비행 풍력발전용 터빈을 구동시키는 자동조정장치 개발

높은 고도의 바람에서 생산되는 에너지를 하베스팅하기 위해 연을 이용한다는 아이디어가 과학 커뮤니티 사이에서 호응을 얻고 있다. 스위스 로잔 연방 공과대학교 연구진들은 최적의 전력 생산을 확보하기 위해 특이한 풍력발전용 터빈의 움직임을 최적화시키고 제어하기 위한 자동조정장치 개발에 성공했다.

바람은 지상에서 1,000미터 정도 고도 이상의 높이에서는 더 강력하고 연속적이며, 때로는 300km/h 속도 이상을 기록하기도 한다. 이것은 잠재적인 에너지 소스로서 상당한 의미가 있다. 그렇지만, 그 에너지를 어떻게 하베스팅할 것인가? 이것이 풍력발전용 터빈의 대안으로 연을 사용한다는 아이디어가 호응을 얻기 시작하고 많은 연구진과 창업회사들이 이 연구를 시작하는 이유이다. 이 대학교 자동제어 연구실(Automatic Control Laboratory)의 박사과정 학생인 싱 코스텔로(Sean Costello)씨는 최상의 전기생산을 확보하기 위해 연의 움직임을 제어하고 최적화하는 자동조정 시스템(autopilot system) 개발에 성공했다.

연의 돛(sail)은 풍력발전용 터빈의 날개처럼 작동한다. 이것은 바람에 대해 저항성을 제공하면서, 연의 결박용 케이블의 기계적인 텐션을 창조한다. 그다음, 상공 또는 지상 아무 곳에서든지 위치할 수 있는 전기 제너레이터를 구동시키기 위해 케이블을 감고 또는 풀고 하는 움직임을 이용하는 것이 가능해진다. 이것은 생태학적 측면, 에너지 이용 측면 그리고 경제적인 면 등 다양한 측면에서 흥미로운 솔루션이다. 지상에 설치되는 기존의 장치들은 평균 40km/h 정도 속도를 가지지만, 늘 변화하는 강도의 바람에 의존한다. 이 새로운 비행하는 터빈은 더욱더 강력하고 안정적으로 바람을 캡처할 수 있다. 더욱이, 돛대(mast)가 없다는 것은 상당히 인프라시설 비용을 절감할 수 있음을 의미한다.

"그런데 연이 움직이는 궤적은 반드시 연속적이고 정확하게 조정되어야 하는데, 만약 그렇지 않으면 연은 지상에 빨리 충돌하게 될 것이다. 이러한 종류의 에너지 생산장치는 연속적인 모니터링이 필요하다. 명확하게는, 사람이 그것을 항상 제어하는 것은 불가능한데, 그것이 우리가 자동조정 시스템 개발을 연구하게 된 이유"라고 싱 코스텔로(Sean Costello)씨는 설명했다.

8자 형태
여러 달 동안, 싱 코스텔로(Sean Costello)씨는 맑으면서도 바람이 부는 날에 대한 예보를 기다리며 기후를 세심하게 조사했다. 날씨가 맑고 바람이 부는 것을 동시에 해야 한다는 것은 현장시험에 필요한 조건이다. 연에 장착된 엔진, 일부 센서 그리고 컴퓨터를 가지고, 그는 가장 센 바람이 부는 스위스 발레(Valais)와 노이섀텔 호수(Lake Neuch?tel)에서 몇 시간을 보냈다. 그는 연의 움직임 모두를 기록했고, 바람의 강도와 방향이 다른 조건에서 케이블 텐션을 시험했다. 모든 데이터 분석을 통해, 그는 가장 효과적인 모델을 결정하고 그것을 알고리즘으로 변환시키는 데 성공했다.

"케이블 텐션이 강할수록, 에너지 생산밀도는 높아진다. 우리가 개발한 자동조정장치는 어떠한 상황에서도 날개를 제어하는 가장 효율적인 방법을 발견할 수 있기 때문에, 가능한 신속하게 움직여서 케이블에 극대화된 텐션을 만들 수 있다. 일반적으로, 연의 궤적은 8자 형태를 띠게 될 것이다. 일부 비행경로가 다른 곳에 비해 아주 성공적인 것으로 판명되었기 때문에, 자동조정장치는 그러한 상황에서 어느 것이 가장 좋은지 결정하게 될 것"이라고 연구진은 밝혔다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 비행 풍력발전용 터빈을 구동시키는 자동조정장치 개발