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바다에는 끊임없이 조류가 흐른다. 만약 이런 도도한 조류를 활용해서 에너지를 만들 수 있으면 어떨까? 유럽에 위치한 Minesto 라는 회사에서 실제 이런 기술을 개발해서 화제다. 해저의 땅에 묶어둔 Deep Green 이라는 거대한 연과 같은 터빈을 돌려서 발전을 한다. 연줄의 길이는 100미터에 이르며, 연의 날개의 길이는 12미터, 그리고 터빈의 직경은 1미터 정도라고 한다.

심해를 날아다니는 이 연은 터빈이 항상 조류의 에너지를 가장 극대화해서 전력을 생산할 수 있는 방향으로 각도를 유지할 수 있도록 키가 달려 있어서 조류의 방향에 따라 자동으로 조정이 되며, 한 개의 연이 최대 500 kW의 전력을 생산할 수 있다. 이 방법은 기존의 조력발전에 비해 10배는 빠른 조류를 이용할 수 있기 때문에 에너지 효율이 훨씬 높다고 한다. 연이 발전하는 곳의 조류는 빠르지만, 실제 이를 고정하는 하저의 유속은 빠르지 않기 때문에, 설치가 가능하다고 한다. 조류를 이용한 발전에는 크게 2가지 형태의 설치가 가능한데, 하나는 댐과 같은 구조물을 이용하는 것으로 수력발전과 유사한 방식으로 발전한다. 우리나라의 서해안에 검토되었던 조수간만의 차이를 이용하는 것이 그런 종류라고 할 수 있다. 다른 하나가 바로 조류의 흐름을 이용하는 방식인데 풍력발전과 비슷한 원리를 활용한다. 

Deep Green은 과거에 개발되었던 다른 조류를 이용하는 터빈들에 비해 훨씬 가볍고 작으면서도 제작단가가 싸다고 한다. 이 회사는 250만 달러 정도의 투자를 받아서 1:4 크기 정도의 프로토타입을 2011년부터 북아일랜드의 해안에서 운영한다고 한다. 만약 이 시험운영이 성공적이라면 다음 단계로는 실물제작에 들어가서 10개 정도의 연을 띄울 예정인데, 여기에 약 6000만 달러 정도가 투입될 예정이라고 한다. 

현재까지의 기술력으로는 조류의 힘을 이용하는 발전이 태양광이나 풍력을 이용하는 것에 비해 그 경제성이 떨어진다고 알려져 있는데, 조류는 태양이나 바람의 힘보다는 훨씬 일정하게 전력을 생산할 수 있다는 장점이 있는데다가 이렇게 초기 설치와 관련한 비용이 떨어진다면 상당한 경쟁력을 가질 수 있을 것으로 기대된다. 최대의 전력생산이 된다고 가정한다면 10개의 연이 생산할 수 있는 전력은 5000 kW 정도가 되는데, 이 정도면 현재 당진에 건설된 소수력 발전소가 생산하는 전기량으로 약 2만 가구에게 전기를 공급할 수 있는 정도가 된다. 6000만 달러면 약 700억원 정도로 아직 소수력 발전소 건설비용에 비해 조금 높은 수준이지만, 기존의 조력발전에 비해서는 적게 들고, 또한 과거 조력발전에 있어 가장 큰 문제로 지적되던 환경파괴 문제에도 강점이 있어서 또 하나의 좋은 발전기술로 주목할 수 있을 듯하다. 특히, 우리나라와 같이 조류가 강한 바다를 많이 가지고 있는 나라에서는 적극적으로 연구하고 도입할 필요가 있는 좋은 에너지라는 측면에서 이 기술의 발전을 기대해 본다.





참고자료

Deep Green underwater kite to generate electricity

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하이컨셉
미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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지난 번에 DIY 사이트의 최고봉인 Instructables.com의 2008년 최우수 작품 경연대회에 대한 포스팅을 한 적이 있습니다. 

2009/01/09 - [낙서장] - DIY 기계 최고봉을 겨루는 Instructables 컨테스트


이 컨테스트에서 현재 유력한 수상 작품 중의 하나로 거론되고 있는 프로젝트 중에, 혼다 어코드를 개조해서 쓰레기를 태우면서 움직이도록 하는 작품이 눈길을 끌고 있습니다. 

이를 가능하게 하는 기기가 가스화기(gasifier)라는 것입니다.  그리고, 이런 방법을 가스화(gasification)라고 합니다.  가스화는 열을 이용해서 고체로 되어 있는 물질들을 연소가 가능한 연료 형태로 변환하는 것을 말합니다.  현재 다양한 형태의 고체 연료가 시험 중에 있는데, 나무로 만들어진 칩이나 호두껍질과 같은 것에서부터 다양한 농산물 쓰레기, 심지어는 건설현장의 쓰레기까지도 원료로 이용될 수 있다고 합니다.

믿기가 힘든 이야기지만, 이미 유럽에는 이러한 가스화기기를 달고 움직이는 자동차가 백만대 정도는 되었다고 합니다.  특히 세계 2차 대전이 있는 동안에는 자동차들이 나무와 석탄으로 달리는 자동차가 많았고, 최근에는 바이오 디젤과 에탄올이 각광받고 있지만 이는 단순히 연료의 대량생산이 용이하다는 장점이 있음을 간과하면 안 됩니다. 

자세한 프로젝트에 대한 설명과 제작과정은 아래 URL을 방문하시기 바랍니다.

http://www.instructables.com/id/Convert_your_Honda_Accord_to_run_on_trash/


그럼 가장 단순한 형태의 가스화기기를 이용한 쓰레기 연소형 자동차로 혼다 어코드를 변신시키는 과정을 보실까요?
먼저 완성된 차가 달리는 모습부터 감상하시죠 ...





완성된 차를 보면 그렇게 보이지 않지만, 프로젝트의 규모가 굉장히 큽니다.  그래서 프로젝트를 다음과 같은 단계로 나누어 볼 수 있습니다.

  • 일단 가스화기기를 만드는 방법과 관련한 내용은 이 포스트에서 다루기 보다는 범용 오픈소스 가스화기 실험키트(Open Source Gasifier Experimenter's Kit, GEK)의 제작에 대한 글을 참고하시기 바랍니다.  CAD 파일을 포함한 모든 설계 및 제작과정이 개방되어 있고, 부품이 필요하면 주문을 할 수도 있습니다.
  • 일단 표준 GEK vessel을 제작해야 합니다.  이에 대한 글은 여기에 링크하겠습니다.
  • 표준 GEK vessel이 제작되었으면. 가스화기기와 같이 조립을 해야 합니다.  이에 대한 글은 여기에 링크하겠습니다.  이렇게 만들어진 GEK 기기를 이용해서 가스를 생산해서 운용하는 방법은 이곳에 설명되어 있습니다.
일단 GEK 가스화기가 만들어 졌으면, 차량의 연료 인젝터를 가스화기에서 만들어지는 신가스(syngas)가 주입되도록 연결해야 합니다.  사실 이 프로젝트에서는 가솔린으로도 움직일 수 있고, 가스화기에서 만들어지는 신가스도 쓸 수 있는 형태의 스위치를 달아서 2중 연료장치로 가동됩니다.



GEK 가스화기의 모습




GEK 가스화기 테스트하는 동영상




 GEK 가스화기를 놓을 수 있도록 트렁크에 자리를 만듭니다.



가스화기가 안정되게 자리를 잡을 수 있도록, 프레임을 만들어 설치합니다.


가스화기에서 만들어지는 신가스를 공기와 혼합을 하기 위해서 버터플라이 밸브를 제작합니다.  이를 통해 공기와 연료의 혼합비율을 운전석에서 조절할 수 있도록 서보 컨트롤(servo control)을 장치합니다.  2인치 직경의 PVC 파이프와 버터플라이 밸브, 그리고 알루미늄 로드와 서보 모터를 이용해서 이 장치를 만듭니다.



모터 컨트롤이 가능한 버터플라이 밸브가 장착된 공기/연료 믹서


이제 트렁크에 있는 가스화기에서 만들어지는 신가스를 엔진에 연결하는 작업을 합니다.  신가스는 차 후면에서 철로 만든 사각형 튜브를 이용해서 앞으로 전달됩니다.  서보 컨트롤 버터플라이 밸브를 엔진의 공기혼합기와 연결을 합니다.





최근에 만들어지는 자동차는 어떤 차나 ECU(Electronic Control Unit)가 있습니다.  그렇기 때문에, 이렇게 엄청나게 자동차를 개조한 경우에는 ECU를 교체하지 않으면 안됩니다.  그래서, 이 프로젝트를 위해 RCU(Reactor Control Unit)을 따로 제작해서 설치합니다.  기본적으로 혼다 어코드의 ECU를 그대로 쓰되, 연료 인젝션과 연료/공기 혼합과 관련된 제어부분만 바이패스하도록 조작하면 됩니다. 




이제 만들어진 GEK 가스화기를 장착합니다.  자동차 운행에 적합하도록 다양한 개조와 고체연료를 일정하게 공급할 수 있도록 강철 스크루 분쇄기 등이 추가된 자동차 엔진용 가스화기 입니다. 




이제 다 완성이 되었으니, 시운전을 해야겠지요?  앞서 동영상을 보셨으면 아시겠지만 아무 문제없이 운행이 가능합니다.  최고속도 시속 88마일(시속 140km)까지 가능하니 정상적인 가솔린 자동차와 비교해도 아무런 손색이 없네요 ...

파워랩의 이 연료장치와 모든 설계도와 이론 등은 모두 인터넷에 공개가 되어 있습니다.  국내에서도 관심있는 분들이 우리나라 차종 하나를 개조해서 움직이도록 할 수 있었으면 좋겠습니다.  앞으로 대체에너지가 주목받는 시점에 무척이나 참신한 시도가 아닐 수 없습니다.


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