두산중공업이 2019년 4월 9일 출원(출원번호 제1020190041582호)해 올해 6월 29일자로 등록(등록번호 제102130094호)을 받은 '풍력발전기' 특허의 대표 도면. 그림=키프리스 캡처
두산중공업이 2019년 4월 9일 출원(출원번호 제1020190041582호)해 올해 6월 29일 등록(등록번호 제102130094호)을 받은 '풍력발전기' 특허의 대표 도면. 그림=키프리스 캡처

[비즈월드] 두산중공업의 경영정상화를 위한 두산그룹의 자구안이 진행 중이면서 한국기업평가는 지난달 30일 두산그룹 계열사의 정기평가를 완료하고 두산, 두산퓨얼셀, 두산중공업, 두산건설의 신용등급을 하향 조정했다. 결과는 일제히 하락이라는 부정적 경향이 우세했다.

반면 두산중공업은 지난 2일 약 700억원 규모의 아랍에미리트(UAE) 푸자이라 F3(Fujairah F3) 복합화력발전소 설비를 수주했다고 2일 밝혔다.

이런 가운데 두산중공업이 최근 귀한 특허를 등록받은 것으로 나타났다. 2019년 4월 9일 출원(출원번호 제1020190041582호)해 올해 6월 29일자로 등록(등록번호 제102130094호)을 받은 '풍력발전기' 특허가 그것이다.

풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.

풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있다.

이런 풍력발전을 위한 풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력발전기로 구분될 수 있다.

현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력발전기가 적용되고 있다.

그러나 이런 풍력발전기는 풍속의 영향을 크게 받으며 평균 풍속이 낮은 지역에서는 효율이 낮은 문제가 있다.

이에 두산중공업 연구진은 낮은 풍속에서 효율이 향상된 풍력발전기를 제공하는 기술을 개발한 것이다.

회사 측은 해당 발명에 "세워져 설치된 타워, 상기 타워에 설치되되 내부에 발전기가 설치된 제1 나셀, 상기 제1 나셀에 회전 가능하게 설치된 제1 허브와 제1 허브에 결합된 제1 블레이드와 제2 블레이드를 포함하는 제1로터와 상기 제2 블레이드에 회전 가능하게 결합된 제2 로터를 포함하고, 상기 제1 블레이드는 제1 길이를 갖고, 상기 제2 블레이드는 상기 제1 길이보다 더 짧은 제2 길이를 갖는데 제2 블레이드에 제2 로터가 결합되어 저속에서 제1 로터가 회전할 수 있는 동력을 제공해 효율이 향상될 수 있다"라고 설명했다.

대표 도면을 중심으로 살명하면 제1 블레이드(132)는 익형의 단면을 가지며, 단면은 두께방향 중심선(CL)을 기준으로 대칭되게 형성된다.

또한 제1 블레이드(132)는 S자 형상으로 굴곡된 단면을 갖는다. 즉 제1 블레이드(132)는 한쪽 면에 오목한 부분과 볼록한 부분이 모두 형성되고, 다른 쪽면에도 오목한 부분과 볼록한 부분이 모두 형성된다.

이와 같이 블레이드들 이 S자 형상으로 굴곡된 단면을 가지면 양방향에서 불어오는 바람으로 제1 로터 및 제2 로터가 회전할 수 있다.

풍속이 낮은 상황에서도 제3 블레이드(142)와 제4 블레이드(143)가 회동하고 이와 연결된 제1 블레이드(132)와 제2 블레이드(133)도 함께 회동하므로 제1 로터(130)가 지속적으로 회동함으로써 전력을 생산할 수 있다. 또 제3 블레이드(142)와 제4 블레이드(143)의 회전력으로 전력을 생산하므로 풍력 발전기(20)의 효율이 향상될 수 있다고 회사 측은 설명했다.

도면대로라면 그동안 국내에 설치된 풍력발전기의 일반적인 모습은 커다란 탑에 2개(또는 3개)의 날개가 바람의 영향으로 회전하면서 터빈을 돌려 발전하는 모습이었다. 그러나 두산중공업의 신기술에 따른 풍력발전기의 모습은 2개의 날개 가운데 한 쪽의 주날개(브레이드)에 작은 보조날개 한 개가 다시 설치되는 모양이다.

친환경이 주목받는 요즘, 특히 여름철의 경우 연례행사처럼 반복되는 전력 부족 현상이 두산중공업의 발명으로 조금이나마 해소되기를 바란다.

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