효율과 소음을 개선한 블레이드리스(Bladeless) 풍력 발전 터빈

Solar Aero사가 개발한 터빈/구동축만이 회전하는 블레이드리스(Bladeless) 풍력터빈을 활용하면 석탄 발전소에서 소요되는 비용과 유사한 수준으로 전력을 생산할 수 있을 것으로 보인다. 뉴 햄프셔주에 기반을 둔 Solar Areo사는 1913년에 Nikola Tesla가 등록한 특허를 개선시킨 풀러 윈드 터빈시스템(Fuller wind turbine)에 대한 특허를 최근 발표하였다.

블레이드리스 풍력 발전 터빈은 비교적 작고 컴팩트한 장치로 구성되어 있다. 구동축과 발전기를 회전시키는 일반 풍력발전 블레이드 대신 이 설비는 테슬라 기술에서 영감을 받아 일정간격으로 조밀하게 겹쳐진 얇은 금속 디스크와 금속 디스크간을 일정 간격으로 유지시키는 스페이서(Spacer)로 구성되어 있다. 이들 금속 디스크 사이로 공기가 유입되었을 때 스페이서는 공기가 내부로 이동하여 디스크를 움직일 수 있도록 배열된다. 금속 디스크는 바큇살에 의해 축과 연결되어 있어 디스크가 회전하면 축도 따라서 회전하게 된다. Howard Fuller가 개발한 이번 특허의 설명에 따르면 블레이드리스 터빈은 풍력 에너지를 기계적 에너지로 전환하는데 최대 효율을 공급하도록 디자인 되어 있다.

기존 블레이드 터빈과 비교시 가장 큰 장점은 비행기 날개 모양의 스페이서로 인해 광범위한 유속을 가진 유체에 효율적으로 적용 가능하다는 것이다. 이러한 특징은 풍력이 본질적으로 지니고 있는 무작위하고 변화하기 쉬운 특성에 적합하며 이로부터 에너지를 생산하는데 유용하다. EcoGeek의 최신기사에 따르면 개발제품의 효율을 환산하면 와트 출력당 1.5 불의 최종 비용이 필요한 것으로 나타났으며 이는 블레이드 터빈 대비 약 2/3 가격 수준이다. 또한 장치 수명에 대한 총 운영 비용은 1 kWh 당 약 0.12불이며 이것은 최근 전기 소매 요금과 비교할만한 수준이다. 생산 가능한 전력양은 금속 디스크의 수에 따르며 개발사는 한개의 유니트로 10kW의 전력을 생산할 수 있다고 밝혔다.

블레이드를 설치하지 않은 풍력 터빈의 주요 장점 중 한가지는 유지 비용을 저감할 수 있다는 것이다. 예를 들면 블레이드리스 터빈은 타워나 지지대 위에 설치할 수 있으며 발전설비는 타워 아래 부분에 설치할 수 있어 정기 보수를 위해 타워에 올라갈 필요가 없다. 또한 터빈은 주변 바람의 흐름을 방해하는 장애물이 없을 정도의 높이만으로 설치가 가능하며 블레이드가 없어 지면과 일정 거리를 유지할 필요가 없기 때문에 일반 발전설비보다 타워의 크기를 줄일 수 있다. 터빈에 스크린을 설치하여 새나 박쥐의 충돌을 방지하며 거대한 블레이드의 회전으로 인한 시각적 공해가 없다. 그리고 설비를 적절히 설치하면 항공 및 군수분야의 레이다 방해 문제가 없어 방위시설 주변에도 적용이 가능하다는 장점을 지니고 있다. 유지비용과 요구되는 기반시설이 적어 도시지역 지붕위에도 설치가 가능하다.

터빈 디자인은 풍력 이외에도 가열된 유체를 이용하여 터빈을 구동시킬 수 있어 지열 분야에도 적용이 가능하도록 되어 있다. 터빈은 비교적 차가운 유체로도 작동하기 때문에 일반 스팀엔진 구동에 필요한 과열 증기(superheated steam)를 생산함에 있어 충분한 열을 공급하지 못하는 지열 자원에 특히 유용하게 사용될 수 있다.

- 그림설명 : 블레이드리스 풍력 터빈(좌측), 축과 연결되어 회전하는 금속 디스크 판(우측)

 

[출처 : GTnet]