디자인을 이용한 풍력발전 (바레인 세계 무역 센터)

요즘 석유를 이용한 석유 수출국 기구(OPEC)의 자원 민족주의와 화석연료 사용으로 인한 지구 온난화와 환경오염 등으로 세계 각국이 신재생 에너지의 개발에 열을 올리고 있습니다. 그런데 건축물의 디자인을 이용해서 건물을 발전을 하는곳이 있어서 눈길을 끄는 곳이 있는데요. 대표적으로 바레인의 세계무역센터 (Bahrain world trade center) 입니다. 이 곳은 건물 자체에 풍력 발전기가 있는데요. 이 곳의 풍력발전 원리를 대표적으로 몇 개만 알려 드리겠습니다.

신재생에너지(New Renewable Energy)란?

기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지. 지속 가능한 에너지 공급체계를 위한 미래에너지원을 그 특성으로 한다. 신재생에너지는 유가의 불안정과 기후변화협약의 규제 대응 등으로 그 중요성이 커지게 되었다. 한국에서는 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지), 총11개 분야를 신재생에너지로 지정하고 있다.

바레인 세계무역센터 (Bahrain World Trade Center)

위치: 바레인 (Manama, Bahrain)

용도: 복합용도 시설

설계회사:  Atkins
스 폰 서: DTZ Bahrain (marketing), HAJ, BWTC
파이낸싱:  HAJ
건축시기: 2006년 착공, 2008년 완공
수상
The 2006 LEAF Award for Best Use of Technology within a Large Scheme
The Arab Construction World for Sustainable Design Award
2007 EDIE Award for Environmental Excellence
2008 Best Tall Building Award
2009 NOVA 외 다수

바레인 마나마의 킹 페이설 하이웨이에 위치하고 있는 바레인 세계 무역 센터는 기존의 5성급 쉐라톤 호텔단지의 확장의 일환입니다. 이곳은 쇼핑 센터와 고급 레스토랑, 푸드코드, 쉐라톤 호텔, 비지니스 텐터, 헬스 클럽 및 스파 등이 입점해 있습니다.

시선이 집중되는 바레인 세계무역센터
바레인 세계무역센터는 완공전부터 많은 관심을 불러 일으켰는데요. 그 이유는 건물의 디자인에만 있는것이 아닙니다. 이 곳은 건물에 대규모의 풍력발전 시스템을 도입한 성공적인 사례가 없었기 때문입니다. 기존에는 건물에 대규모 풍력발전 시스템을 도입한 경우에는 윈드 터빈 개발비만 건물 단가의 30%를 차지할 정도로 높은 비용이 문제가 되었습니다. 하지만 바레인 세계무역센터는 윈드터빈의 가격이 전체 건물 단가의 3.5% 정도만 차지해서 건물 단가, 발전효율 면에서 성공적인 사례로 평가되고 있습니다. 무엇보다도 바레인 세계무역센터는 건물에 대규모 풍력발전 성공적으로 구현된 첫 사례라는 점에서 사람들의 이목이 집중되는 이유가 아닐까 합니다.

Principle of Green Design

1. 바다와 육지와의 비열차

바레인은 위도 26˚에 위치하여 아열대고압대의 영향으로 비가 잘 내리지 않는 기후이기 때문에 식생이 빈약하고 연교차 보다는 일교차가 큰 곳입니다. 그래서 이곳은 육지와 바다와의 비열차를 이용한 발전을 하게되었습니다. 육지와 바다의 비열차의 원리는 육지가 바다보다 비열이 낮으므로 낮이 되면 육지는 바다보다 빨리 가열이 됩니다. 그렇기 때문에 육지는 상대적으로 저기압이 되서 상승기류가 생성되고 바다는 고기압이 되서 하강기류가 생성되어 바다에서 육지쪽으로 바람이 부는 해륙풍이 생성됩니다.

간단하게 말하자면, 바레인의 세계무역센터는 페르시아만에서 불어오는 강력한 바람을 이용해서 풍력발전을 하는 것입니다.

*아열대 고압대란?

남북 양반구의 위도 30° 부근에서 띠 모양으로 지구를 둘러싸고 있는 기압이 높은 지역으로 이 지역에 해당되는 곳은 연중 하강기류가 있어서 습도가 낮고 날씨가 맑다.

*참고) 지구에는 크게 적도 저압대, 아열대 고압대, 고위도 저압대, 극 고압대가 존재합니다.
나중에 제가 시간이 된다면 이것들을 정리해서 올려드리겠습니다

2. 벤츄리 효과 (Venturi effect)

벤츄리 효과는 베르누이의 정리(유체가 흐르는 속도와 압력, 높이의 관계를 수량적으로 나타낸 법칙. 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 항상 일정하다는 성질을 이용한 것.)를 이용한 것으로 공기의 속도가 넓은 곳을 통과할때는 느려지고 좁은 통로를 통과할때 더욱 빨라 진다는 것입니다.

바레인의 세계무역센터는 두 쌍둥이 건물이 45˚ 각도로 마주보게 하여 바다에서 불어 오는 공기를 한 가운데로 모아 발전 효율을 높였습니다. 연구자들은 전력 생산 잠재력을 높이기 위해 공기의 흐름이 S자 곡선이 되게 하였습니다. 실제로 이 곳은 전체 발전 시간의 50% 정도가 풍속 15m/s~20m/s이상이 발생하여 최고효율로 발전하고 있습니다. 이는 건물의 전체 전력수요의 11~15%를 충당할 정도로 많은 전력인데요. 이것은 매년 300가구 정도에 전력을 제공하는것과 같은 양이라고 합니다.

참고) 제가 위에서 아열대 고압대의 영향을 받아 맑다고 했는데요. 그럼 왜 바레인 세계무역센터에서 태양열 발전을 안했는지 의문을 가지실분이 있으실것 같아서 참고로 알려 드립니다.
태양열 발전은 온도가 임계점 이상으로 올라가면 발전 효율이 오히려 떨어 지게됩니다. 그 이유는 현재 태양열 발전 설비의 90% 이상을 차지하는 실리콘 태양전지 때문인데요. 실리콘 태양전지는 태양빛 에너지가 전기에너지로 전환되는 과정에서 열손실이 발생합니다. 그리고 이때 발생한 열로 발전 모듈의 온도가 높아지면 높아질수록 에너지생산 효율이 떨어지게 됩니다.

참고 자료: 네셔널 지오그래픽, 위키 백과사전, 네이버 백과사전, 기상청 블로그