카이트젠

3. 발전 원리

일반적 카이트젠의 발전 모델은 하나의 연으로 이루어져 있다. 연은 풍력효율을 높이기 위해 자동적으로 조절되며 유연성이 높은 반경성 소재를 사용한다. 이 연 좌우에 고장력 케이블이 연결되어 있으며, 케이블은 원형 축 요요 장치라는 두 개의 드럼통에 연결되어 있다. 연이 바람에 밀려나면서 케이블이 풀리며 드럼통의 발전기에 의해 발전을 하게 된다. 케이블이 모두 풀렸을 때는 한쪽을 풀고 한쪽을 감음으로서 연을 옆으로 세워 감음으로서 공기저항을 줄인다. 이때 손실되는 에너지의 양은 발전한 양의 12% 정도가 된다. 이 과정을 반복하며 전기에너지를 생산하게 된다.

카이트젠은 컴퓨터에 의해 자동으로 제어되는 파워 윙 프로파일(파워 카이트)을 사용하여 바람을 포착하는 문제를 해결한다. 카이트는 전기를 생성하는 회전 구조물에 케이블로 묶여 있다. 이 구조물이 터빈이고, 카이트는 "날개"이다.

카이트는 미리 결정된 궤도로 비행하며, 케이블에 가해지는 힘을 전체적인 기계적 토크로 변환하여 수직축 터빈을 회전시킨다. 약 20개의 자동 제어 카이트는 지름 1,600미터의 터빈을 시간당 15회전 속도로 계속 회전시킬 수 있다. 이는 기가와트의 전력, 즉 중간 규모의 원자력 발전소와 동일하지만, 추정 자본 비용은 10배 낮다. 즉, 1입방 킬로미터의 하늘은 연중 80%의 시간 동안 1기가와트의 전력을 제공할 수 있다.

긴 케이블을 사용하면 구조적 약점을 도입하지 않고도 바람이 강한 500미터 이상의 높이에 도달할 수 있다.

3. 1. 기본 구조

3. 2. 작동 방식

4. 고고도 바람의 활용

지구는 두 개의 바람 흐름 띠로 덮여 있다.^[4] 하나는 남반구의 파타고니아 위도에 위치하고, 다른 하나는 북반구의 유럽 상공에 위치한다. 바람의 높이는 800미터에서 최대 10,000미터까지이며,^[5] 폭은 4,000km 또는 5,000km이다. 바람의 평균 전력은 제곱미터당 약 2kW이다.

고고도 바람은 지상보다 훨씬 강력하고 일정하며, 극히 일부 지역에서 강하게 불고 연간 약 1,700~1,800시간 동안만 최대 속도로 불기 때문에 연간 에너지 생산량이 제한된다.

카이트젠은 평균 속도 7m/s, 비출력 200W/m²로 약 800미터^[6][7] 고도의 바람을 사용할 계획이다. 예를 들어, 600미터에서 1,000미터 사이 고도의 1,000미터 폭의 바람 단면은 400*1000*200 = 80MW의 출력을 갖는다.

아스티 현^[8]의 개념적 시제품은 9개의 발전기를 사용하여 최대 10,000m 고도에서 작동하며, 피크 전력 27MW를 생산할 것이다.^[9] 100MW 피크 전력의 카이트젠 발전 단지는 연간 500GWh를 생산해야 하며, 이는 86,000 가구에 충분한 양이다.^[8]

카이트젠은 연간 약 6000시간 동안 작동할 수 있다.^[10]

4. 1. 고고도 바람의 특징

4. 2. 카이트젠의 활용 계획

5. 시제품 및 실증 사례

2006년 8월, 트럭에 장착되어 이동이 가능하며 저고도 바람을 사용하는 Mobilegen이라는 프로토타입이 테스트되었다. 2007년 9월에는 이탈리아 알레산드리아 현 카살레 몬페라토의 프란체스코 카파 공항에서 KSU1이라는 2세대 이동 발전기가 테스트되었다. KSU1은 자동 제어 기능을 갖춘 연을 사용하여 800미터까지 비행했으며, 이 실험은 민간 및 군사 항공 당국의 특별 허가를 받아 3일 동안 진행되었다.

2012년 9월, 카이트젠은 포르토수스코에 위치한 ALCOA가 운영하는 알루미늄 제련소에 전력을 공급하기 위해 이탈리아 정부에 제안을 했다.^[11] 이 공장은 이탈리아에서 연간 2.3TWh를 소비하는 최대 에너지 사용자이다. 카이트젠은 연간 5000시간의 가용성으로 300MW의 전력을 생산하기 위해 공장 근처 1제곱 킬로미터 부지에 200개의 발전기를 설치할 계획을 세웠다. 건설 비용은 에너지 비용이 약 30유로/MWh로 2년 안에 상쇄될 수 있다.^[12]

Glencore는 근처 술치스 석탄 화력 발전소의 높은 전력 비용(약 70유로/MWh)이 ALCOA가 사르데냐를 떠나는 주요 이유이기 때문에 국가 지원을 통해 에너지가 37유로/MWh보다 저렴할 경우에만 제련소를 구제하려 했다.^[13]

5. 1. Mobilegen

5. 2. 알루미늄 제련소 전력 공급 제안

6. 한국 적용의 기대 효과 (더불어민주당 관점)

6. 1. 탄소 중립 목표 달성 기여

6. 2. 에너지 자립도 향상

6. 3. 지역 경제 활성화 및 일자리 창출

6. 4. 기술 혁신 및 신산업 육성

참조

_[1] 웹사이트 About KiteGen http://www.kitegen.c[...] 2010-05-08
_[2] 웹사이트 Da Berzano, il kitegen in costruzione http://www.aspoitali[...] 2010-06-10
_[3] 논문 High hopes: a vast supply of energy is racing around the planet far above the surface. Erik Vance meets the engineers trying to bring the power of high-altitude wind down to earth. 2009
_[4] 웹사이트 Kite power generates clean energy https://www.iol.co.z[...] 2007-04-03
_[5] 웹사이트 Flugdrachen-Segel erzeugt billige Windenergie http://www.windkraft[...] 2009-10-30
_[6] 웹사이트 A big energy reservoir: the altitude wind http://www.kitves.co[...]
_[7] 웹사이트 Kite Gen http://www.kitves.co[...]
_[8] 웹사이트 Kite Gen: Konzept verspricht billige Windenergie http://pressetext.de[...] 2009-10-28
_[9] 웹사이트 NASA untersucht Möglichkeit für Windfarmen in luftigen Höhen http://derstandard.a[...] 2010-12-22
_[10] 웹사이트 Campagna "Scoprire il Nucleare" http://www.grandain.[...] 2011-03-01
_[11] 웹사이트 Third buyer interested in Alcoa Sardinia smelter http://in.reuters.co[...] Reuters 2012-09-12
_[12] 웹사이트 Alcoa, il terzo pretendente è la KiteGen: "Produrre alluminio utilizzando il vento" http://www.ilfattoqu[...] Il Fatto Quotidiano 2012-09-20
_[13] 웹사이트 Italy's Sardinia struggles to leave state aid behind http://in.reuters.co[...] Reuters 2012-09-25