풍력 발전기 교과서

▣ 출판사서평

2011년 9월 15일, 하동 발전소가 정지하면서 발생한 대규모 정전 사태에 많은 사람들이 깜짝 놀란 적이 있다. 그 당시 정전에 처한 많은 사람들은 ‘이렇게 대규모 정전이 일어날 수도 있구나.’ ‘집에서 전기를 만들 수 있다면 정전에 대처할 수 있을 텐데.’ 하며 많은 고민에 빠졌다. 아무 때나 쓸 수 있다고 생각했던 전기도 한순간에 끊어져버릴 수 있는 시대에 우리는 살고 있는 것이다. 게다가 원자로 24기를 보유한 한국은 후쿠시마 원자력 발전소 폭발 같은 잠재적인 위험에 그대로 노출되어 있다.
이 때문에 많은 사람들이 친환경적이면서도 안정적인 전기 에너지를 얻을 수 있는 신재생에너지 분야에 많은 관심을 보이고 있다. 한국 정부는 태양광이나 풍력, 지열, 파도 등 신재생에너지 분야를 개발하고 대중화하기 위해 힘쓰고 있으며, 특히 2015년 12월 12일 195개국이 ‘파리 협정’에 합의하면서 신재생에너지에 대한 관심이 전에 없이 증가하고 있다.
신재생에너지 분야 중에서 일반인이 만들고 운영할 수 있는 것은 태양광 발전과 풍력 발전이 전부라고 해도 과언이 아니다. 태양광 발전의 경우, 다양한 기성품이 판매 중이고 개인이 직접 발전기를 만드는 경우에도 복잡한 기술이나 이론이 필요 없다. 하지만 풍력 발전은 상대적으로 자작 공작에 가깝고 자작에 필요한 이론이나 제작 노하우를 얻기도 매우 어려운 형편이다. 풍력 발전에 아무리 관심이 있어도 쉽사리 접근하기가 매우 어렵다고 할 수 있다.

전기도 내 손으로 직접 만들어 쓰자
핵심 설계도와 제작 기법을 제공하는 최고의 발전기 교본

《풍력 발전기 교과서》는 이런 어려움을 단번에 해결해줄 풍력 발전 입문서다. 이 책은 스스로 풍력 발전기를 만들어보는 것을 최종 목표로 하며, 풍력 발전에 대한 지식을 단계별로 상세한 사진과 그림으로 정리했다. 10여 년 동안 자작 발전기를 만들어온 저자의 설명과 안내를 따라간다면 풍력 발전기 제작에 대한 모든 것을 누구라도 어렵지 않게 익힐 수 있다.
먼저 저자는 풍력 발전기를 왜 직접 만들어야 하는지를 설명한다. 기성품으로 나온 풍력 발전기는 자작 발전기와 비교해 굉장히 고가인 경우가 많다. 그리고 자신이 살고 있는 지역의 풍속에 작동하지 않는 경우도 대부분이다. 보통 풍력 발전기에 적합한 풍속은 평균 5m/s인데 자작이라면 5m/s 미만에도 발전이 가능한 풍력 발전기를 만들 수 있다.
자작 발전기의 당위성을 설명한 저자는 블레이드, 에어갭 발전기, 인버터, 컨트롤러 같은 핵심 부품을 하나하나 살펴본다. 독자는 이 책에서 발전기를 만드는 목적과 거주하는 지역의 풍속에 알맞은 발전기를 만들기 위해 어떤 부품을 고르고 만들어야 하는지를 배울 수 있다. 또 어디서 필요한 부품을 구매해야 하는지도 간단히 알 수 있다.
저자는 풍력 발전기를 만들면서 수년간 시행착오를 겪었다. 그래서 발전기를 처음 만들려는 사람들의 수고를 조금이라도 덜어주기를 바라는 심정으로 자신의 모든 노하우를 이 책에 담았다고 한다. 이런 저자의 배려는 블레이드와 에어갭 발전기 등 핵심 부품을 직접 만들어보는 대목에서 빛을 발한다.
제작에 꼭 필요한 핵심 설계도와 제작 기법을 숨김없이 모두 공개했기 때문에 독자는 블레이드와 에어갭 발전기를 비롯한 여러 전자 부품의 설계도와 회로도를 모두 활용할 수 있다. 그리고 발전기 제작에서 가장 어렵고 신중한 작업이라는 코일 감기를 쉽게 할 수 있는 방법도 익힐 수 있다. 풍력 발전기 제작에 도전한 많은 사람들이 고민하고 좌절했던 지점을 저자가 족집게처럼 집어내 속 시원하게 알려준 셈이다.
이뿐만이 아니라 저자는 자신이 왜 이런 재료를 선택하고 왜 이 방식을 선택했는지를 설명하면서 자연스레 제작 노하우를 전달한다. 예를 들면 블레이드를 만들 재료를 선택하는 대목에서 저자는 재료 선택지로 목재나 발사재 또는 알루미늄판 등을 언급하고 재료 하나하나의 장점과 단점을 열거한다. 결국 염화비닐관을 선택하면서 염화비닐관이 다른 어떤 재료보다도 안정성이 우수하며 가공성이 좋고, 중량이 가벼우며, 값이 싸다는 점을 알려준다.
풍력 발전기는 무엇보다 안전이 중요하다. 풍차 역할을 하는 블레이드가 자칫하면 큰 위험이 될 수 있기 때문이다. 전기를 발전하는 장치이기 때문에 감전 사고도 주의해야 하지만 먼저 블레이드 자체에 대한 안전관리가 이루어져야 한다. 저자는 블레이드를 안전하게 관리하는 법을 알려주며 이밖에도 발전기와 기타 부품들을 관리하는 요령도 친절하게 설명한다. 혹시 모를 감전 사고를 방지하기 위한 부품 접속법과 배터리 폭발을 예방하기 위한 축전지 관리법도 정리한다.
이 책에서 소개하는 풍력 발전기는 100W급이다. 이 때문에 입문용 발전기 제작 가이드라고 생각해도 큰 무리는 없다. 게다가 이 정도 발전량으로 무엇을 할 수 있겠냐고 의심의 눈빛을 보내는 사람도 있을 것이다. 다만 이 책에서 말하는 발전기 제작 목표는 여타 입문서와는 다르다. 대개 입문용 발전기는 말 그대로 일단 만들어보는 것에 초점을 맞춘 경우가 많다. 자신이 직접 발전기를 만들어본다는 사실에 의의를 둔 것이다.
하지만 이 책의 저자는 상당한 용량의 자동차 배터리를 이용해 발전기를 만든다. 이 배터리 덕분에 100W 규모의 발전량이라도 충분히 가정에서 활용할 수가 있다. 저자는 자신이 직접 생산해 모은 전기로 어떤 일을 얼마만큼 할 수 있는지를 다양한 사례를 통해 설명한다. 9 ? 15 정전 사태 같은 대규모 정전에서 비축한 전기를 어디에 어떻게 쓸 수 있는지를 배울 수 있는 것이다. 저자는 자동차 배터리에 모은 전기로 어떤 일이 가능하고 어떤 일을 할 수 있는지를 자신의 노하우와 함께 보여준다.

누구라도 쉽게 풍력 발전기를 만들 수 있다
전문가가 공개하는 최고의 DIY 매뉴얼

이 책은 자작 발전기 전문가의 10년 노하우를 정리한 책으로 발전기 자작에 도전하는 사람에게는 알토란같은 정보와 제작 요령을 제공해준다. 이에 덧붙여 감수자(이재열, 마을기술센터 핸즈 연구소장)와 서울환경운동연합의 에너지기후팀의 도움을 받아 한국 상황에 맞는 지식을 추가했다. 예를 들어 자동차용 발전기 사용의 장단점을 분명하게 언급하고, 블레이드 설치 장소를 탐색하는 과정에서 한국 실정에 맞는 요령을 알려준다. 이밖에도 일반인이 친환경 발전에 도전해볼 수 있는 여러 방법을 정리해 싣기도 하는 등 다양한 정보를 보완했다.
특히 책 뒤편에 있는 부록에는 한국 여건에 맞는 정보를 갈무리해 실었다. 특정한 부품을 구입할 수 있는 한국 인터넷 사이트와 풍력 발전기 자작과 관련한 커뮤니티를 소개했다. DIY 분야에 관심이 많은 독자라면 해당 분야의 노하우를 공유하고 교류하는 데 많은 도움을 받을 수 있을 것이다.
《풍력 발전기 교과서》는 내 손으로 직접 풍력 발전기를 만들기 위한 제작 원리와 관리에 이르는 전반적인 내용을 일목요연하게 정리한 책이다. 따라서 누구라도 풍력 발전기의 원리와 구조를 이해하고 직접 만들 수 있게 도와준다. 이 책을 따라 내 손으로 직접 전기 에너지를 만들어보자. 풍력 발전기를 설치하면 지금 당장은 아닐지라도 전기 고지서의 요금이 바람처럼 가벼워지고, 내 손으로 직접 에너지 문제를 해결한다는 뿌듯함이 생긴다. 10여 년 동안 풍력 발전기를 만들어온 저자의 오랜 경험이 담긴 설계도와 제작 기법을 활용한다면, 누구든 풍차와 발전기를 직접 만들고 완성할 수 있다.

▣ 작가 소개

저자 : 나카무라 마사히로
일본의 자작 발전기 전문가. 10년 넘게 풍력 발전기와 태양광 발전기를 만들면서 자신만의 제작 노하우를 쌓아왔다. 오랜 발전기 제작 경력은 직장인이었던 그를 누구 못지않은 자연 에너지 전문가로 탈바꿈시켰다.
2014년 NHK의 인기 방송 〈정오 핫〉이 방송한 ‘자가발전을 직접 만들자’라는 기획 프로그램에서 대대적으로 그를 소개했고, 그 후 자작 발전기 전문가로서 일본 전역에 알려졌다. 지금은 도쿄와 간토 북부 지방을 중심으로 에너지 관련 강연과 컨설팅 활동을 활발히 펼치고 있다. 풍력 발전기와 태양광 발전기 외에 이동형 허브 다이나모를 이용한 수력 발전기도 만들고 있으며, 이렇게 얻은 전기를 다방면에서 활용하는 방안도 연구 중이다. 저서로는 《풍력 발전기 교과서》 《직접 만드는 허브 다이나모 수력 발전》 《직접 만드는 자가발전》 《집에서 즐기는 발전》 등이 있다.

▣ 주요 목차

들어가는 말 - 회사원이 꿈에 그리던 풍력 발전기를 만들다

제1장 자작 풍력 발전기에 눈을 뜨다
긴급 상황 시 자가 소비량을 감당할 수 있는 시스템 13
자작 발전기의 역할 15
왜 풍력 발전인가? 17
자작 풍력 발전의 목표 발전량 20
풍차의 형태 23
어떤 발전기를 고를까? 28
시판 발전기와 자작 발전기의 제작 비용 비교 30
풍력 발전기를 만들기 위한 전문 지식과 기술은? 31

제2장 발전기로 사용할 수 있는 부품
기성품 발전기 35
자작 발전기 40

제3장 에어갭 발전기 제작하기
에어갭 발전기 제작의 작업 순서 45
에어갭 발전기의 구조 47
코일용 구리선 고르기 50
자석을 고르는 법 56
발전기 설계 59
코일을 감는 공작 도구를 제작하는 예 62
에어갭 발전기의 제작과 주의점 68
단상교류와 삼상교류 77
정류회로 80
발전기의 성능 85

제4장 블레이드 만드는 법
바람 세기 89
블레이드의 수와 모양 93
블레이드로 사용할 수 있는 재료 97
염화비닐관 블레이드 만들기 100
블레이드 부착 106

제5장 자작 풍차의 응용
냄비와 볼을 이용한 자작 풍차 113
수직축(요축) 베어링 116

제6장 전기 저장하기
발전된 전기의 흐름 121
배터리의 종류 123
배터리는 전기의 저수지 124
과충전과 과방전 125
배터리 충방전 컨트롤러 만들기 126
절대 빠질 수 없는 컨트롤 기능 133
풍력 발전기의 설치 137

제7장 저장한 전기를 사용하기
비상용 전원 141
DC 12V 전원으로 사용한다 143
AC 어댑터 147
가정용 전기 기구를 사용한다 150

제8장 자작 풍차의 위험성
강풍에 대한 대책, 긴급 브레이크 155
블레이드 파손 사고 157
유지와 보수 159
설치하기에 적합한 장소 162
TIP 친환경 발전에 도전해보자! 164

제9장 자작 풍차의 미래
공원에 장식품은 필요 없다 169
개개인의 힘이 세상을 바꾼다 171
에어갭 발전기의 또 다른 용도 174

부록
발전기 제작을 위한 공구와 부품 179
주요 부품의 구입처 181
풍력 발전 관련 커뮤니티 183