기본 콘텐츠로 건너뛰기

막대기로 전기를 생산? - Vortex Bladeless 풍력 발전기


​
 과거부터 지금까지 수많은 공학적 아이디어들이 다양한 문제를 해결하기 위해서 쏟아져나왔습니다. 물론 이 중 상용화되어 우리 주변에서 볼 수 있는 것은 소수에 불과하지만, 이런 도전적이고 창의적인 아이디어를 처음 제시하지 않았다면 그 소수도 우리가 누릴 수 없는 혜택이겠죠. 전등에서 비행기까지 우리의 삶을 바꾼 발명품은 그렇게 등장했을 것입니다.
​
 풍력 발전기 역시 수많은 아이디어가 등장하는 분야가운데 하나인데, 이중에서 우리 주변에서 볼 수 있는 것은 거대한 풍력 터빈입니다. 하지만 이 거대한 풍차는 여러 가지 문제를 일으킵니다. 예를 들어 야생 조류와 충돌해서 문제를 일으키거나 ​큰 소음을 만들어 주민들에게 불편을 초래합니다. 물론 계속 움직이는 부분이 있다보니 건설은 물론이고 유지보수에 어려움을 겪는 것은 말할 필요도 없죠.
​
 따라서 수많은 엔지니어들이 풍차 날개가 없는(Bladeless) 풍력 발전기를 제안했습니다. 이중에서 널리 상용화된 것은 아직 없지만, 이번에도 한 가지 기발한 아이디어가 제시되었습니다. 그것은 진동을 이용한 풍력 발전기입니다.
​
 보텍스 블레이들리스 ​Vortex Bladeless 풍력 발전기는 이 발전기의 특징이 이름에 다 들어있습니다. 이를 제안한 엔지니어인 데이빗 야네즈(David Yanez)는 이 풍력 발전기의 아이디어가 1940년에 있었던 유명한 다리 붕괴사고인 타코마 다리 붕괴 사고(Tacoma Narrows Bridge collapse)에서 영감을 얻은 것이라고 설명했습니다.
​
 당시 이 다리는 시속 40마일(64km/hr)의 강풍이 불어닥치자 마치 깃발처럼 심하게 움​직이면서 붕괴되었습니다. 즉 바람에 의한 공탄성 플러터(aeroelastic flutter)가 문제가 되었던 것입니다. 바람에 의해 생성되는 작은 소용돌이인 와도(vorticity)가 발생해서 다리 상판을 아래 위로 심하게 흔들었던 것이죠. 이는 공탄성 동조(aeroelastic coupling)현상이라고 부릅니다.
​
 이 현상은 강한 바람에 의해 날개나 다리의 상판이 아래 위로 흔들리면서 불안정해지는 문제를 야기하지만, 역으로 생각하면 이를 이용해서 바람의 에너지를 운동에너지로 바꿀 수 있습니다. 그리고 이런 방식을 응용한 것이 보텍스 블레이들리스 발전기입니다. 쉽게 이야기 하면 거대한 막대기 같은 구조물이 바람에 흔들리면 그 운동에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치입니다.

​

​(보텍스 블레이들리스의 상상도. Credit : Vortex Bladeless  )
​
​

 (동영상)
​
 이들은 보텍스 블레이들리스라는 회사를 설립하고 4kW의 전력을 생산할 소형 사업용 풍력 발전기 제작에 뛰어들었습니다. 현재까지는 소규모 실내 및 실외 테스트에서 성공을 거둔 정도입니다. 하지만 이들은 이 발전기가 상당한 가격 경쟁력을 가질 수 있다고 믿고 있습니다.
​
 왜냐하면, 단순한 구조 덕분에 생산 및 설치, 유지 보수 단가가 매우 저렴해질 수 있기 때문이죠. 그냥 기둥처럼 생긴 발전기를 땅에다 박기만 하면 되니 어느쪽이 더 단가가 저렴할지는 생각해보면 쉽게 답이 나올 수밖에 없습니다. 이들의 주장에 의하면 건설 및 유지 보수에 드는 비용은 같은 전력을 만들 수 있는 기존의 발전기 대비 절반 수준에 불과합니다.  
​
 하지만 서두에서 말했던 것처럼 그럴듯한 아이디어 가운데 상용화되는 것은 극히 일부에 불과합니다. 실험에서는 잘 되던 것도 규모를 키워서 양산하면 예기치 않은 문제가 생기기 때문이죠. 이런 형태의 발전기는 결국 흔들리는 기둥입니다. 따라서 예상되는 가장 우려되는 문제는 타코마 다리처럼 바람에 의해 부서지는 것입니다. 그리고 바람을 받는 면적이 적은 만큼 기존의 풍력 발전기 대비 효율성이 더 뛰어날지도 의문입니다.
   
​ 결국 이 의문은 실제로 테스트를 해봐야 결론이 나올 것입니다. 이들의 아이디어가 풍력 발전의 역사를 바꾸는 획기적인 아이디어가 될지는 아직 알 수 없지만 기발한 아이디어라는 점은 의심의 여지가 없어 보입니다. 실패도 물론 있겠지만, 이렇게 계속 시도하다보면 언젠가 혁신이 등장하는 것이 아닌가 하는 생각입니다.
​
​
 참고
​
​
​
​

댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...