누리일렉콤, 융복합 풍력발전기술 해외 도약 초읽기

국내 요건에 맞는 세계 최초 독창적이고 우수한 기술 플라이휠을 적용한 풍력발전기, 선풍기 바람에도 회전

박영복 기자입력 : 2015.11.06 17:59
우리나라는 화석에너지 고갈과 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 에너지 자립과 온실가스 배출을 감축하기 위해 적극적으로 대응하고 있다. 이를 위해 2012년 신재생에너지공급 의무화제도(RPS: Renewable Portfolio Standard)를 시행하고 있다. 에너지사업자에게 총 발전량의 일정량 이상을 신재생에너지로 공급하도록 의무화한 제도다. 연도별 의무공급량 비율은 2012년 2%에서 2024년 이후 10%까지 확대하도록 시행하고 있으나 실제 공급되는 신재생에너지 공급 의무량은 낮은 실정이다. 이러한 상황에서 한 중소기업이 세계 최초로 독창적인 풍력발전을 선보여 신재생에너지로의 공급에 큰 역할을 하게 될 것으로 기대된다
▲우로부터 김용권 대표, 장병완 국회의원, 이종배 연구소장, 김인덕 전무

우리나라 신재생에너지 분야의 풍력발전업계에 큰 바람이 일고 있다. 국내 한 중소업체가 세계 최초로 자체 개발한 특허기술을 활용, 풍력발전기의 성능과 품질을 획기적으로 개 선했다. 아울러 ‘기술 융복합형 독립발전시스템’과 함께 상용화에 들어갔다. 화제의 기업은 이동통신 분야의 사업경험과 독창 적인 신재생에너지 분야의 기술개발능력이라는 독특한 이력을 지닌 (주)누리일렉콤(대표이사 김용권, www.nurielecom.co.kr)이다.
▲그림1. 50미터 고도의 연평균 풍속(기상청 자료)

기후변화대응과 온실가스 배출 감축위해 신재생에너지 관련기술 연구개발에 박차

누리일렉콤의 김용권 대표는 이미 오래전에 신재생에너지 연구개발에 힘써왔다고 한다. 김 대표는 “아무나 할 수 있는 일은 의미가 없고, 다른 기업과 차별화하지 않으면 살아남을 수 없다. 고효율 하이브리드 에너지가 앞으로 최고의 미래 에너지가 될 것”이라며, 세계적인 에너지시장의 시작과 함께 치열해질 것이라고 예측했다. 김 대표는 이어 “우리나라 원자력발전은 전력생산에 큰 비 중을 차지하고 있는 반면 원전 건설의 찬반 논쟁은 식을 줄 모르고 있다. 이러한 상황에서 기후변화대응을 위한 온실가스 배출 감축과 함께 기후변화 적응 노력이 범정부 차원에서 적극적으로 전개되고 있어 신ㆍ재생에너지 발전 활성화가 시 급한 상황”이라고 토로했다. 소형풍력발전기는 낮은 풍속에 적합하다. 그림 1에 의하면 우리나라 대부분 지역은 평균풍속 5m/s 이하로 소형풍력발전사업 활성화에 유리하다. 이종배 연구소장은 “소형풍력발 전기의 활성화를 위해서는 낮은 풍속에서 풍력발전기의 가동률을 최대한 끌어 올리는 기술이 필요하다”며, “가동률을 높이기 위해서는 블레이드를 손으로 돌렸을 때 부하가 걸리는 느낌이 없어야 전력생산에 어려움이 없고 많은 발전을 할 수 있다”고 설명하며, ‘가속 장치 부착 코어리스 발전기(가속 구 동 플라이휠)’의 개발 배경을 전했다. 이 소장은 이어서 “가속 구동 플라이휠은 바람의 힘과 플라이휠의 관성에너지를 이용하면 풍력발전기의 단점인 간헐성과 급속한 바람 변동성에 의해 일정한 회전력을 유지하여 보다 양질의 전력생산이 가능하다”고 말한다. 그리고 “플라이 휠 장치와 풍력발전기 융합 시험결과(프로토타입) 기존 풍력 발전기 생산전력보다 약 30%이상의 전력을 생산할 수 있었다” 고 시험결과에 대해 설명했다. 이종배 연구소장은 이러 한 연구를 포기하지 않고 꾸준히 이어가기까지에는 “ 수학적 2차 방정식에서 3차 방정식의 사고를 갖는 것이 중요하다”며, “기초과학에서 중요한 것은 수치이다. 이러한 수치를 기술에 적용하는 것은 쉽지 않은 일이다. 수치에 몰두하다보 면 현재기술을 덧붙이기가 쉬어진다. 여기서 힌트를 얻었다” 고 사고의 전환 필요성을 강조했다. 그리고 친환경기술인 플라이휠을 적용한 고효율 풍력발전기술 개발과 적용제품을 만 들어낸 직원들의 노고에 고마움을 전했다.
▲광주 김대중컨벤션 행사장 외부에 설치되었던 누리일렉콤 풍력발전기

국내에 적합한 ‘가속구동 플라이휠이 장착된 코어리스 풍력 발전기‘

누리일렉콤의 세계 최초 자체 개발한 특허기술은 ‘플라이휠이 장착된 코어리스 풍력발전기’와 ‘추력을 이용한 블레이드 피치제어 자동조절 장치시스템’이다. 플라이휠(flywheel) 이란 ‘관성 바퀴’라는 뜻으로 회전하는 물체의 회전 속도를 고르게 하기 위해 회전축에 달아 놓은 바퀴를 뜻한다. 자동차에 많이 쓰이고, 현재 외국에서는 대규모 대지 지하에 기계적인 플라이휠을 설치, 에너지 저장장치로 사용되고 있다. 플라이휠이 장착된 코어리스 풍력발전기의 원리는 바람이 불면 풍력발전기 블레이드가 회전을 하고 회전력에 의해 코어리스 발전기도 구동을 할 때 그 구동축과 연결된 플라이휠 이 회전하게 된다. 플라이휠에는 1개 이상의 N극 네오디움 자석이 장착되어 있는데 트리거 코일은 S극을 유지하므로 플라이휠의 N극을 끌어당기게 되며 트리거 코일 중간을 지나면 트리거 코일에서 톱니파가 발생하고 코일은 N극이 되어 플라이휠 N극을 밀어내게 되어 지속적으로 회전을 하는 구조이다. 플라이휠의 관성 모멘트와 풍력 블레이드 회전력이 융합 하여 회전하므로 저 풍속에서도 지속적으로 회전을 하여 더 많은 전기를 얻을 수 있다. 바람의 불연속성을 완화하고 일정 시간 연속성을 유지하여 기존의 풍력발전기 보다 30% 이상 효율이 높은 발전을 할 수 있다.

과 풍속일 때 피치제어시스템, 간단한 구조로 고장률 적어 반영구적

피치제어시스템(Pitch control system)이란 바람이 적정 풍속 이상일 때 풍력발전기의 과 전력으로 인한 내부기기, 블레이드 보호를 위해 출력을 제어하는 시스템으로 블레이드의 피치각을 조절해 바람을 흘려보내는 역할을 제어하는 시스템 을 말한다. 전기제어 장치에 의해 초당 수회씩 전력출력을 측정하고, 적정 출력이 초과 또는 감소하면 출력제어를 위해 즉 시 제어장치가 블레이드 각도를 조절해 항상 일정한 적정 출력을 유지 할 수 있도록 해준다. 이 시스템은 대부분 대형풍력에 적용되는 기술이다. 종래 의 가변피치 제어방식은 블레이드 전체 피치를 제어하여 로우터의 효율을 최대로 운전할 수 있지만 허브의 구조가 복잡해지고 충분한 출력을 대비한 엑추레이터 시스템을 사용해 고장이 자주 발생한다. 소형 풍력발전시스템에 적용하기에는 원가가 매우 높아 경제성이 떨어진다. 현재 세계 각국의 소형 풍력발전기는 바람의 회전력과 스프링을 장착한 피치제어시스템으로 구성되어 있으나 고장률이 높다. 반면 누리일렉콤의 피치제어시스템은 블레이드 고정 구조 가 삼각형 변을 따라 30도 틀어진 구조로 부착되어 있다. 이 는 블레이드 회전 중 추력이 강해지면 뒤틀림이 발생하고 뒤틀림에 의해 하 홀더를 위로 밀면서 블레이드는 피치제어 상태가 되는 간단한 구조로 고장률이 현저히 적다. 블레이드를 고정하는 구조는 반발력이 강한 네오디움 자석을 사용하며, 자석 N극과 N극이 상호 반발력에 의해 고정과 피치제어가 반복하는 구조로 반영구적으로 사용 가능한 구조이다.

산•사막•섬 등 고립된 곳, 이동통신 결합형 신재생에너지 기술 활용성 높아

누리일렉콤의 기술은 산업•기술간 융합화가 가속화되는 실정에서 에너지와 이동통신, 친환경에너지, ICT의 결합기술의 융복합이라는 점이 칭찬할 만하다. 이는 산업 및 기술 환 경변화에 선제적 대응이 가능할 수 있도록 기술개발능력을 키워낸 결과물이라 할 수 있다. 누리일렉콤이 개발한 풍력발전기 중 윈드로즈 테드폴 (c-Roter Type) 방식은 바람순환식 블레이드구조로 저속기동고회전의 도심형제품이다. 또한 항력형과 양력형의 장점을 조합하여, 풍속에 상관없이 지속적인 발전이 가능하며, 에어 갭 구조의 고수명, 저소음 기능의 장점을 갖췄다. 윈드로즈 허리케인(Pitch Control Type) 방식은 추력을 이 용한 뒤틀림구조로 되어 있으며, 자력을 이용하여 회전면적 의 감소효과가 있다. 또한 개별제어가 아닌 통합제어방식으 로 떨림 현상 최소화로 소음감소와 면 중심 회전방식을 통해 시위길이 최소화의 장점을 가지고 있다. 윈드로즈 안테나(Antena Type) 방식은 중소기업청 지원 융복합기술제품으로 커버 내 이동통신 안테나가 결합되어 있고, 넓은 광고면적과 높은 주목도 실현, 앞으로 급증할 Smll- Cell(5G) 기지국에 적용이 가능하다. 또한 도심 내 최적의 동 적 광고매체에 활용에 큰 역할을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 윈드로즈 터보윈드(Fly- Wheel Type) 방식은 플라이 휠 가속/지연장치를 적용하였으며, 최저 풍속에서도 기동이 가능하다. 고속회전 및 일정 변속비를 유지하며, 바람의 간헐성과 변동성을 극복하였다. 이러한 풍력발전기 외에 재난방제에 대한 국민적 관 심증가와 정책의지, 국가재난안전통신망인 사회적 재난 안전망에 독립전원형 재난통신시스템의 기술 보유와 함께 상용화하고 있다. 현재 누리일렉콤은 아프리카 모잠비크에 기후변화에 대응하는 에너지 적정기술을 통해 에너지 형평성을 추구하며 사 회적 경제 활성화를 펼치고 있는 국제개발 협력 민간단체인 아이브릿지(ibridge, 대 표 문지현)와 함께 긴밀한 협력관계를 이루고 있다.
▲선풍기의 풍속으로도 돌아가는 풍력발전기를 관람객들이 보며 많은 관심을 보이고 있다.

국내전시회서 기술력 과시, 국내외 관련업계 담당자들 관심 집중

누리일렉콤은 광주 김대중 컨벤션센터에서 개최된 ‘국제광산업전시회’와 ‘BIXPO2015 빛 가람 전력기술 엑스포’의 기술전시회에 참가해 국내외 관련 업계 담당자들뿐만 아니라 전시 관람객들의 집중적인 관심을 받았다. 자체 특허기술로 개발된 풍력, 태양광 발전기에 이동 통신 기지국 안테나와 옥외광고물 및 LED조명을 융합한 ‘기술융합형 독립발전시스템’과 자체개발한 특허기술들을 활용 하여 성능과 품질을 획기적으로 개선한 다양한 풍력발전제품 들을 선보였다. 특히 중소기업청의 기술개발 연구과제의 결과물인 ‘이동 통신 기지국용 안테나결합형 풍력발전시스템’은 국내외 바이어와의 상담으로 이어지는 등 큰 관심을 보였다. 제품 개발 및 전시회 출품, 바이어 상담을 총괄하고 있는 김인덕 전무는 “이번 전시회에 출품한 ‘이동통신 안테나 결합 기술’과 ‘플라이휠 적용 기술’, ‘피치제어 기술’, ‘에어갭 구조’ ‘신재생에너지 어플리케이션 Wind-Rose’ 등의 모든 제품들은 국내는 물 론 세계 최초로 개발된 독창적이고 우수한 기술들이 적용된 제품”이라며, “이번 전시회를 통해 당사 기술의 우수성을 국내외에 널리 알리고, 글로벌 도약을 위해 노력하겠다”고 앞으로의 포부를 밝혔다. 누리일렉콤은 광주광역시에 소재한 지방 중소기업임에도 불구하고 끊임없는 기술개발노력과 우수한 인재영입을 통해 괄목할 만한 성과를 이뤄내고 있다. 또한 이러한 기술력을 바탕으로 최근 일본과 우즈베키스탄, 투르크메니스탄 등 해외국가들에서도 적극적인 관심과 공급요청 등의 러브콜이 쇄도하고 있으며, 국내에도 여러 기관과 기업에서 협력이 진행되고 있다. 누리일렉콤의 이러한 기술력은 대외적으로 인정받아 2013 년에는 중기품질경영대상, 2014년에는 ‘2014대한민국친환경 대상’과 ‘대한민국 ICT Innovation대상’에서 각각 산업부, 미래부 장관표창을 수상하였고, 올해에는 ‘2015대한민국 친환경대상’ 에서는 소형풍력발전기술 부문 본상을 수상한 저력을 가지고 있다. 누리일렉콤 김용권 대표는 “사람들의 신뢰가 없으면 아무 것도 할 수 없다고 생각한다. 조용히 내실을 다지고 사업을 추진해 가시적인 성과를 통해 업계에서 인정받고 싶다”면서 “최근 추진하고 있는 R&D사업이 계획한대로 성장한다면 굉장한 성과를 보여줄 수 있을 것”이라며 앞으로의 사업계획을 밝혔다. 정부는 온실가스배출권거래제 등의 기후대기 변화에 대처하기 위해 신ㆍ재생에너지 분야를 활성화하려는데 초점을 맞췄다. 최근 산업통상자원위원회 김제남 의원 또한 신ㆍ재생 에너지 분야활성화를 위해 소규모 FIT(발전차액지원)제도 재도입을 위한 신에너지 및 재생에너지 법, RPS제도에 따른 과징금을 신ㆍ재생에너지 촉진에만 사용토록 하는 전기사업법 의 일부법률개정안 등을 발의했다. 이로 인해 우리나라의 에너지 자립도를 높이고 환경에 일조할 것으로 보이며, 더 나아가 우리의 신재생에너지 기술력이 세계를 선도할 것을 기대해 본다.

더리더 박영복 기자 pyoungbok@hanmail.net

▶본 기사는 입법국정전문지 더리더(the Leader) 11월호에 실린 기사입니다.

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