If We Want Bigger Wind Turbines, We’re Gonna Need Bigger Airplanes
Radia’s building an aircraft longer than a football field
The world’s largest airplane, when it’s built, will stretch more than a football field from tip to tail. Sixty percent longer than the biggest existing aircraft, with 12 times as much cargo space as a 747, the behemoth will look like an oil tanker that’s sprouted wings—aeronautical engineering at a preposterous scale.
더 큰 풍력 터빈을 원한다면 더 큰 비행기가 필요할 것입니다
세계에서 가장 큰 비행기가 완성되면, 끝에서 꼬리까지 축구장보다 더 큰 폭으로 펼쳐질 것입니다. 현존하는 가장 큰 항공기보다 60% 더 길고, 747보다 12배 더 넓은 화물 공간을 갖춘 이 거대한 비행기는 날개를 펼친 유조선처럼 보일 것입니다. 상상도 할 수 없는 규모의 항공 공학 기술이죠.
윈드러너(WindRunner)라고 불리는 이 장치는 2030년까지 단 하나의 물건만 운반할 예정입니다. 바로 거대한 풍력 터빈 날개입니다. 세계 대부분 지역에서 육상 풍력 터빈 날개는 최대 70미터 길이까지 제작할 수 있습니다. 이러한 크기 제한은 날개 공학이나 물리학의 한계 때문이 아니라 운송 의 문제입니다 . 날개가 더 길어지면 터널이나 고가도로를 통과할 수 없고, 도로나 철도의 급커브를 통과할 수 없어 육지로 운반할 수 없습니다.
콜로라도주 볼더에 위치한 윈드러너 개발사 라디아(Radia )는 초대형 날개를 풍력 발전소 에 공급하는 유일한 방법은 직접 비행하는 것이라는 생각에 사업 모델을 걸었습니다. 라디아의 설립자 겸 CEO인 마크 룬드스트롬 (Mark Lundstrom )은 "업계 기업들은 축구장보다 긴 날개를 가진 에펠탑 크기의 터빈을 만드는 방법을 알고 있습니다."라고 말하며 , "하지만 그들은 그 기계들을 [육상에] 설치할 수 없다는 사실에 좌절감을 느끼고 있습니다."라고 덧붙였습니다.
라디아의 비행기는 95미터 날개 두 개 또는 105미터 날개 하나를 장착할 수 있으며, 풍력 발전소 인근의 임시 흙 활주로에 착륙할 수 있습니다. 이는 대담하게 들릴 수 있으며, 그 자체로 오만함을 드러내는 행위입니다. 하지만 라디아의 지지자들은 윈드러너가 바로 이 작업에 적합한 도구이며, 육상 풍력 터빈을 더 크게 만들 수 있는 유일한 방법이라고 주장합니다.
풍력 터빈 블레이드 운송 과제
항공우주 엔지니어인 룬드스트롬은 9년 전 풍력 터빈 제조업체들의 도움 요청을 접하고 라디아를 설립했습니다. 룬드스트롬은 보도자료로 게시된 요청서에서 제조업체들이 날개를 이동할 방법만 있다면 더 큰 육상용 날개를 제작할 수 있다고 말했다고 회상했습니다.
예를 들어 미국 에서는 주간 고속도로 고가도로의 높이(일반적으로 4.9미터(16피트))가 너무 높아 더 큰 터빈 블레이드가 통과할 수 없습니다. 이러한 고가도로 제한은 유럽에서도 마찬가지입니다. 룬드스트롬은 터널과 고가도로가 일반적으로 적은 개발도상국 에서는 더 많은 유연성이 있다고 말합니다. 하지만 많은 도로가 포장되지 않았거나 강화되지 않아 50톤 무게의 물체를 옮기는 것이 훨씬 더 어렵습니다.
중국 의 일부 지역은 도로 사정이 좋지 않아 초대형 육상 풍력 터빈을 건설할 수 있습니다. 작년에 중국 다국적 기업인 삼일 재생에너지(Sany Renewable Energy)는 중국 북동부 지린성 통위시에 131미터 길이의 블레이드를 장착한 15메가와트급 풍력 터빈을 설치 했다고 발표했습니다 . 이 블레이드는 최종 설치지에서 1,800km 떨어진 내몽골의 한 산업 단지에서 제작되었습니다.
윈드러너
대형 터빈 블레이드를 운반하도록 설계된 비행기의 다이어그램으로, 측면에서 본 독특한 특징을 보여줍니다.WindRunner는 매우 긴 길이의 풍력 터빈 날개를 장착하기 위해 독특한 설계 사양이 필요했습니다.칼 드 토레스
해상 풍력 발전 단지 개발업체들은 외해에서 운영할 때 물류 및 실무적인 어려움을 겪지만, 블레이드를 운반할 만큼 큰 선박을 찾는 것은 어렵지 않습니다. 가장 큰 해상 풍력 발전 블레이드는 길이가 250미터가 넘으며 , 일반적으로 화물선을 통해 운송됩니다. 제조업체들은 일반적으로 해안에 시설을 건설합니다 .
육지에서 블레이드 이동은 인프라의 엄격한 한계에 부딪혔습니다. 여러 조각으로 나누어 운송한 후 현장에서 재조립하는 것은 연결 부위가 약해지기 때문에 효과적이지 않습니다. 또한, 연결 부위는 단일 폴리머 조각으로 만든 블레이드에 비해 무게가 너무 많이 증가한다고 미국 재생에너지 연구소 재단(NREL) 의 전무이사이자 명예 연구원인 더그 아렌트는 말합니다 .
"결국 부품의 응력 공학이 관건입니다."라고 아렌트는 말합니다. 언젠가 현장에서 3D 프린팅으로 블레이드를 제작할 수 있게 되면 비행기가 필요 없게 될 수도 있지만, 아직 초기 단계라고 그는 말합니다. (룬드스트롬은 모든 풍력 발전소에 대규모의 정교한 제조 시설을 건설해야 하기 때문에 3D 프린팅 블레이드는 결코 실현될 수 없을 것이라고 말합니다.)
세계에서 가장 큰 항공기를 날게 하는 방법
Radia의 WindRunner를 지금 경험해 보실 수 있는 모든 것은 회사 볼더 본사 회의실에 마련되어 있습니다. 2x4 목재로 만든 일종의 가제보 에는 비행 시뮬레이터가 설치되어 있는데, 저는 이 거대한 기체를 가상으로 조종하고 착륙시켜 보고 있습니다.
조종사용 의자 두 개, 조이스틱, 스로틀, 헤드업 디스플레이 가 있는 비디오 화면 , 그리고 시뮬레이션된 랜딩 기어와 날개 플랩을 조작하는 몇 개의 버튼이 있습니다. 조종사 머리 위 조종석 공간을 차지할 비행 계기판 그리드는 아직 완성되지 않았습니다. 대신, 최종 조종 장치의 라미네이트 그림이 벨크로로 부착되어 있습니다.
윈드러너를 조종하는 데는 놀라울 정도로 적은 레버와 조종 장치가 필요합니다. "물리학은 물리학이죠."라고 제 부조종사이자 라디아의 고급 시스템 그룹 책임자이자 수석 엔지니어인 에탄 카르니가 말합니다 . 카르니가 윈드러너의 속도를 조절하는 동안, 저는 조이스틱을 조작하여 가상의 덴버 국제공항 활주로에서 벗어나도록 조종합니다. 몇 분 후, 근처 호수를 돌며 계획된 유턴을 합니다. 조종이 불안정합니다. 새가 아무리 크더라도 조이스틱을 조심스럽게 움직여야 한다는 것을 다시 한번 상기시킵니다.
카르니의 도움을 받아 랜딩 기어와 플랩을 조종하며 덴버로 다시 착륙했습니다. 저는 윈드러너를 거대한 조각으로 유지할 뿐만 아니라, 다른 여객기에서 타버린 고무 자국이 선명하게 보이는 활주로 바로 앞까지 멈춥니다.
현실 세계에서 이 놀라운 감속 능력 덕분에 윈드러너는 항공기로부터 10배 거리(약 1,080m) 이내에 정지할 수 있습니다. 이 항공기는 현대 공항 의 완벽한 활주로를 필요로 하지 않습니다. 윈드러너는 풍력 발전 단지 주변의 진입로처럼 울퉁불퉁한 비포장도로에 착륙하고 이륙하도록 설계되었습니다. 하지만 이 도로는 더 넓습니다.
이러한 기능은 비행기의 비교적 가벼운 무게, 날개와 동체 형태, 그리고 큰 타이어 덕분에 가능합니다. 터빈 블레이드는 크지만 밀도가 높지 않기 때문에 무게보다는 화물 용량에 최적화되어 있습니다. 윈드러너는 사실상 비행에 필요한 최소한의 편의 시설만 갖춘 거대한 화물칸과 같습니다. 룬드스트롬은 "흙 위에 착륙하는 것은 기본적으로 바퀴 하나에 몇 파운드나 되는 무게가 달려 있습니다."라고 말했습니다.
윈드러너의 네 개의 제트 엔진은 단거리 이륙에 도움이 될 것입니다. 룬드스트롬은 "비행기가 빈 상태일 때 엔진이 매우 강력해서 초기 전투기와 유사한 추력대중량비를 보입니다."라고 말합니다. (라디아는 현대 항공사 에서 이미 사용하고 있는 엔진을 선택했지만 , 어떤 엔진인지는 밝히지 않았습니다.)
비행기가 바닥면을 긁지 않고 빠르게 하늘로 회전할 수 있도록, 뒷부분이 지면에서 날카로운 각도로 비스듬히 펼쳐집니다. 윈드러너를 안정시킬 만큼 높은 꼬리날개 하나만 있어도 공항의 높이 제한인 24미터를 초과할 수 있기 때문에, 라디아는 H 자 모양의 라이저 두 개를 설계했습니다 .
착륙 시, 항공기의 넓고 뭉툭한 날개는 약 1,000제곱미터에 달하는 표면을 이용하여 공기를 잡고 빠르게 감속합니다. 미 공군 C-130 허큘리스의 고전적인 디자인에서 차용한 20개의 대형 타이어는 윈드러너가 지면에 닿은 후 감속하는 데 도움을 줄 것입니다.
WindRunner can land on dirt strips adjacent to the wind farms. (All: Radia)
풍력 터빈이 더 커진 이유
라디아를 방문하는 동안 가상 현실 헤드셋을 통해 거상의 날개 아래와 화물칸 안을 들여다볼 수 있었습니다. 마치 날 수 있는 창고 옆에 서 있는 듯한 느낌이었습니다. 위로 우뚝 솟은 가상의 슈퍼플레인을 보고, 그 엄청난 크기를 직접 느껴보니, 공학에 대한 이런 모험이 필요한 걸까요? 분명 다른 길이 있을 거라고 생각하게 되었습니다.
서반구에서 제작되는 가장 큰 헬리콥터는 최대 15톤까지 운반할 수 있지만, 메가블레이드는 그보다 4~5배나 무겁다고 룬드스트롬은 지적합니다. 소형 연식 비행선 과 비행선은 그 무게를 견딜 수 있지만, 여러 가지 문제가 있습니다. 속도가 너무 느리고, 악천후로부터 보호하기 위해 값비싼 격납고가 필요하며, 현재 희소한 헬륨을 필요로 하고, 바람이 불면 착륙하기가 어렵습니다. "그런데 풍력 발전 단지는 바람이 많이 부는 경향이 있습니다."라고 그는 말합니다.
세계에서 가장 큰 화물기는 100미터 날개 길이에 맞춰 늘릴 수도 없고, 짧고 험준한 활주로에 착륙할 수도 없기 때문에 새로운 설계가 필요합니다. 그럼에도 불구하고 근본적인 질문은 여전히 남아 있습니다. 육상 풍력 터빈의 크기를 50% 늘리는 것이 과연 그만한 가치가 있을까요?
MIT 의 풍력 최적화 전문가인 마이클 하울랜드는 이 기술이 엄청난 가치를 지닌다고 말합니다. 그는 터빈의 발전 용량은 터빈을 통과하는 풍속 의 세제곱 과 회전하는 날개가 만드는 원의 지름의 제곱만큼 증가한다고 말합니다. 다시 말해, 더 큰 터빈은 개별 단위당 비용이 더 많이 들지만 발전 용량 면에서는 그만한 가치가 있습니다. 이것이 바로 터빈의 크기가 지난 몇 년 동안 꾸준히 커진 이유입니다.
"절반으로 줄일 수 있습니다."라고 룬드스트롬은 덧붙입니다. "터빈 한 대의 비용이 상승하더라도 기가와트당 비용은 크게 낮아집니다." 그는 기가윈드 터빈이 에너지 비용을 20~35% 절감하는 동시에 출력을 10~20% 증가시켜, 모든 비행 비용을 포함하더라도 풍력 발전의 수익성을 두 배로 높일 수 있을 것으로 예상합니다.
전체 터빈 수가 적으면 풍력 발전소가 터빈 간격을 더 넓게 배치하여 기류 간섭을 피할 수 있습니다. 터빈 높이가 거의 두 배나 높아져 대기 중 더 높고 돌풍이 강한 부분에 도달할 수 있습니다. 또한 대형 터빈은 회전 속도가 그만큼 빨라질 필요가 없으므로, 평균 풍속이 초당 5미터 정도인 지역에서 경제성이 높은 반면, 소형 터빈을 유지하는 데 필요한 풍속은 약 7미터입니다. 룬드스트롬은 "결과적으로 풍력 발전이 가능한 면적이 전 세계적으로 두 배 이상 늘어납니다."라고 말합니다.
offshorewind.biz
이 시장을 활성화하고 최초의 WindRunners를 지원하기 위해 Radia는 풍력 터빈 제조업체와 협력하여 국내외 신규 풍력 발전소를 개발하는 사업부를 개발하고 있습니다. WindRunners는 이러한 발전소와 다른 회사가 개발한 발전소에 블레이드를 공급할 예정입니다.
라디아 계획의 범위와 그 이면에 숨겨진 야심은 하울랜드를 비롯한 많은 전문가들을 감동시켰습니다. "그 아이디어의 혁신적인 정신에 놀랐지만 동시에 깊은 감명을 받았습니다."라고 그는 말합니다. "엄청난 과제를 해결하려는 야심찬 시도는 정말 멋진 일입니다." 하지만 그는 육상 "기가윈드"에는 미지의 영역이 많다고 지적합니다. 기록적인 규모의 터빈을 만드는 유동 물리학과 공학에 대한 이해가 부족하기 때문입니다. 게다가 거대한 날개는 그 뒤에 있는 터빈이 기온 변화와 지구 자전으로 인한 코리올리 효과에 의해 눈에 띄게 영향을 받을 정도로 큰 후류를 생성할 수 있으며, 이는 기초 과학의 혁신을 요구할 수도 있다고 그는 말합니다.
대형 항공기의 탄소 발자국 문제도 있습니다 . 풍력 발전소 전체에 필요한 블레이드를 운반하기 위해 윈드러너는 몇 달 동안 매일 공장과 농장을 오가며 한 번에 블레이드 한두 개를 싣고 이동해야 합니다. 이는 트럭으로 운반하는 것보다 더 많은 탄소 배출을 유발할 수 있습니다. 그러나 라디아는 첨단 풍력 발전소가 생산하는 청정 에너지 의 증가가 제트 엔진의 이산화탄소 배출량을 상쇄하기에 훨씬 더 충분하다고 주장합니다 . 게다가 풍력 발전소의 탄소 발자국에서 가장 큰 부분을 차지하는 것은 콘크리트와 강철입니다. 룬드스트롬은 블레이드가 길어지면 같은 양의 에너지를 생산하는 터빈의 수가 줄어들어 탄소 배출량이 감소할 것이라고 주장합니다.
라디아의 도전이 계속되는 가운데, 그 노력에는 어두운 그림자가 드리워져 있습니다. 도널드 트럼프 미국 대통령 과 그의 행정부는 승인, 허가, 그리고 정부 대출을 중단함으로써 미국 풍력 에너지 산업을 마비시키려는 시도를 여러 차례 해왔습니다. 그러나 룬드스트롬은 워싱턴에서 불어오는 강풍이 라디아의 날개를 꺾을 것이라는 생각에 반박합니다. 그는 수익이 너무 많다고 말합니다.
"저는 [문제가] 저절로 해결될 것이라고 믿습니다. 이 행정부 말에는 [비행기]를 공급할 수 있을 것입니다."라고 룬드스트롬은 말합니다. 화석 연료 없는 미래를 위해서는 사회가 풍력 발전 규모를 확대하는 것이 매우 중요합니다 . 그리고 그는 새로운 항공기 없이는 그 규모에 도달할 수 없다고 말합니다.
![[멍청대전] 이재명 정청래 찌라시](https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEhvj8NLPYJ1gEisr6Ot9i-Yl14SuFAj6-b7TFzqN-3IklvY01O5sL4dR5Kpqn9rJXoIyVQWvDlZw6iIGuI1sZID_ZeNsyTL72bBrNXaTM6JrNLm5GZjjK5wEgNILRV3mPG02G-KlMaCXHXxHZgC5XFrSOMDw6Qm802sOv9WIy187fs3FSisLSS-6LYgSVQ/w72-h72-p-k-no-nu/ttt.jpg)
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