작성일 : 15-12-21 13:52
스페인의 고속도로 신재생 전력 생산 프로젝트 (제98호)
조회 : 4,789  
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ESPHERA 프로젝트
 
현재 스페인에서는 도로의 상황을 고려하여 도로 위에서 에너지를 생산하고 수확할 수 있는 기술과 시스템을 연구하고자 ESPHERA 프로젝트를 진행하고 있다. ESPHERA 프로젝트란 Estudio de Sistemas de Producción y Harvesting de Energías Renovables en Autopistas의 약어로 고속도로의 재생 에너지 수확과 생산을 위한 시스템 연구를 의미하며, 사라고사 대학(Saragossa University)에 속해 있는 연구센터인 CIRCE와 스페인의 건설회사인 Ferrovial, CI3(Center for Intelligent Infrasture Innovation)가 공동으로 수행하고 있다.
 
재생가능 에너지(Renewable Energy) 분야에서 커다란 진보가 이루어지고 있는 현재, ESPHERA 프로젝트는 여러가지 재생가능 에너지를 도로에 통합할 수 있는지 그 실현가능성을 평가하기 위해 수행되고 있다. 한편, 여러 가지 기술에 대한 이론적 분석을 수행하고 있는데, 이러한 기술들은 고속도로의 통행료 징수나 조명 시스템 등에 사용할 수 있는 지속가능한 전기에너지 자원을 도로가 스스로 생산할 수 있도록 도와준다.
 
지난해 9월 말 프로젝트가 본격적으로 시작되었다. 고고속도로의 지능형교통시스템(ITS)을 통해 전기에너지 소비를 측정하고, 수집된 데이터를 토대로 에너지 시스템의 설치가능성을 분석하기 위해 다른 기상 변수를 고려한 이론적 모델을 공식화하였다. 또한 에너지 기술을 적용하기 위해 경제성, 효율성, 지속가능성과 환경에 미치는 영향 등 모든 요소들이 고려되었으며, 설치의 용이성과 작동을 위해 필요한 자원, 작업시간, 기술적 준비와 같은 부분들까지 고려해 가장 유망한 기술들을 후보군으로 선정하였다.
 
추가적으로 프로젝트 연구진은 태양광 발전, 풍력, 지열과 같이 현재 구축된 재생가능 에너지원에 대한 분석방법뿐만 아니라 더 혁신적인 시스템인 액체의 움직임에서 에너지를 확보하는 SRECC, 고속도로 표면의 열전도를 이용한 시스템, 바람의 진동에 의한 전기에너지를 생성하는 VORTEX, 과속방지턱 구조를 이용한 i-Bump 등 다양한 신기술에 대해 조사 및 분석을 수행하였다.
 
 
VORTEX
 
이 프로젝트에서 가장 유망한 기술인 VORTEX는 스페인의 기업인 보텍스 브라드리스(Vortex Bladless)가 개발하였다.
 
VORTEX는 풍력발전기1)의 유형이지만 ‘날개 없는 풍력 발전기’의 형태로 긴 막대 한 개가 흔들리면서 전기에너지를 생성하는 새로운 모델이다. 1940년에 미국의 워싱턴 주 타코마 내로스 브릿지(Tacoma Narrows Bridge)의 붕괴사건에서 영감을 얻게 되었다. 이는 개통 후 4개월 만에 바람에 의해 발생하는 공기 소용돌이가 거대한 진동을 일으켜 교량이 붕괴되었고 이 진동을 일으키는 작용에서 시스템을 착안하게 되었다. 공기 소용돌이의 진동으로 다리를 파괴할 만큼 에너지 생성이 가능하다면 반대로 이를 제어할 경우 막대한 에너지를 추출할 수 있다는 발상의 전환으로 이루어진 기술이다.
 
VORTEX의 구조는 공기와 같은 유체에 의한 에너지를 변환할 수 있도록 설계되었으며 바람을 받으면 좌우로 기둥이 흔들리면서 에너지를 생성한다. 이는 기존의 회전 날개를 가진 풍력발전기보다 구조가 간단하기 때문에 건설비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 내부는 얇은 막대로 위아래가 분할되어 있는 구조이며, 아래쪽 통 안에는 자석 2개가 내장되어 좌우로 흔들리는 상단 날개 움직임을 전기에너지로 바꿔 발전하는 역할을 한다. 상단 날개는 경량 탄소섬유와 유리섬유강화플라스틱(FRP) 재질로 구성되어 고강도와 고경량을 동시에 지니고 있으며 날개의 무게를 감소시켜 발전 효율을 높였다고 한다. 또한 기존 풍력발전에 비해 설치 면적이 적기 때문에 비용적 측면에서 매우 효율적인 시스템이라고 볼 수 있다.
 
그 밖에, 본 프로젝트에서 VORTEX를 도입한 이유로는 설치가 간단하고 유지보수가 쉽다는 점을 들 수 있으며, 감시 카메라, 차량대수 산정, 기상관측소 등 고속도로에 존재하는 장비들의 원활한 에너지 공급을 위해 유용하게 이용할 수 있는 매우 혁신적인 시스템이라고 할 수 있다. 현재 VORTEX는 효율성 제고를 위해 디자인을 개선하고 있으며 2015년 말에는 첫번째 시스템을 선보일 전망이다. 실제 고속도로 노선상에서 시범사업을 시행하여 결과를 분석하면 그 효과를 확인할 수 있을 것이다.
 
 
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I-Bump
 
과속방지턱의 구조를 이용한 I-Bump는 차량의 속도를 조절하는 효율적인 방법이다. 차량의 속도와 환경을 쉽고 빠르게 인지하여 원격으로 차량의 수, 차량의 무게, 통행속도 등과 같은 통계수치와 제한속도, 활성화/비활성화 등과 같은 설정을 조정할 수 있다.
 
이 시스템은 운전자의 감속이 요구되는 구간에 기존 과속방지턱을 대신하여 설치할 수 있으며, 차량 통과 시 속도 감소와 동시에 I-Bump 내부에서 고성능 전기 에너지를 생성 및 변환하여 전기 그리드에 공급하는 방식이다.
 
 
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시사점 및 국내 적용 방안
 
위의 사례들과 더불어 에너지의 생성, 저장, 저소비 시스템을 공급하기 위해 다양한 방법이 검토되고 있다. 이는 에너지 기술의 가치가 진동(vibration), 기온 경도(temperature gradient), 전자기복사(electromagnetic radiation), 빛(illumination) 등에 의해 생산되는 다양한 자원을 활용할 수 있는 능력에 달려 있으며, 공급 무제한의 자율성이 주어진다. 기존의 배터리를 사용하거나, 전기 네트워크에 별도로 연결될 필요 없이 주위 환경으로부터 지속적으로 에너지를 생성할 수 있는 것과 같은 높은 가치가 부여되기 때문이다.
 
스페인은 원활한 에너지 공급을 위해 에너지 생성을 위한 다양한 연구를 진행하고 있으며, 이 중 하나인 ESPHERA 프로젝트는 도로 위 에너지 생성에 관한 연구와 개발을 목표로 다양한 유형의 에너지 생성 및 저감방안을 통합하는 방법의 중요성을 부각시키고 있다. 현재 이 프로젝트의 도입은 법률 및 정책의 한계로 장애에 직면하고 있으나 그 연구자체로서 큰 의미를 가지고 있다고 볼 수 있다.
 
우리나라도 풍력, 수력, 태양광 등과 같은 기존의 친환경에너지 도입에서 한걸음 더 나아가 다양한 에너지원의 생성과 구축을 위한 시스템 및 본 프로젝트와 같이 기존 인프라에 도입이 가능한 연구를 수행하여 도로부문 에너지 저감정책에 일조할 수 있는 다양한 방안을 마련할 필요가 있다고 사료된다. ▣
 
 
 
 
1) 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력 발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산함. 우리나라의 경우에도 바람개비 모양을 한 삼양대관령목장 풍력발전기를 볼 수 있음
 

참고문헌
1. “A project studies renewable electricity generation on motorways”, Energy Harvesting Journal, 2015
2. “ESPHERA project: Is it integrating renewable energies into the motorways feasible?”, ferrovial, intelligent infrastructure, 2015
 

 
   
 

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