인력발전
人力發電
사람의 힘으로 발전기를 돌려서 전기를 생산하는 것이다.
개인적으로 제작해서 쓰는 경우도 있으며 시판되는 제품도 있다. 축전지와 연결하여 전기를 저장해서 쓸 수 있게 하는 모델도 있다.
전구같은 간단한 물건이 아니라면 전기 제품에 문제가 생길 수 있기 때문에 인버터[1]가 꼭 필요하다. 발전기에서 곧바로 나오는 전류는 매우 불안정하며 특히 인력을 사용하면 더욱 불안하기 때문이다.
대용량 배터리/캐패시터 뱅크와 플라이휠, 리제네레이터까지 장착하면 상용전기 수준으로 안정화되기는 한다. 물론 여기까지 인력발전기를 튜닝하면 다음 단계는 자전거 페달이 달려 있던 위치에 디젤 엔진을 부착하는 것일 터(...)
인력 발전기는 크게 둘로 나눌 수 있다.
인력 발전은 발전량이 너무 낮아서 주력으로 쓰는 것은 불가능에 가깝고, 일상생활에서 실용적인 용도로 사용하기는 힘들다. 자전거 발전기는 1시간 정도 충전하면 텔레비전이나 선풍기를 2,3시간 정도 사용하게 할 수 있는 정도가 한계이다. 에어컨은 전력 소비가 너무 심해서 인력 발전으로는 도저히 어떻게 할 수 없을 지경이다. 에어컨의 컴프레셔는 모터구동식이므로 발상을 전환해서 컴프레셔를 사람이 직접 돌리는 것도 생각해볼 수 있겠지만 적어도 세 명은 에어컨에 갈아넣어야 겨우 한 명분 에어컨 출력이 나온다.
이 때문에 제한된 용도로만 사용되고 있다. 실용적으로 쓰는 경우는 거의 없고 전부 교육 목적 아니면 예능. 극단적인 경우지만, 방공호에 설치되거나 비상용 라디오에 탑재되는 경우는 있다.
그러나 헬스장과 같이 수십명이 동시에 운동하는 장소에서 활용할 경우 킬로와트 수준의 전력을 생산하는 것도 가능하기에[2] 외국에서는 에너지 절약 차원에서 운동기구 전체에 발전기를 설치하는 사례도 있다. 또한 발전 기능이 없는 일반적인 운동기구였다면 마찰열의 형태로 버려졌을 에너지를 재활용한다는 점도 의미가 있다.
개인적인 취미로 인력 발전기를 만들어서 쓰는 사람도 있다. 물론 한두 번 돌려보고 에너지 효율이 극악임을 깨닫고 바로 고물상행. 인력발전기 하나를 자작하는 비용으로 태양전지를 사는 게 효율이 더 높다.
각지의 교육관에서 인력 발전기를 설치하여 석유, 석탄, 우라늄, 태양의 고마움을 느낄 수 있게 해주는 교훈적 효과를 주기도 한다.
현대에는 스마트폰 등의 모바일 기기가 발전하면서 인력발전에 대한 기대감이 커지고 있다. 아무리 배터리의 기술이 발전했다고는 하지만, 일일이 충전하면서 쓰는 것이 상당히 귀찮기 때문인 듯 하다.
현재의 인력발전은 크게 보자면 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다. 하나는 기존의 발전기를 지금까지는 상정하지 않은 장소(인체 부위 등)에 결합하는 것이다. 이렇게 해서 일상 생활을 하면서 동시에 의식하지 않고 전기를 끌어낸다는 아이디어다. 또 다른 하나는 압전소자나 인체전지 등 기존에 쓰이지 않던 발전 방식을 사용하여 효율을 끌어올리는 것이다.
1. 개요
사람의 힘으로 발전기를 돌려서 전기를 생산하는 것이다.
개인적으로 제작해서 쓰는 경우도 있으며 시판되는 제품도 있다. 축전지와 연결하여 전기를 저장해서 쓸 수 있게 하는 모델도 있다.
전구같은 간단한 물건이 아니라면 전기 제품에 문제가 생길 수 있기 때문에 인버터[1]가 꼭 필요하다. 발전기에서 곧바로 나오는 전류는 매우 불안정하며 특히 인력을 사용하면 더욱 불안하기 때문이다.
대용량 배터리/캐패시터 뱅크와 플라이휠, 리제네레이터까지 장착하면 상용전기 수준으로 안정화되기는 한다. 물론 여기까지 인력발전기를 튜닝하면 다음 단계는 자전거 페달이 달려 있던 위치에 디젤 엔진을 부착하는 것일 터(...)
2. 분류
인력 발전기는 크게 둘로 나눌 수 있다.
- 완력 발전기(수동발전기): 손으로 돌리는 발전기. 작고 간단하여 휴대용으로 만들어진다. 발전 용량은 100W 이하. 단점은 팔이 아프기 때문에 오래 돌리기 어렵다. 방식도 흔들어서 발전하는 방식과 크랭크를 돌리는 방법 두 가지가 있으며 크랭크 방식은 일부 라디오에서 사용된다.
- 각력 발전기: 다리로 돌리는 발전기. 자전거에 발전기를 달아놓은 모양이다. 발전 용량은 200W이상 1000W 이하. 역시 장시간 돌리기는 어렵지만 팔 근육보다 다리 근육이 더 장시간 고부하 운전(?)에 적합하기 때문에 300W급 출력(한시간 300W 자전거 준선수급)으로 한시간도 힘들다. 운동 선수의 경우 토스터기 1대 분량(약 700W)의 전력을 생산하는 것도 가능하다.
3. 활용
인력 발전은 발전량이 너무 낮아서 주력으로 쓰는 것은 불가능에 가깝고, 일상생활에서 실용적인 용도로 사용하기는 힘들다. 자전거 발전기는 1시간 정도 충전하면 텔레비전이나 선풍기를 2,3시간 정도 사용하게 할 수 있는 정도가 한계이다. 에어컨은 전력 소비가 너무 심해서 인력 발전으로는 도저히 어떻게 할 수 없을 지경이다. 에어컨의 컴프레셔는 모터구동식이므로 발상을 전환해서 컴프레셔를 사람이 직접 돌리는 것도 생각해볼 수 있겠지만 적어도 세 명은 에어컨에 갈아넣어야 겨우 한 명분 에어컨 출력이 나온다.
이 때문에 제한된 용도로만 사용되고 있다. 실용적으로 쓰는 경우는 거의 없고 전부 교육 목적 아니면 예능. 극단적인 경우지만, 방공호에 설치되거나 비상용 라디오에 탑재되는 경우는 있다.
그러나 헬스장과 같이 수십명이 동시에 운동하는 장소에서 활용할 경우 킬로와트 수준의 전력을 생산하는 것도 가능하기에[2] 외국에서는 에너지 절약 차원에서 운동기구 전체에 발전기를 설치하는 사례도 있다. 또한 발전 기능이 없는 일반적인 운동기구였다면 마찰열의 형태로 버려졌을 에너지를 재활용한다는 점도 의미가 있다.
3.1. 활용 사례
- 핸드폰 충전기: 야외활동 중 급한 전화가 필요할 때를 대비하여 핸드폰을 충전하는 인력발전기가 시판되고 있다. 대부분 비상용으로, 불안정한 전기공급은 잘못하면 전화기를 고장낼 수 있기 때문에 평시 사용은 추천되지 않는다. 사실 진지하게 이런 용도의 비상발전기가 필요하면 AA건전지를 쓰는 충전기[3]나 태양전지, 카트리지식 연료전지 같은 게 더 낫다.
- 인력충전식 라디오, 인력충전식 라이트: 야외 활동을 하는 사람들이 비상 용도로 사용한다. 하지만 핸드크랭크 라디오를 진짜 핸드크랭크로 돌려야 할 정도의 극한 상황에 몰리기 전에 그 라디오를 버려야 할 상황이 먼저 온다. 결국 실용성 제로. 아웃도어보다는 집이나 피난처에서 장기적으로 버텨야 하는 재난상황 등에 더 유리하다. 미국 연방재난관리청(FEMA)에서 규정하는 비상 물품 중 하나이다.
- 헬스용 자전거등 운동기구와 인력 발전기를 결합한다. 운동도 하고 그 칼로리로 전기도 생산해내니 일석이조인 셈이다. 시중에 판매되는 제품은 별로 없고,[4] 대부분은 세탁기 모터 따위를 떼어와 발전기로 개조한 자작품이다. 물론 운동하고 샤워하는데 들어가는 에너지(온수)가 더 크므로 운동 목적이 아니면 완전히 헛수고. 하지만 운동 목적으로는 전력량계 수치 올라간 게 마치 마일리지 적립하는 것 같은 기분이라 심리적인 면에서는 긍정적이다. 또한 운동기구 내에 회전운동 또는 수직운동을 하는 부분이 있다면 헬스 자전거 외의 운동기구에도 발전기를 설치할 수 있다. 운동기구가 없더라도 전기자전거가 있다면 모터의 전선을 배터리 대신 부하에 연결한 뒤 페달을 돌려서 발전기로 활용하는 것도 가능하다. 모터와 발전기의 구조가 동일하다는 점을 이용하는 것이다. 물론 발전기로 사용한 후 모터를 배터리에 연결시키면 다시 원래의 목적으로 활용할 수 있다.
- 자전거의 헤드라이트와 바퀴를 연결하여 달리는 동안에 라이트가 켜지게 한다. 아주 옛날 자전거에만 달려 있다.[5] 정차 중에는 불이 꺼지고 달리는 도중에도 불이 그리 밝지 않으며 발전기 무게가 무겁고[6] 고장도 잘 나는데다가 타이어의 사이드월을 갈아먹는 단점 덩어리라 요즘엔 그냥 배터리를 쓴다. 참고로 현대적인 자전거 부착 발전기는 체인에 연결하거나 크랭크에 내장하는 형태이다. 역시 이것도 여러 단점이 있어서 인기는 없다. 무엇보다 충전식 배터리 가격이 많이 저렴해졌고, LED 라이트가 등장하면서 소비전력이 내려가 사용가능 시간도 증가해 사실상 의미가 없어졌다. 생활용도로는 며칠에 한번씩만 충전하면 되고, 여행갈때도 1,2개면 하루 정도는 너끈하다.[7] 애초에 자전거는 야간 라이딩 비중이 크지 않기 때문에 켜는 시간도 적어 갈수록 사용자는 더욱 더 적어졌다. 옛날에야 건전지구하기 힘들고 자전거가 밤낮 유용한 교통수단이었으니까..
3.2. 취미와 교육
개인적인 취미로 인력 발전기를 만들어서 쓰는 사람도 있다. 물론 한두 번 돌려보고 에너지 효율이 극악임을 깨닫고 바로 고물상행. 인력발전기 하나를 자작하는 비용으로 태양전지를 사는 게 효율이 더 높다.
각지의 교육관에서 인력 발전기를 설치하여 석유, 석탄, 우라늄, 태양의 고마움을 느낄 수 있게 해주는 교훈적 효과를 주기도 한다.
3.3. 실용 사례
- 브라질 미나스제라이스 주의 산타 리타 교도소는 죄수들에게 인력 발전을 시켜서 전기를 지역 사회에 공급하고 있다. 자전거가 총 4대 배치되어 있으며, 8명의 죄수들이 하루 종일 번갈아가면서 사용하는 것으로 알려져 있다. 원하는 죄수들이 이 노역에 동원될 수 있고, 죄수들은 발전시간 16시간 당 1일[8]의 감형을 받는다. 생산한 전기는 배터리에 저장했다가 가로등을 밝히는데 사용한다. 한 죄수는 강도죄로 5년 형을 받았는데 20일의 감형을 받았고 체중은 4킬로그램 줄었다고 한다.##
3.4. 연구 사례
현대에는 스마트폰 등의 모바일 기기가 발전하면서 인력발전에 대한 기대감이 커지고 있다. 아무리 배터리의 기술이 발전했다고는 하지만, 일일이 충전하면서 쓰는 것이 상당히 귀찮기 때문인 듯 하다.
현재의 인력발전은 크게 보자면 두 가지 방향으로 연구가 진행되고 있다. 하나는 기존의 발전기를 지금까지는 상정하지 않은 장소(인체 부위 등)에 결합하는 것이다. 이렇게 해서 일상 생활을 하면서 동시에 의식하지 않고 전기를 끌어낸다는 아이디어다. 또 다른 하나는 압전소자나 인체전지 등 기존에 쓰이지 않던 발전 방식을 사용하여 효율을 끌어올리는 것이다.
- 예상치 못한 곳에 발전기가!
- 압전소자
- 생체연료전지
- 효소를 이용하여 혈액 등의 체내 성분을 분해해서 전력을 얻어내는 장치가 개발되고 있다. 이 쪽은 생체 삽입형 의료기구(자동제세동기, 심장 페이스메이커 등)에 활용되기 위한 연구가 진행중이다. #
4. 픽션의 인력 발전
- 노홍철은 무한도전 육남매특집에서 자신의 몸에 내장발전기가 있다고 개드립을 친 적이 있다. 문제는 그 부위가 어금니...
- 만화 북두의 권의 쟈코는 제도의 지하에다가 거대한 인력 발전기를 설치해놓고, 노예들을 동원하여 강제로 발전기를 돌리게 하여 전기를 밝히고 있다. 둥그렇게 돌면서 인력으로 돌리며 일을 시키는 것은 아득한 옛날부터 하던 방법이다.
- 애니메이션 심슨 가족 21시즌 19화에서는 바트 심슨을 동력원으로 활용한 인력발전을 선보였다. 바람이 불지 않아 풍력발전기가 작동하지 않는 상황에서 바트 심슨이 직접 발전기의 날개를 돌려 전기를 생산하였다. 작중 묘사로 드러난 바에 따르면, 초등학생인 바트 심슨 혼자서 2층짜리 주택의 전기를 모두 공급할 정도로 효율성이 뛰어난 발전 방식임을 유추할 수 있다. 바트 심슨이 더 이상 동력을 공급할 수 없을 때에는, 동력원을 리사 심슨으로 교체하여 운용시간을 연장할 수 있다. 하지만 갑작스런 돌풍으로 풍력발전기가 완파되면서 심슨가의 인력발전은 중단된다.
- 킬라킬에서 누디스트 비치의 기함 '알몸의 태양 호'의 주 동력원이 인력발전이다. 부대원들이 몽땅 달라붙어도 전력이 부족하던 터빈을 만칸쇼쿠 마코가 (극교복으로 강화된 상태에서)다른 동아리 부장들과 함께 돌려서 엄청난 출력을 내는 장면이 있다.
- 개미혁명에서 혁명을 일으키고 대학을 점령한 주인공들이 자전거를 발전용으로 사용한다.
- 쌉니다 천리마마트 입구 회전문은 고객이 인력으로 모터를 돌려서, 일정량 이상 충전하지 못하면 못나오는 방식으로 되어있다. 몸매 좋고 얼굴 예쁜 조미란 주임이 아침마다 다이어트 한다고 문을 돌려대는 통에, 천리마 마트의 명물이 된다. 게다가 어느샌가 추가충전하면 건전지도 사은품으로 준다고 한다.
- 네이버 웹툰 놓지마 정신줄에서는 발전량이 너무 많아서 역으로 돈을 받았다.
- 엄밀히 말해 인력발전은 아니지만, 애니메이션 암호명: 이웃집 아이들에서는 이웃집 아이들 기지의 주 동력원이 수많은 햄스터들이 돌리는 터빈이다. 이들이 단체로 휴가를 떠났을 때 전력이 부족해서 위기에 처한 일도 있다.
- 그랑죠의 한 에피소드에서도 악당이 어떤 마을의 사람들을 잡아다 쥐로 변신시켜 발전기를 돌리는 데 써먹는 장면이 나온다.
- 던전 앤 파이터의 마도학자 스킬 중 '플로레 컬라이더'는 인력발전 컨셉의 스킬이다.
- Oxygen Not Included에서 수동 발전기가 존재하며, 전기가 부족해지면 복제체가 열심히 쳇바퀴를 굴린다. 연구를 통해 다른 발전소를 짓기 전까지 사용하는 편이며, 가끔 전기난이 찾아왔을 때 임시방편으로 사용하기도 한다.
[1] 직류(DC)에서 교류(AC)로 변환해 주는 장치[2] 이 영상에 따르면 10명이 자전거 발전기를 돌릴 시 1500~3000W의 전력이 발생한다고 한다.[3] 직접 만드는 방법도 있다.AA건전지4개를 직렬연결하고 양극과 음극을 차량용충전기에 연결해보자.[4] 국내에 시판되는 제품들은 일반적인 헬스용 자전거에 비해 훨씬 비싼 경우(100~200 만원)가 흔하므로 자작에 비해 가성비가 매우 떨어진다. 일반적인 헬스용 자전거를 직접 사서 개조하는 것이 더 싸게 먹힌다. 자전거 발전기를 만들 때 비싼 부품이나 고급 기술이 필요하지는 않으니 가격 거품이 지나치게 크다고 할 수 있다.[5] 60~70년대 짐자전거(쌀집자전거)를 다시 내놓은 삼천리자전거의 "스탠다드"모델에는 옛날식 발전기와 헤드라이트가 달려 있다. 실용성보다는 스탠다드가 올드 모델의 복각판의 개념이므로, 거의 장식으로 달려 있는 것이다.[6] 자체 무게는 200g 내외이지만 로드나 하이브리드 자전거의 경우 자전거 자체 무게가 입문급도 10kg 정도이다. 저 발전기 하나가 자전거 무게를 2%나 늘린다.[7] 여행 시에는 아예 쓰고 버릴 요량으로 일회용 건전지를 다수 사서 다 쓰면 교체하는 경우가 많다. 다 떨어져도 편의점이 많은 한국 특성상 사서쓰는 게 더 편하고 값도 별로 비싸지 않다.[8] 한국경제의 기사에서는 16시간당 1년이라고 했는데, 이건 너무 비현실적이라 아무래도 오역인 듯 하다.;