공대 김승조 교수, 신개념비행체 ‘사이클로콥터’로부터 고효율 풍력/수력 발전 시스템 개발
국제유가가 올라가면 항공사들이 먼저 타격을 입는다. 항공분야는 에너지를 많이 소비하는 대표적인 분야인데 이번에 항공기 기술을 연구하는 국내 연구진에 의해 오히려 에너지를 생산할 수 있는 기술들이 개발되고 있다.
공과대학 항공우주구조연구실 (책임교수: 김승조 http://astl.snu.ac.kr)에서는 항공기 기술을 활용하여 고효율의 풍력 및 수력발전 장치를 개발했다.
김승조 교수 연구팀은 지난 2006년 좌우에 두 개씩 달려 있는 회전체의 로터(rotor) 시스템이 원형으로 빠르게 회전하면서 비행기가 수직으로 떠오르는 '사이클로이드 블레이드 시스템'을 적용한 세계 최초의 수직 이착륙기의 시험 비행에 성공했다. 바로 신개념 비행체인 '사이클로콥터'라는 이름의 비행기이다.
이번에는 이 기술을 응용하여 효율이 높은 소형 풍력발전기를 만든 것이다. 대형 풍력 발전은 전 세계적으로 덴마크, 독일과 미국 등 풍력발전산업이 발달한 선진국 상위 4개 업체가 전체시장의 75%를 차지하고 있으며, 유럽 국가에서는 개발 및 보급이 포화상태에 이르러, 최근에는 낮은 바람 속도에 적합한 소형 풍력 발전기 개발에 뛰어들고 있는 상황이다.
이번에 개발한 소형 풍력발전기는 낮은 바람 속도와 풍향의 변화에 빠르게 반응할 수 있는 방식으로 낮은 풍속에도 효율이 좋아 국내환경에 적합하며 빌딩, 대도시에 소형으로 설치하여 활용이 가능하다. 또한 직선형 블레이드를 사용하기 때문에 가격이 저렴하여 가정용으로 보급하기에도 적절하다. 연구팀은 효율 높은 설계를 위해 슈퍼컴퓨터를 이용하여 최적의 블레이드 각도조합을 찾아냈으며, 개발된 시스템은 기존의 일본에서 상용화한 고정형에 비해 40% 향상된 설계효율을 가지는 것이 확인되었다.
김 교수팀은 이번에 개발한 풍력발전기와 유사한 원리를 적용하여 시냇물, 해류, 조류 등 에서도 발전 가능한 사이클로이드 수력발전기도 개발하여 성공적으로 실험을 끝냈다. 최근 미국 국립과학재단 (National Science Foundation, NSF)은 김 교수팀이 개발한 시스템과 유사한 연구 프로젝트에 30만 달러에 가까운 연구비를 지원한다는 보도가 있었다.
김승조 교수는 “이 기술은 풍력 뿐 아니라 수력 발전에도 활용할 수 있어 향후 대체에너지 발전 시장에서 우리나라가 기술적 우위로 시장을 선점하는 기회가 될 수 있다” 고 말했다.
<용어 설명>
사이클로이드 블레이드 시스템 : 헬리콥터처럼 비행날개(블레이드)가 회전축에 수직으로 도는 것이 아니고 여러 개의 비행날개를 하나로 묶어 로터(Rotor) 시스템을 구성한 뒤 이를 회전축과 평행한 방향으로 돌려 각각의 날개마다 사이클로이드 곡선을 따르는 각도변화를 주어 추력(推力)을 얻는 것을 가리킨다.
