[에너지단열경제]박장수 기자  

전남 신안군 임자도 앞바다에 오는 2029년까지 총 8.2GW 규모의 대규모 해상풍력단지가 조성된다.  

총 사업비는 48조 5000억원이다.
​한국전력과 전라남도, 신안군, 전남개발공사가 공동으로 개발 조성한다.
대규모 풍력 발전이 우리나라에도 본격화 되고 있는 것이다.
정부가 2030년까지 총 발전량의 20%를 재생에너지로 충당한다는 재생에너지 3020 이행 계획에 따라 풍력발전의 중요성은 더욱 커질 것으로 예상된다.
풍력발전이란 바람의 힘을 이용하여 전기를 만들어 내는 것이다.
풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력 발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다.
풍차의 원리를 이용하는 방식이다.
풍력 발전은 환경오염을 적게 발생시키는 재생 에너지에 해당한다.
풍력발전단지는 설치 장소에 따라 해상과 육상으로 나누어 진다.
해상풍력은 해상에 설치되어 경관 및 소음문제가 작다.
또 대규모 풍력단지 조성이 가능하고 균질한 풍향으로 안정적인 설비운영이 가능하다.
육상풍력은 땅위에 설치되는 만큼 유지보수 및 관리가 용이하다.
또 해상풍력 대비 건설투자비가 적고 건설기간이 짧다는 장점이 있다.
하지만 아무리 재생에너지라도 분명한 장점과 단점을 지니고 있는 만큼 우리 현실에 맞게 조성하는 것이 전제돼야 한다.
 

<풍력발전의 원리>
블레이드(날개)가 회전하면서 발생하는 기계에너지를 발전기를 통해 전기에너지로 변환하는 원리다.
풍력터빈 주요 구성에서 먼저 타워(Tower)는 풍력발전기를 지지해주는 구조물이다.
블레이드(Blade)는 바람에너지를 회전운동에너지로 변환시킨다.
주축과 블레이드를 연결하는 허브(Hub)시스템과 블레이드의 회전운동에너지를 증속기 또는 발전기에 전달하는 회전축(Shaft)과 주축(main Shaft)을 구비하고 있다.
증속기는 주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 변환시키는 역할을 하며
발전기(Generator)는 증속기로부터 전달받은 기계에너지를 전기에너지로 전환시킨다.
블레이드를 바람방향에 맞추기 위한 요잉시스템(Yawing System)과 풍속에 따라 블레이드 각도를 조절하는 피치시스템(Pitch System)도 갖추고 있다.
이외에 제동장치인 브레이크(Brake), 풍력발전기가 무인 운전이 가능하도록 설정 및 운영되는 컨트롤시스템(Control System), 원격지 제어 및 지상에서 시스템상태를 판별하는 모니터링시스템(Monitoring System)으로 구성돼 있다.
현재 우리나라는 수평형 풍력 발전기가 대부분 설치돼 있다.
바람개비 형태의 발전기로 풍향계와 풍속계 기능이 필수적이다.
대부분 블레이드의 날개가 3개지만 2개인 것도 있다.
날개 수가 적은 것은 날개 하나의 무게가 10t 가량으로 3개를 초과하면 윈드 타워가 무게를 견디기 힘들기 때문이다.

<장점>
항상 공기의 흐름(바람)이 생기므로 다른 연료의 소비 없이 발전이 가능하다.
다른 발전 방식과 달리 쓰레기나 폐기물 발생이 적은 편이다.
온실가스를 배출하지 않아 지구 온난화 해결에 도움이 된다.
여러 대체에너지 중 경쟁력이 있는 발전 방식이다.
발전에 최소 전력을 필요로 하지 않기 때문에 완공한 뒤 바람만 불어오면 블랙아웃 상황에서도 가동해서 해결할 수 있다.
선진국 기준으로는 해변가의 경우 발전 단가가 다른 발전 방식보다 낮다.
미국의 경우 원자력 발전과 비교해도 많이 저렴한 편이다.
그러나 우리나라의 경우 풍력 발전 단가는 아직 원자력보다는 비싸고 LNG/석유 발전보다 저렴한 수준이다.

<단점>

에너지원인 바람이 계속 불어주는 곳을 찾기 힘들다. 

전력 수요가 있는 곳까지의 접근성과 주변 민원까지 고려하다 보면 경제성이 있는 지역도 찾기가 쉽지 않다.
양질의 풍력 자원도 화석연료처럼 지구상에서 지역별로 불균일하게 분포하고 있다.
접근성도 좋으면서 적절한 수준의 바람이 연중 안정적으로 불어오는 곳은 생각만큼 많지 않다.
안정적인 전력 생산이 힘들다.
바람세기가 달라지는 것만으로도 파손되거나 블레이드가 돌아가지 않을 수 있다.
풍향도 문제가 되는데 현재 많이 쓰이는 수평형 풍력 발전기는 전혀 다른 쪽으로 바람이 불면 블레이드가 돌지 않아서 전기 생산을 할 수 없다.
블레이드를 돌리기 때문에 저주파 소음 문제가 심각하다.
소음 문제를 해결시킨 풍력 발전기도 있지만 아직 많이 퍼져있지 않은 상태다.
블레이드가 회전하면서 햇빛을 주기적으로 가리는 "Shadow Flicker"도 발생한다.
블레이드로 인해 죽는 동물도 늘어난다.
풍력 발전에 유리한 바람 조건은 조류의 입장에서도 이용하기 좋은 환경이기 때문에, 생태통로에 그라인더를 설치한 것과 비슷한 효과를 발휘한다.
미국에서만 1년에 50만 마리의 새가 이 블레이드에 맞아 죽는 것으로 집계되고 있다.
특히 철새 등의 새떼가 몰려들면 피해가 더 커진다.
아직까지는 만드는 비용에 비해 얻는 전력의 양이 적어서 일정 수준 이상의 발전을 위해서는 넓은 지역에 분포된 많은 양의 발전기가 필요하다.
이에 따라 부품 조달과 유지 보수에 투입되는 비용과 시간이 크게 늘어난다.
공간도 많이 차지한다.
풍력 발전기 하나가 차지하는 공간은 적으나 풍력 발전기 여러 개를 세울 때는 최소한의 공간을 띄워서 설치해야 하기 때문에 넓은 땅을 써야 한다.
주변에 발전기 높이에 근접하거나 더 높은 고층건물을 지으면 풍속과 풍향에 변수가 생기기 때문에 건축에 제약이 생겨 공간 활용도가 적다.
날개 만드는 과정도 환경오염을 일으키며 제작 시 노동 강도가 높다.
블레이드는 최대한 가볍고 탄성을 강하게 만들기 위해 발사나무로 뼈대를 만들고 안쪽을 유리섬유로 겹겹이 붙여서 경화제로 굳힌 후 압축기로 내부 공기를 빼서 진공으로 만들어야 된다. 이 과정 중 유리섬유를 붙이는 과정은 수십 명의 인원이 한 장씩 수백 장을 수십 미터에 걸쳐 붙여야 된다.
이 작업은 자동화 공정이 불가능한데다 유리섬유가 방진복을 뚫고 피부에 닿으면 가렵고 박히면 잘 빠지지도 않는다.
섬유작업이 끝나면 압축기로 공기를 뺀 후 경화제로 굳혀야 되는데 이 과정에서 유독성 물질이 다량으로 방출된다.
제작 과정이 전혀 친환경적이 아니다.
자연재해에 취약해서 작은 충격에도 부러지거나 쓰러질 위험이 있다.
소형 풍력 발전기는 단순한 강풍에도 약해서 부러질 수 있다.
열대성 저기압이 닥쳐오면 대형 풍력 발전기도 부러질 위험 때문에 아예 작동을 멈추고 고정시켜야 한다.
일부 문제를 해결하기 위해 바다 위에 해상 풍력 발전소를 건설한다.
육지에서보다 바람도 일정하고 세기도 센 편이며 일조권 및 소음 문제도 해결할 수 있는 방식이다.
하지만 건설비와 유지비가 비싸며, 자연스럽게 전기 소비지역까지의 거리가 멀어져 전력 운송의 손실이 커지는 문제가 있다.
해양생태계를 해친다는 우려도 있다. 

<건설 및 이용 현황>
우리나라는 최근 들어 많이 건립하고 있다.
현재 대관령과 제주도, 태백시, 영덕군 등에 설치돼 있다.
하지만 민원이 발생하고 있는 편이다.
산능선에 나란히 세운 다음 유지보수용 도로까지 만들려면 산림훼손이 크다.
당연히 환경단체를 비롯해 주민들의 반발이 심하다.
일반적으로 풍력은 7~7.5m/s 이상의 평균풍속이 발생하여야 경제성이 있는데, 우리나라의 경우 육상에는 이러한 지역이 많지 않다.
해상은 설치비, 유지관리비, 군사보안 등이 걸림돌이다.
해상풍력발전은 제주도의 경우 2030년까지 2000MW를 건설하려 계획하고 있다.
풍력 발전이 활발한 곳은 미국과 유럽연합 등이다.
미국은 정부와 기업 차원에서 풍력 발전에 많은 투자를 하고 있으며 서부에서 중부, 북부와 남부, 북동부까지 풍력 발전소를 계속해서 건설하고 있다.
넓은 국토와 난류 덕분에 풍력 발전에 적합한 땅이 많기 때문이다.
풍력 발전량이 제일 많은 곳은 텍사스 주로 이곳에서만 풍력 발전으로 20,000 MW 이상의 전기를 생산하고 있다.
지금은 발전 단가도 낮아져서 풍력 사업이 매년 성장세를 띠고 있다.

유럽 국가들에서도 풍력 발전이 각광 받고 있다.
덴마크는 2015년 전체 전력의 42%를 풍력 발전으로 충당해 발전 비율 세계 1위 기록을 세우기도 했다.
유럽은 북대서양 난류의 영향으로 자연재해로부터 비교적 안전하고 편서풍이 불어오는 만큼 풍력 발전에 매우 적합하다.
캐나다, 일본, 호주, 뉴질랜드에서도 풍력 발전 비율이 증가하는 추세다.
인구가 많은 중국과 인도도 급증하고 있다.
중국은 풍력 발전 용량이 세계 1위다.

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