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풍력발전소
풍력발전소(風力發電所, wind power plant, wind power station)는 풍차를 통해서 풍력에너지를 회전운동으로 바꾸어 발전기를 구동하는 발전소이다.
풍력발전은 바람의 힘을 사용하여 전기를 생산하는 발전 시스템이다. 풍차의 원리를 이용하며 경쟁력 있는 재생에너지 발전방식이다. 특이한 점은 풍력발전기들은 모두 흰색으로 칠해져 있고, 수평형 풍력 발전기들은 정면에서 보았을 때 모두 시계방향으로 돈다.
풍력발전소는 관광용으로 활용하여 지역 경제 성장에 도움을 줄 수 있다는 의견이 있다. 다른 발전소들과 다르게 개인에 따라 돌아가는 모습을 보기 좋아하는 사람도 더러 있다. 실제로 대관령 풍력발전소는 관광지로도 유명하고, 비금도는 그런 풍차 바로 밑에 펜션이 있다. 이외에도 제주도 등 인근에 숙박시설이 있는 곳이 있다. 그러나 사진이나 동영상으로 보면 실감하기 어렵지만 실제로는 풍차가 상당히 커서 위압감을 느끼게 하기도 하고 인근 소음 문제도 있어, 사람에 따라 썩 좋아하지 않는 경우도 있다.
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풍력발전기[편집]
풍력발전기(風力發電機, wind power generator)는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력 발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다.
원리와 시스템 구성[편집]
풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것이다. 구체적으로 풍력 발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다. 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이다. 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시킨다. 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
시스템의 분류[편집]
풍력 발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 풍차와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 풍차로 구분된다. 수평축 풍차는 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받는다. 수직축 풍차는 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용할 수 있지만 그 소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.
입지 조건[편집]
풍력 발전기는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력 발전기의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있다. 또한 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 곳의 발전기가 낮은 곳의 발전기보다 크고 발전량도 많다. 풍력으로 발전하려면 평균 초속 4m/s 이상으로 부는 바람이 필요하다. 여기서 말하는 바람의 속도는 우리가 서 있는 땅위가 아니라 풍력 발전기의 날개가 있는 높이에서의 속도를 말한다.
다음은 바람과 우리 생활과의 관계를 나타낸 것이다.
- 2미터/초 : 바람을 느낀다. - 4미터/초 : 나뭇가지가 흔들린다. - 7미터/초 : 먼지가 인다. - 12미터/초 : 몸이 떨린다. - 25미터/초 : 나무가 뽑힌다. - 30미터/초 : 유리창이 깨진다.
풍력발전기의 이용효과[편집]
첫째, 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매우 크다.
둘째, 낙도 등의 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하다.
셋째, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있다.
넷째, 제주지역과 같은 일부 특정지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으로 관광자원으로 활용이 가능하다.
국내 상황[편집]
대한민국에서는 21세기 들어 많이 짓고 있는 추세이다. 현존하는 풍력발전소 중에는 대관령 풍력발전단지, 제주도 풍력발전단지, 태백시 풍력발전단지, 영덕군 풍력발전단지 등이 유명하다. 하지만 한국에서는 생각만큼 환영 받지 못 하고 있는 상황이다. 산능선에 주루륵 세운 다음 유지보수용 도로까지 만들고 나면, 케이블카는 저리가라할 만큼 산을 깎는다. 한국의 신재생 에너지 자원분포도를 보면 풍력 자원이 가장 넉넉한 제주도 인근도 북해 평균 이하에 불과하며, 일반적으로 풍력은 7~7.5m/s 이상의 평균풍속이 발생하여야 경제성이 있다고 보는데, 한국에서 그러한 지역은 극히 드물고 육상에서는 이미 만들 곳에 거의 다 만든 상황이며, 남은 곳은 해상인데 해상은 설치비, 유지관리비, 군사보안, 해로 문제 등이 모두 걸린다.
국내는 대체로 강원·경북 산간 지역과 제주 지역, 그리고 2017년 이후 개발한 서남해상풍력이 주류인데 해상 풍력은 유지보수가 까다롭고 제주 지역은 그 좁은 지역에 가득 들어찼고, 강원·경북 산간 지역은 백두대간에 인접해 인허가를 내기 쉽지 않은 실정이다. 우리나라 특유의 손해보면 못 사는 심리가 발동, 인허가시 주변가구당 수천만원의 일시 보상금을 지급하고 매년 마을에 지원금을 보상하는 등의 요구가 관철되지 않으면, 인허가를 내기 쉽지 않다. 물론 그만한 보상을 지급해도 운영하면 이윤이 많이 남는다. 싸잡아 말하긴 그렇지만 보상금 문제 때문에 가까운 지역에선 찬성하고 오히려 먼 지역에서 반대하는 경우도 있다. 이유는 간단한데, 보상금이 가까운 지역만 나와서 그 예가 하의도 풍력 발전인데 하의도에선 찬성하고 옆 섬 도초도에선 반대하고 있다.
해상 풍력 발전은 2019년까지 부안·영광 앞바다에 2500MW 용량의 대규모 해상풍력 발전단지를 만들려고 하고 있다. 2012년 관련 기사 제주도에도 2019년까지 해상풍력 발전단지 1000MW, 2030년까지는 2000MW를 건설하려 계획하고 있다. 이후 2013년 제주도에서 실증단계 풍력 해상단지가 조성되는 단계였다. 서남해 해상풍력 조성사업은 한국해상풍력(주)가 설립되고 2017년 착공하였고 2017년 11월에는 30㎿ 규모의 상업용 해상풍력발전단지가 제주 해상에 완공되었다.
문재인 정부가 탈원전 정책을 내세우면서 풍력 발전을 태양광과 더불어 주요 신재생에너지로 밀어붙이면서 이런 투자를 하기 시작한 것. 하지만 상기한 문제들이 많아 논란이 일고 있다. 탈원전/대한민국 문서 참고. 제주도의 경우는 해상풍력발전기를 해안선 바로 1km 앞에 짓는 바람에 피해는 여전하다고 비난받았는데, 정부는 주민이 이익을 공유하는 사업형태로 해서 민원을 누그러뜨리는 시도 중이다.
2020년 7월 17일 문재인 정부의 그린 뉴딜 정책 추진과 함께 전북 서남권에 대형 해상 풍력단지를 조성할 계획을 세웠다.
2021년 7월 7일, 한국은 세계 최초 해상풍력 신개념 해상설치 시스템으로 완성된 해상풍력 일괄 설치선(MMB)을 군산항에 진수했다. 총 중량 4060t, 전장 72m, 폭45m, 높이 5m 규모인 이 선박은 석션버킷 구조의 풍력발전기(5㎹/1기)를 설치비용 49억원, 공사기간 10일(37억원의 설치비 절감, 80일의 공사기간 단축)을 소요하여 설치할 수 있게 해 준다. 경제성이 매우 뛰어나 향후 우리나라 해상풍력 발전단지 조성에 크게 기여할 것으로 예상된다.
국외 상황[편집]
풍력 발전의 대표주자는 미국과 유럽연합을 위시로 한 선진국들이다. 미국은 정부와 기업 차원에서 풍력 발전에 많은 투자를 하고 있으며 서부에서 중부, 북부와 남부, 북동부까지 풍력발전소를 계속해서 건설하고 있다. 드넓은 국토와 난류 덕분에 풍력 발전에 적합한 땅이 많은 덕분. 본토 외에도 알래스카, 하와이, 푸에르토리코에도 풍력 발전소를 건설했다. 다만 동남부는 풍력발전소가 없다시피 하다. 풍력 발전량이 제일 많은 곳은 텍사스 주로 이곳에서만 풍력 발전으로 20,000 MW 이상의 전기를 생산하고 있다. 지금은 발전 단가도 낮아져서 풍력 사업이 연년 성장세를 띠고 있다. 대체에너지 중에서도 꽤나 각광 받고 있는 만큼 역할을 톡톡히 하고 있다.
유럽연합 가입국들을 포함한 주요 유럽 국가들에서도 풍력 발전이 각광 받고 있으며, 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. 그 밖의 선진국인 캐나다, 일본, 호주, 뉴질랜드에서도 풍력 발전 비율이 증가하는 추세. 인구가 많은 중국과 인도에서도 꽤 많이 짓고 있다. 건설된 수와 발전 용량은 선진국들에 뒤지지 않을 정도. 특히 중국은 풍력 발전 용량이 세계 1위다.
말라위의 농촌 소년 윌리엄 캄쾀바는 14살 나이에 풍차를 만들어 자전거발전기에 연결해 화제가 되었다. 학교도 제대로 다니지 못하던 소년이 도서관의 헌책들을 읽어서 풍력 발전의 원리를 이해하고 승압기, 차단기까지 만들어 전구, 라디오, 휴대 전화 등을 사용한 것. 별 거 아닌 거 같지만 말라위 농촌은 물론이고 아프리카 대부분이 건전지나 충전용 배터리(이마저도 좀 돈 있는 편) 빼면 전기 구경하기도 힘든 동네다.
그 밖의 아프리카 국가들은 풍력 발전 비율이 매우 적다. 그나마 제일 많은 곳은 남아프리카 공화국이며 그 다음이 북아프리카에 위치한 모로코와 이집트 순이다. 그 외에 에티오피아, 튀니지, 카보베르데 등 그나마 안정적인 곳에서나 쓰이는 편이다.
전 세계에서 풍력 발전량이 많은 순으로 나열해보면 아래와 같다.
- 중국 145,362 MW
- 미국 74,471 MW
- 독일 44,947 MW
- 인도 25,088 MW
- 스페인 23,025 MW
- 영국 13,603 MW
- 캐나다 11,205 MW
- 프랑스 10,358 MW
공중풍력발전소[편집]
구글의 자회사인 마카니 파워(Makani Power)는 에너지 연(Energy Kite)을 이용한 공중풍력발전소를 개발했다. 구글에서 개발한 에너지 연의 외양은 일반 경비행기처럼 생겼다. 길이 26m의 날개에, 탄소 소재로 제작돼 지상의 풍력 발전기보다 90% 가볍다고 알려진 이 에너지 연은 수직으로 솟아올라 고도 300m에 이르면 본격적으로 비행을 시작한다. 상하에는 각각 4개씩, 8개의 프로펠러가 설치되어 있다. 궤도에 자리를 잡으면, 프로펠러는 굉장히 빠르게 돌기 시작한다. 그리고 비행기는 원형으로 빙빙 돈다. 경비행기에는 흰색 줄이 매달려있어 움직이는 범위 안에서 감겼다 풀렸다를 반복한다. 이 줄은 발생한 전기를 지상으로 운반하는 역할을 한다. 보다 보면, 비행기가 마치 줄을 감았다 풀었다 하며 날리는 연과 같은 방식으로 날고 있다는 것을 확인할 수 있다. 때문에 비행기가 아니라 연이라는 이름이 붙었다.
구글과 마카니 파워는 공중풍력발전소를 개발한 이유로 두 가지를 꼽았다. 첫 번째로, 전 세계 해안가가 타워형 풍력발전기를 세우기에 맞지 않는 지형을 가지고 있거나, 보존해야 할 자원을 가지고 있기 때문이다. 이런 현실적인 이유로, 풍력발전소가 들어가기에 최적의 조건임에도 불구하고 발전소를 세우지 못하는 경우가 있다. 이런 지형이나 지역에 적합한 방식으로는 공중 풍력 발전이 유일하다. 햇빛이 약한 북위도 지역에서도 사용할 수 있다. 두 번째로는 정지해있는 물체보다 움직이는 물체에 가해지는 기류가 더 강하기 때문이다. 연구진에 따르면 지상 80m에서는 평균 풍속이 4.6m였으나 800m에서 7.2m로 나타났다고 한다. 고도가 높아질수록 풍속이 빨라진다는 사실을 발견한 것이다. 기존의 방식보다 효율이 크게 올라가는 것디다. 풍력 발전량은 일반적으로 바람 세기의 세 제곱에 비례하는 만큼, 고도 상승효과가 크다는 것이 구글 측의 계산이었다.[1]
부유식 풍력발전소[편집]
부유식 풍력발전소는 수심이 깊은 바다에서 물에 띄우는 방식이다. 보통 바다에 설치되는 풍력발전기의 경우 해저 바닥에 고정 지지대를 설치해야 하기 때문에 막대한 비용이 들었다. 북유럽과 아랍에미리트 에너지 기업의 합작으로 개발된 풍력발전기 하이 윈드(Hywind)는 거대한 원통형 부표와 해저 바닥과 연결된 3개의 고정 장치, 케이블로 수면에 띄우는 공법으로 풍력발전기의 설치비용을 획기적으로 절감하는 데 성공했다. 하이윈드는 강한 바람과 높은 파도에도 전복되지 않도록 설계되어 있는데, 95~100m 등 깊은 해저 높이에도 설치가 가능하며 먼 바다에서 불어오는 풍부한 바람까지 잡아낼 수 있어 효율적으로 많은 전기를 생산할 수 있다고 한다. 현재는 스코틀랜드에 총 5대가 설치되어 있다고 한다. 한 대당 6MW, 총 2만 가구가 사용할 수 있는 전력을 만들어내고 있다.[1]
각주[편집]
- ↑ 1.0 1.1 한국수력원자력, 〈새로운 풍력발전, 에너지 연(Energy Kite)을 선보인 구글〉, 《네이버 포스트》, 2019-04-17
참고자료[편집]
- 〈풍력발전〉, 《나무위키》
- 〈풍력 발전기〉, 《두산백과》
- 〈대한민국의 풍력 발전소〉, 《위키백과》
같이 보기[편집]
