초소형 미니 풍력발전기로 핸드폰 충전을

  초소형 미니 풍력발전기로 핸드폰 충전을  

상업용 풍력발전기의 트랜드는 점점 더 거대해져가는 것이죠.

1990년 300kW 용량이었던 것이 2011년 7.5MW 까지 커졌는데

꺼꾸로 미국의 텍사스 대학에서는 아주 작은 사이즈의 풍력발전기를 개발했습니다.

눈에 보이지도 않을 정도로 너무 작아서

10개를 쌓아놔야 겨우 쌀 한톨 정도의 크기가 되는 크기죠.

이 풍력발전기는 MEMS베이스의 니켈합금으로 제작되어

스마트폰이나 낮은 전력을 사용하는 전자기기의 전원용으로 사용될 수 있습니다.

기술적인 용어로 수평축형 풍력터빈이라고 부르는 초소형 풍차에는

3개의 날개가 달려있는 로터의 크기는 1.8mm이고

이것은 약 2mm 크기의 타워 꼭대기에 부착됩니다.

날개가 돌아갈 때 에어 베어링 역할을 하는 허브의 마찰력을 이용하는 것인데

이 풍차에서 가장 두꺼운 곳도 겨우 100미크론뿐이 안되

거의 표면에 붙어 있다고 봐도 될 정도이죠.

크기로 봐서 쉽게 부서질 것 같지만

MEMS 디자인에서 주로 사용하는 실리콘이나 실리콘 산화물층 보다는

훨씬 더 견고한 니켈합금을 사용해

의외로 강력한 바람에도 견딜 수 있다고 합니다.

니켈합금이지만 기존은 200미리 실리콘 웨이퍼 위에서 만들어지기 때문에

추가비용없이 적은 비용으로 제작할 수 있는 경제성까지 갖췄습니다.

그렇다면 이처럼 작은 풍력발전기는 실용성이 있는 걸까요?

불행하게도 아직까지는 상용화 디자인 모델은 나온 것이 없죠.

게다가 수평축형 풍력터빈의 성능도 아직은 공상에 가까운 이론이다 보니

상용화에는 조금 더 시간이 필요할 것 같습니다.

하지만 이 모든게 해결된다면 이 마이크로 풍차의 가능성은 클 것으로 보입니다.

먼저 마이크로 풍차가 바람세기에 따라 발생시킬 수 있는 전기의 양을 따지는

발전효율이 얼마나 나오는지가 관건이죠.

이론적으로 공기흐름을 운동에너지로 바꾸는 효율은

최대 59.3%를 초과할 수 없다고 합니다.

현대의 터빈은 대략 45% 이라는 대단히 높은 변환율을 가지고 있는데

이는 항공기 날개의 기술과 마찰을 줄여주는 기술등

최첨단 기술들을 적용할 수 있기 때문이죠.

반면 초소형 풍차에는 이러한 기술을 적용하는데 문제가 있어

효율이 줄어들게 마련인데 만약 이것이 20%까지 내려간다면 문제가 될 수 있겠죠.

10 m/s 속력의 바람이라면 꽤 상당한 전력을 생산할 수 있을 것으로 보입니다.

실용에 적용하려면 수천개의 마이크로 풍차를 설치해야

하루에 대략 5~10 W-hr의 전기를 만들어 낼 수 있고

이는 현재 스마트폰 배터리 용량정도 됩니다.

생각보다 그렇게 많은 전기를 만들어 내는 건 아니지만

일상에서 사용하기에는 충분한 양이죠.

게다가 적은 전력을 사용하는 기술인 브리지센서가 개발중에 있는데

마이크로 와트의 전력을 느리게 축적했다가 필요시마다 공급해주는 기술로

조금 황당한 마이크로 풍차를 실용영역으로 이끌어내는데 필요할 것 같습니다.

풍차발전기도 그렇지만 대부분의 발전기는 정전식 시스템을 가지고 있죠.

만약 로터가 타워와 전기적으로 완전히 분리되어 있다고 한다면

로터가 타워를 지나갈 때 마다 100%의 정전용량을 만들어 내게 됩니다.

여기에서 로터가 60도 더 나아가게 되면 로터와 로터 사이에 위치하기 때문에

정전용량은 100배로 증가하게 된다고 합니다.

바람의 세기나 조건에 따라 다르겠지만

이 마이크로 풍차발전기가 1회전 했을 때 만들 수 있는

전력양은 약 10 마이크로와트 정도로 예측하고 있습니다.

아래 동영상은 마이크로 풍차발전기를 연구실에서 시현하는 모습으로

상당히 역동적으로 잘 작동한다는 것을 알 수 있죠.

만약 이 발전기가 실용화 된다면

충전기가 필요없는 스마트폰을 가지고 다닐 수도 있는 날이 오지 않을까요.