Altaeros Energies사는 최근 새로운 종류의 풍력터빈(Wind Turbine)을 개발했다. 이 풍력터빈의 특징은 풍선처럼 하늘에 떠 있다는 것으로, 터빈의 개발자이자 회사 CEO인 Ben Glass는 “풍력터빈을 공중에 떠있게 하기 위해 풍선이나 비행선의 개념을 적용할 수 있는 방안을 고려했다”고 설명했다.
대부분의 풍력터빈 제조사들은 보다 많은 에너지를 이용하기 위해 150m 이상의 거대한 터빈을 경쟁하듯이 건설하고 있는데, Altaeros사가 개발한 BAT(Buoyant Airborne Turbine)의 경우에는 600m의 상공에 도달이 가능하다. 이 고도에서 풍속이 더 빨라지기 때문에 약 5~8배의 전력밀도를 얻을 수 있어, BAT는 타워에 고정되는 기존의 터빈 방식과 비교했을 때 약 2배의 에너지 확보가 가능하다.
BAT에 있어 중요한 기술은 새로운 공기역학 설계, 특별히 제작된 복합소재 및 혁신적인 제어 시스템이다. 헬륨을 이용해 부풀려지는 쉘(Shell)은 바람이 풍력터빈을 통과하도록 경로를 만든다. 스스로 안정화하며, 양력을 만드는 쉘은 다수의 고강도 안전선을 통해 BAT 설비를 고정시키고, 전도성을 가진 안전선으로 생산되는 전기를 이동식 지상국으로 이송하는 역할을 한다. 특히, BAT의 자동화된 제어 시스템은 안정적이면서 효율적인 운전을 가능하게 해주기 때문에 최적의 전기 생산을 위해 자동적으로 고도 조절이 가능하다. 첫 번째 BAT 모델은 크기가 약 15X15m에 달하며, 컨테이너로 수송되기 때문에 설치와 관련된 크레인이나 기초 공사를 필요로 하지 않는다.

▲ 부유식 풍력터빈(사진 KISTI 미리안)

풍력터빈의 에너지 회수와 관련한 생애환경평가

미국의 한 연구진은 2MW규모의 풍력터빈(Wind Turbine)에 대한 생애환경평가를 실시해 그 결과를 발표했다. 

International Journal of Sustainable Manufacturing에 발표한 이번 논문에서 20년의 가동 수명을 가진 풍력터빈은 최초로 운영을 시작한 이후로 5~8개월 안에 순수한 이익을 발생할 수 있는 누적 에너지 회수에 도달하는 것으로 나타났다. 

여기서 에너지 회수란 관련 부품을 생산하고 설치하는데 있어 필요한 에너지를 풍력터빈을 통해 생산하는 데까지 걸리는 시간을 의미한다. 

연구진은 에너지 생산에 따른 순수 환경적 영향을 확인하기 위해 2MW 규모 풍력터빈의 LCA(Life Cycle Assessment)에 대해 연구를 이어왔다. 

LCA는 강철, 구리, 유리섬유, 플라스틱, 콘크리트 및 다른 물질과 같이 중요하게 사용되는 원료 물질 등을 고려해 진해됐다. 뿐만 아니라 연구에서는 터빈의 수송/제조/설치, 가동 이후 예상되는 약 20년간의 활용 시 필요한 유지 및 보수, 수명이 끝났을 때 필요한 재활용 방안이나 처리 방안 등 모든 변수가 적용돼 신뢰성을 높였다.

분석에 따르면, 환경적 영향에 가장 큰 요인은 물질 생산 및 제조 공정에서 발생하는 것으로 나타났지만 이와 연계된 에너지 사용과 관련하여 필요한 에너지를 생산하는 기간은 약 6개월 이내인 것으로 나타났다. 

가장 심각한 시나리오 하에서도 각각의 터빈에 대한 생애주기 에너지 수요는 가동 후 1년이면 확보되는 모습을 보였다. 따라서 예상 수명을 20년이라고 생각하면 에너지 회수에 필요한 1년을 제외한 19년 동안 풍력터빈은 일반 에너지원에서 발생하는 에너지원을 소비하지 않으면서 500가구에 전기를 공급할 수 있다는 것이다.