발전기 설치장소 모색·브레이크 장치 등 연구

<100> 풍력에너지 전문가

2017.08.09

에너지경제연구원 통계자료에 따르면 OECD 35개 나라는 한 해 동안 36억3천만 토(toe)의 에너지를 소비하고 있다.
이 중 화석에너지원이 차지하는 비율은 70.5%를 넘으며 자원 고갈로 인해 산업선진국들은 대체에너지원을 개발에 힘을 쓰고 있다.
이들 국가들은 무엇보다 공해가 발생하지 않고 개발되면 에너지 공급이 무한하다는 장점에 주목하고 있다.

대체에너지 개발은 OECD국가 가운데 미국을 선두로 캐나다, 독일, 이탈리아, 일본 등이 신재생에너지 개발에 박차를 가하고 있다.
OECD국가 이외에서도 신재생에너지 개발이 한창인 나라는 중국과 인도 등이 대표적이다.

우리나라는 미국, 일본, 독일, 캐나다에 이어 5번째로 에너지 소비량이 많은 국가로 화석에너지 의존도는 70.6%가 넘는다.
화석 연료 대다수는 수입에 의존하고 있어 대체에너지 개발이 무엇보다 시급한 실정이다.
하지만 우리나라의 신재생에너지 개발 현황은 OECD 35개국 중 24번째로 하위권에 머물고 있다.
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◆풍력 발전의 원리와 현황
풍력 발전도 주목받는 신재생에너지 생산 방법 중의 하나로 바람이 많은 곳이면 어디든 개발이 가능하다.
이는 바람이 부는 힘을 이용해 에너지를 얻거나 전기를 생산하는 방식으로 옛날부터 사용해 오던 방식이다.
풍차로 유명한 네덜란드에서는 바람의 힘으로 방앗간을 돌렸지만 한 예에 불과하고 그보다 훨씬 오래전에 사람들은 바람의 힘을 이용하여 배를 타고 다녔다.
그래서 바람이 부는 곳에서는 이를 이용할 수 있는데 문제는 바람이 지속적으로 고르게 불지 않는다는 것이다.
돛단배도 바람이 멈추면 가지 않기 때문에 노를 저어야 했다.
태풍이 불면 그 힘이 너무 세서 사람들이 이용할 수가 없었다.

바람의 이러한 특성 때문에 돛단배가 항상 노를 가지고 다니듯이 바람을 이용하는 데에는 보조 수단이나 방법이 필요하다.
하지만 태양보다 좋은 점은 밤이나 비가 와도 바람은 분다는 것이다.

풍력발전은 기본 원리가 바람의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것이다.
바람의 부는 힘을 날개로 받아 중심축을 돌리면 그 축에 연결된 발전기가 전기를 생산하는 방법이다.
그래서 풍력발전은 전기를 생산하는 방식을 연구하는 것이 아니다.
이 방식은 이미 개발돼 있다.
지금 연구하고 있는 것은 이러한 방식으로 생산되는 전기가 가지고 있는 문제점을 개선하는 방법에 대한 것이다.

지금의 방식이 가지고 있는 가장 근본적인 문제점은 바람의 영향을 직접적으로 받기 때문에 바람의 상태에 따라 전기 생산이 불규칙하다는 것이다.
태풍처럼 센 바람이 불면 고압의 전기가 발생하거나 발전기 자체가 무너질 위험이 생긴다.
또 발전기의 날개를 돌릴 수 있을 만큼의 바람이 불어야 발전을 할 수 있으며 바람의 세기에 따라 전압이 오르내려 일상생활에서 사용할 수가 없다.

풍력발전 연구는 이러한 문제점을 해결해 일상생활에 사용할 수 있도록 하는 것으로 현재 상당한 수준의 기술이 개발돼 산업용으로 사용하고 있다.
하지만 아직까지 해결해야 하는 여러 가지 문제점들이 남아 있기 때문에 풍력발전에 대한 연구개발이 필요하다.

◆풍력에너지개발의 내용과 산업
현재 우리나라에는 59개의 풍력발전 산업체가 421개의 풍력발전기를 운영하고 있다.
아직 규모가 크다고 할 수는 없지만 연간 생산되는 에너지를 기름을 환산했을 때 28만3천455토(toe)가 되며 생산된 전기량은 1백34만2천439Mwh로 금액은 1조 원이 훨씬 넘는다.
이러한 풍력 발전은 바람을 이용해 발전기를 돌려 전기를 생산한다.
또한 설비 장치가 다른 신재생에너지 생간과 달리 비교적 간단해 세계 각국에서는 풍력발전에 힘을 쓰고 있다.

현재 풍력발전 비중이 가장 큰 나라는 중국이며 그다음은 미국, 독일, 스페인, 인도 순으로 우리나라는 29위로 국가 에너지 전체에서 차지하는 비율은 낮다.

풍력에너지에 대해 연구의 중심 과제로는 △풍력발전기를 설치하는 장소를 찾는 문제 △바람의 힘을 최대한 활용할 수 있는 날개의 재질과 형태 △날개를 바람의 방향과 속도에 맞추어 조절하는 장치 △바람을 날개로 잡아 회전축을 돌릴 때 그 힘과 속도를 증폭 또는 조절하는 기어 장치 부분 △증폭된 힘으로 전기를 생산하는 발전기 △바람이 태풍처럼 너무 세게 불 때 이 힘을 제어할 수 있는 브레이크 장치, 출력되는 전력을 통제하는 전력변환장치와 제어장치 △축전기술 △바람의 세기와 방향의 효율적 이용과 보호하는 기계 장치 등으로 앞으로 계속 연구하고 개발해야 하는 부분이다.

이 중에서 해상의 풍력과 지상 1㎞ 정도에서 부는 바람에 관심을 두고 있다.
이 지역의 바람들은 육지의 바람과 달리 비교적 바람의 속도와 풍량에 큰 변화가 없다는 것이 관심 대상이다.

또한 약한 바람에도 풍차 날개를 돌릴 수 있도록 하는 여러 가지 장치들이 개발되고 있다.

날개의 모양과 조절장치는 이미 상당한 정도로 개발되어 바람의 양에 따라 날개의 모양이 변형되며 날개의 각도도 자동으로 조정이 된다.
그리고 전체적으로 풍력발전기의 크기가 계속 커지는 쪽으로 나아가고 있다.

이처럼 풍력발전은 아직 진화 중이며 하나의 산업으로 정착되지는 않은 단계다.
다만, 부분별로 연구와 개발이 활발하기 때문에 풍력발전부품을 생산하는 산업은 중소기업 형태로 자리를 잡고 있는 상황이다.
풍력발전회사는 모든 부품을 생산하고 전기까지 생산하는 것은 아니다.
풍력발전을 하는 발전소를 운영하는 회사가 있는가 하면 풍력발전소를 설립하는 회사도 따로 있다.
김창원기자 kcw@idaegu.com
도움말 청소년라이프디자인 대표 윤세환

에너지관리기사 등 자격 취득
풍력에너지 전문가 이모저모

◆풍력에너지 전문가의 구체적 업무
-풍력자원 조사분석: 풍력자원이 좋은 입지를 찾아 기상탑을 설치하고 기상자료 분석.
-풍력발전시스템 발전장치 설계: 발전기 시스템의 기본 설계와 블레이드나 제어장치 등 구성부품 설계.
-풍력발전시스템 발전장치 생산: 발전기의 생산계획을 수립하고, 부품을 제작하며, 시스템 조립.
-풍력발전시스템 시험ㆍ인증: 생산된 부품ㆍ 및 단지의 성능을 검증하기 위해 시험 및 인증.
-풍력발전단지 설계: 단지배치와 토목, 연계설비를 설계하고 최적 발전량 분석.
-풍력발전단지 건설: 단지 건설계획을 수립하고 토목, 기계, 전기 공사를 수행 및 감리.
-풍력발전에너지 공급: 전력망을 설계하고 송전선로를 시공 및 감리하고 검사하는 업무
-풍력발전단지 유지보수: 효율적인 풍력발전단지 관리를 위해 부품관리, 정기적ㆍ비정기적 유지ㆍ보수.
-풍력발전시스템 안전관리: 안전계획을 수립하고 운전원의 안전 교육 및 안전 기계ㆍ전기ㆍ장구 관리.
◆에너지관리기사
-시험과목
필기(객관식 4지 택일형): 연소공학, 열역학, 계측방법, 열설비재료 및 관계법규, 열설비설계ㆍ실기(복합형): 열관리 실무. 
-합격기준
필기: 100점을 만점으로 과목당 40점 이상, 전 과목 평균 60점 이상.
실기: 100점을 만점으로 하여 60점 이상. 
-2016년 국가기술자격시험 합격자 현황
필기: 응시자(2,611명), 합격자(981명), 합격률(37.6%)
실기: 응시자(1,168명), 합격자(722명), 합격률(61.8%)
◆에너지관리산업기사
-시험과목
필기(객관식 4지 택일형): 열역학 및 연소관리, 계측 및 에너지 진단, 열설비 구조 및 시공, 열설비 취급 및 안전관리ㆍ실기(복합형), 열관리 실무 
-합격기준
필기: 100점 만점으로 과목당 40점 이상, 전 과목 평균 60점 이상.
실기: 100점을 만점으로 하여 60점 이상. 
-2016년 국가기술자격시험 합격자 현황
필기: 응시자(1,322명), 합격자(379명), 합격률(28.7%)
실기: 응시자(504명), 합격자(176명), 합격률(34.9%)
◆신재생 에너지 관련 대학 학과
-전문대학: 강동대(신재생에너지과), 마산대(전기신재생에너지과), 영남외국어대(신재생에너지과), 영진전문대(신재생에너지전기계열), 전주비전대(신재생에너지과), 충북보건과학대(신재생에너지과).
-4년제 대학: 경기대(환경에너지공학과), 경북대(에너지공학과 신재생에너지전공), 경일대(신재생에너지학과), 경주대(환경에너지학과), 동서대(에너지환경공학전공), 명지대(환경에너지공학과), 상지대(신에너지자원공학과), 수원대(환경에너지공학과), 위덕대(신재생에너지공학). 김창원기자 kcw@idaegu.com

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