요즘 녹색성장 이야기와 함께 신문에 풍력발전에 대한 기사가 많이 나옵니다. 어렸을 때 가지고 놀던 바람개비는 날개가 4개였는데 풍력발전기의 날개는 3개인 이유는 뭔가요? 또 날개가 넓으면 바람을 많이 받아 전기도 많이 생산할 수 있을 텐데 날개를 좁게 만드는 이유가 궁금합니다.

― 부산 금정구 독자 백천흠씨

A: 날개가 많으면 날개 무게 때문에 발전 효율이 떨어지기 때문

▲ 박수찬 산업부 에너지 담당 기자

풍력발전은 블레이드(blade)라고 불리는 날개가 바람을 받아 돌면 날개의 회전이 기어를 거쳐 빨라지고 이것으로 발전기를 돌려 전기를 만드는 방식입니다.

풍력발전기는 축의 방향에 따라 크게 수평축 방식과 수직축 방식으로 나뉩니다. 선풍기와 같은 모양의 수평축 방식(바람개비의 축이 지상과 수평을 이룸)이 흔히 보는 풍력발전기라면 수직축 방식은 말 그대로 수직으로 세워진 축 위에 바람개비를 달아 놓은 것으로, 어느 방향에서 바람이 불더라도 발전이 가능하고 면적도 적게 차지합니다. 하지만 발전 효율이 낮아 요즘은 가정용 등 소형 발전기에 쓰이고 있습니다.

선풍기 모양인 수평축 방식은 제품에 따라 날개가 2개인 경우와 3개인 경우가 있습니다. 요즘은 대부분 날개 3개짜리를 쓰고 있습니다. 날개 수를 4개, 5개로 만들지 않는 이유는 발전 효율 때문입니다. 삼성중공업 풍력제품개발팀에 따르면 날개 수가 4개 이상 늘어나면 바람을 받는 면적과 힘은 늘어나겠지만 날개 무게 때문에 발전 효율이 급속히 떨어진다고 합니다. 길이 50m짜리 날개 하나의 무게는 10t정도 됩니다.

날개가 2개일 때와 3개일 때는 발전 효율에서는 큰 차이가 없지만 3개짜리가 더 선호되는 이유는 2개짜리에 비해 안정성이 높기 때문입니다.

길이가 50m인 풍력발전기 날개의 경우 폭은 축에서 가까운 부분이 5m,끝 부분은 1m이내로 갈수록 좁아지는 모양을 하고 있습니다. 날개를 넓게 만들지 않는 이유는 우선 비용 때문입니다. 풍력발전기 날개는 쇠가 아닌 유리섬유·탄소섬유를 접착체로 겹겹이 붙여 만드는데, 날개·축·기어박스·발전기·지지탑(윈드타워) 등으로 구성된 풍력발전기 구성품 중 전체 비용의 20%를 차지하는 가장 비싼 부품입니다. 날개가 넓어지면 넓어질수록 비용이 올라가기 때문에 발전량이 늘더라도 수지를 맞출 수 없게 된다는 설명입니다.

날개를 넓게 만들면 안전성에도 문제가 생길 수 있습니다. 아무리 고강도 소재로 만들었다고 하더라도 폭이 넓어지면 바람에 날개가 부러질 위험도 있다고 합니다. 태풍이 불 때 풍력발전기를 멈추는 이유도 날개가 부러질 위험이 있기 때문입니다.

풍력발전기 규모는 점차 커지는 추세입니다. 1980년대는 날개 하나의 길이가 5m였지만 최근에는 50m를 훌쩍 넘기고 있습니다. 날개 길이가 커지면서 발전 용량도 0.03MW에서 최근에는 5MW까지 커졌습니다.

전 세계 풍력발전기용 날개는 덴마크의 LM 글라스파이버, 베스타스 윈드시스템, 독일의 에네르콘 등 덴마크와 독일 업체들이 대부분 만듭니다. 국내에 설치된 풍력발전기도 이들 제품을 수입해 쓰고 있습니다.