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풍력발전소 건설을 위한 입지 선정과 수백미터 높이의 고층건물을 세우는 데 가장 중요한 고려 요소는 바람이다. 바람을 파악하는 데 쓰이는 것은 레이저와 음파로 이를 이용하면 풍력발전기 날개의 중심축 높이에 해당되는 지상 80m 이상의 지점과 아직 세우지도 않은 고층건물 높이의 바람 세기 등을 알아낼 수 있다. 한국에너지기술연구원 풍력발전연구센터 김현구 박사팀이 연구하는 분야가 바로 이 레이저와 음파를 이용한 바람 파악이다. 음파를 이용하기 위해서는 ‘SODAR(SOund Detecting And Ranging)’로 불리는 장비가 필요하다. 이 장비는 지상에서 음파를 쏘아올린 뒤 바람의 영향으로 변형된 음파를 수신한다.이 방식은 장비 가격이 3,000만원대로 저렴하지만 측정시 사용되는 음파의 소음과 오차율이 크다는 단점이 있다. 최근 새롭게 각광 받는 기술은 레이저를 이용하는 ‘LIDAR(LIght Detection And Ranging)’ 방식이다. 이 기술은 지상에서 레이저를 쏘아올린 뒤 1.5㎛(1㎛는 1,000분의1㎜) 크기의 입자에 반사된 레이저를 감지해 바람의 세기 등을 측정하는 것으로 약 500m 높이까지 측정할 수 있다. 1.5㎛ 크기 입자의 움직임이 공기의 흐름, 즉 바람의 움직임과 동일하기 때문이다. 이 장비는 지상에서 고깔모자를 뒤집어놓은 것과 같은 역원추형 형태로 레이저를 쏘아올려 공중의 4개 지점에서 측정하며 10단계 높이별로 측정이 가능하다. 김 박사는 “지난해 말 3억원을 들여 아시아 지역에서 최초로 LIDAR 장비인 ‘윈드 큐브’를 들여왔다”며 “이를 이용한 응용분석 기술을 개발하는 것이 연구의 핵심”이라고 밝혔다. 현재 김 박사는 한국에너지기술연구원이 개발한 전국 풍력지도의 검증작업에 LIDAR를 활용하는 한편 새로운 분석기술과 활용 확대를 위한 연구를 수행하고 있다. 한 예로 최근 수백미터 높이의 고층건물 건축 추세에 맞춰 고층건물과 교량 등이 건설되기 이전에 바람의 세기 등을 측정하는 연구를 수행하고 있으며 또 도심 고층건물에 풍력발전기를 장착하는 복합건축물에 대한 가능성 등을 연구하고 있다. 특히 고층건물은 그동안 고려 대상이 아니었던 도심 내 풍력발전에 대한 새로운 가능성을 열어놓는 것으로 서울에서 건설 추진 중인 약 550m 높이의 고층 건축물에 풍력발전기를 장착하는 기초연구를 수행하기도 했다. 김 박사는 “막대한 비용이 투자되는 풍력발전소 건설에 금융권 투자를 유치하기 위해서는 국제전기표준위원회(IEC)가 인증한 풍력측정 자료를 제출해야 하며 IEC도 조만간 LIDAR 방식의 측정 데이터를 인증할 것으로 전망된다”고 말했다. 현재 IEC가 인증한 풍력측정 방법은 약 50m 높이 이상의 측정탑을 이용해야 하며 통상 50m까지의 측정치로 80~100m 높이의 바람을 예측하는 형식이다. 하지만 50m 높이의 측정탑을 세우는 데 약 5,000만원의 비용이 소요돼 입지선정 초기 단계에는 적용하기 어렵다. 김 박사는 “풍력발전에는 바람의 세기보다 밀도가 중요한 요소이며 유럽에 비해 바람의 변화폭이 큰 한국과 일본 등지에서는 50m 측정탑을 이용한 데이터를 토대로 80~100m 높이의 바람을 예측하는데 오차율이 크다”고 지적했다.
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