 속도를 높이고, 기술 입증과 더불어 시장 출시 싯점을 단축하려 노력하고 있다"고 말했다.