풍력발전의 원리 / YTN 사이언스

[앵커]
과학에 대한 모든 궁금증을 풀어주는 (궁금한 S) 시간입니다.

많은 양의 전력을 생산하는 풍력발전은 과거 풍차 시대부터 현재까지 중요한 에너지원으로 활용되고 있는데요. 그동안 풍력발전이 어떻게 발전되었고, 효율을 높일 수 있었을까요? 지금 바로 화면으로 만나보시죠.

[이효종 / 과학 유튜버]
안녕하세요! 과학의 모든 궁금증을 해결하는 궁금한 S의 이효종입니다. 궁금한 S와 함께할 오늘의 이야기 만나볼게요.

바람은 햇볕이 쨍쨍 내리쬐는 무더운 날씨에 우리의 땀이 잘 식도록 도와주는 아주 고마운 존재임과 동시에, 때로는 태풍이라는 형태로 막대한 피해를 주기도 합니다.

그런데 정말 놀라운 것은, 바로 이 변화무쌍한 바람이 전기 에너지도 만들어낸다는 사실을 알고 계신가요?

바람을 이용해 전기를 얻어내는 기술! 바로 풍력발전입니다. 사실 오래전부터 인류는 바람을 이용해 몇몇 번거로운 일들을 해결하곤 했습니다.

대표적으로 풍차를 예로 들어볼 수 있어요. 네덜란드에서는 풍차가 회전하는 힘을 이용해 곡식을 찧는 용도로 사용해왔죠.

시대는 계속해서 흐르게 되었고, 패러데이의 전자기유도 법칙이 드러나게 되면서 동력을 통해 전기를 만들 수 있는 아이디어를 얻게 되었어요.

이는 니콜라 테슬라에 의해서 교류 발전의 형태로 이용되게 되면서 드디어 시대는 동력만 만들어낼 수 있다면 얼마든지 전기를 생산할 수 있다는 아이디어를 얻어낼 수 있었습니다.

그리고 이 아이디어를 이용해서, 풍차를 개량시켜 탄생한 발전시설이 바로 ‘풍력발전기’입니다.

풍력발전은 말 그대로 바람의 힘으로 전기를 생산, 배급하는 발전소를 말합니다.

풍력발전기가 가능할 수 있었던 기술의 발전은 크게 두 가지로 꼽을 수 있습니다.

하나는 패러데이 이후 비약적으로 발달하게 된 발전기의 원리와 다른 하나는 항공 기술의 핵심인 블레이드, 즉 회전 날개의 역학적 구조의 발달을 꼽을 수 있습니다.

이 두 갈래의 기술적 요소를 극적으로 결합하여 최초로 풍력발전을 고안, 개발한 사람은 찰스 브러쉬입니다. 브러쉬는 1888년, 날개와 발전기를 결합한 형태로 최초의 풍력발전기를 만들어내는 데 성공하게 되었고, 이를 이용해 20년 동안 350개의 백열전등, 2개의 아크 전등. 그리고 3개의 모터를 운전하는 데 성공하게 됩니다.

이윽고 덴마크의 기술자이자 과학자인 파울 쿠르에 의해서 1891년, 최초의 실험용 풍력발전기가 개발 및 설치되게 됩니다.

이 당시만 해도 기존의 풍차와 상당히 비슷한 형태인 6개의 블레이드나 4개의 블레이드의 모습을 볼 수 있었습니다.

그러나 오늘 이용하고 있는 3개의 블레이드를 사용하는 형태는 조금 더 진화하고 나서 나오게 되었죠.

1903년 라이트형제가 세계 최초, 즉 인류 최초로 비행에 성공하게 되자, 유체역학과 항공역학은 비약적으로 발달하게 되었고, 이를 계기로 유체를 가장 효과적인 동력으로 바꿔낼 수 있는 아이디어가 하나, 둘 쏟아져 나오기 시작합니다.

1922년 제이콥스에 의해 만들어진 풍력발전기를 시작으로, 1940년대 본격적으로 등장하기 시작한 3 블레이드 덴마크식 풍력발전기를 거쳐 오늘날의 풍력발전기가 탄생하게 이르렀죠.

이러한 풍력발전기에서 무엇보다 중요한 핵심기술은 바람을 모으는 날개인 블레이드라고 할 수 있어요. 블레이드는 비행기가 뜨는 원리인 양력을 회전력으로 이용할 수 있도록 설계되어 있습니다. 이는 앞선 유체역학과 항공역학의 커다란 성과라고 할 수 있어요.

그런데 여러분, 여기서 궁금한 게 있어요. 에너지를 전환되는 형태에...

[YTN 사이언스 기사원문] https://science.ytn.co.kr/program/pro...