풍력에너지

풍력에너지

풍력에너지(wind energy)는 자연적인 바람이 가지는 운동에너지를 회전에너지로 변환하고, 최종적으로 전기를 생산하는 데 이용되는 에너지이다.

바람은 태양에 의해 지면의 불균등한 가열, 지구 표면의 불규칙함, 지구의 자전 등에 의해 발생하므로, 풍력은 태양에너지의 한 형태이며 발전시스템을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 즉 풍력에너지는 무제한적으로 사용이 가능하며, 공해 물질을 배출하지 않는 청정에너지이다. 풍력으로부터 얻는 에너지의 양은 회전 날개 직경과 바람의 속도에 의해 결정되며, 날개의 직경이 커질수록, 풍속이 높을수록 많은 양의 전기 생산이 가능하다. 세계풍력에너지위원회는 매년 6월 15일을 풍력발전소에서 풍력에너지에 관한 원하는 정보를 제공받을 수 있는 '세계 바람의 날'로 지정하였다. 이에 참여하고 있는 국가는 2017년 기준 아르헨티나, 이탈리아, 그리스, 캐나다, 터키, 인도, 미국, 이란, 일본 등이다.

풍력발전기 시스템 구성

풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력 변환장치, 제어장치 등으로 구성되었다.

• 기계장치부 : 바람으로부터 회전력을 생산하는 회전날개, 회전축을 포함한 회전자, 이를 적정 속도로 변환하는 증속기와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한 Brake, Pitching & Yawing System 등의 제어장치 부문으로 구성
• 전기장치부 : 발전기 및 기타 안정된 전력을 공급도록 하는 전력 안정화 장치로 구성
• 제어장치부 : 풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케 하는 Monitoring System으로 구성

풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력과 수평축 풍력 2가지로 구분되는데 회전축이 바람이 불어오는 방향인 지면과 평행하게 설치되면 수평축 형이라 부르며, 지면과 수직으로 놓이면 수직축 형이라 한다. 또한 풍력발전으로 발생하는 에너지의 양은 보통 풍속과 날개의 크기에 의해 결정되기 때문에 풍속이 세고 회전날개(Blade) 크기가 클수록 그만큼 큰 용량의 에너지를 얻을 수가 있다.

풍력발전 시스템 분류

구조상 분류(회전축 방향)	수평축 풍력시스템(HAWT) : 프로펠러형 수직축 풍력시스템(VAWT) : 다리우스형, 사보니우스형
운전방식	정속운전(fixed roter speed type) : 통상 Geared형 가변속운전(variable roter speed type) : 통상 Gearless형
출력제어방식	Pitch(날개각) Control Stall(失速) Control
전력사용방식	계통연계(유도발전기, 동기발전기) 독립전원(동기발전기, 직류발전기)

국내 풍력에너지 시장 및 보급 현황

우리나라의 경우 2008년 이전까지 모두 외국의 터빈사에서 생산된 풍력발전기가 설치되었으나 정부의 지원을 통해 기술개발에 성공하면서 차츰 국산 풍력발전기가 설치되기 시작하였으며 최근 각 지자체를 중심으로 국산 풍력발전기가 활발하게 설치되고 있는 추세이다.

한국풍력산업협회에 따르면 2015년 기준으로 국내 풍력발전기는 총 436기, 833.5MW 규모가 설치되며 신재생에너지 중 11.24%를 차지하였다. 이 중 제주도가 19개소 104기 설치용량 220.4MW 규모가 설치되어 국내에서 가장 풍력발전기가 많이 설치된 곳으로 나타났다. 바람이 많이 부는 지역으로 풍력발전에 유리한 제주도는 국내 풍력발전기 시설 중 26.44%을 보유하고 지난 2010년부터 평균 발전량이 23만 4,300MWh로 집계되며 국내 풍력에너지의 확산에 가장 큰 역할을 하고 있다.

강원도는 제주도에 이어 총 13개소 117기 204.39MW 규모를 설치하면서 국내 점유율 24.5%를 달성하였으며, 발전량도 38만 292MWh로 효율적인 전력생산을 하고 있는 것으로 나타났다.

우리나라는 바람세기가 일정하지 않다는 점과 풍력 발전기에서 발생하는 소음에 대한 주민들의 우려 등으로 인해 풍력에너지 시장의 성장이 더딘 편이었으나 최근 정부의 적극적인 신재생에너지 활성화 정책과 함께 국내 기업들의 기술력이 발전하고 정부의 소음 관련 가이드라인 설정 등으로 인해 인근환경을 고려한 발전소 설치가 추진되며 국내 풍력 보급이 점차로 확대되고 있는 추세이다.

정부는 2030년까지 태양광, 풍력, 폐기물, 바이오, 수력 등 재생에너지 발전 비중을 63.8GW(20%)까지 늘리는 계획을 마련해 실행 중에 있는데 신규 설비 용량의 95% 이상은 태양광과 풍력 등 청정에너지에 집중되도록 할 방침을 가지고 있다. 2017년 기준 대한민국 풍력에너지 발전원은 1.2GW로 상위 10개국에 비해 현저히 낮은 수준이다. 정부는 2030년까지 풍력 신규 설비를 16.5GW(34%)까지 끌어올려 풍력에너지 발전량을 17.7GW(28%)가 되게 할 방침이다.

해외 풍력에너지 현황

전 세계 풍력발전 신규 및 누적 설치용량 추이가 매년 지속적으로 증가하고 있는 가운데 세계풍력에너지위원회(GWEC)에서 발표한 자료에 따르면 지난 2015년 기준 전 세계에 설치 된 신규풍력발전 설비용량은 2014년 51.7GW에서 1년만에 22%의 성장률을 보이면서 60GW를 돌파하였고 누적 설비용량 또한 2014년에 비해 17% 증가한 432.9GW를 기록하였다.

중국은 세계 풍력에너지 생산량의 3분의 1 이상을 차지하는 선두 국가이다. 풍력 발전 설비의 누적 설치량은 유럽 경제가 지배하는 시장이었다. 그러나 2000년대 중반부터 중국은 세계 풍력 발전국으로 부상하여 2013년 시장 점유율 30%를 돌파했으며 미국, 독일 및 스페인을 앞지르며 전 세계적으로 가장 큰 풍력 발전국이 되었다. 반면, 유럽은 2018년에 전년 대비 32% 감소했다. 2위를 차지한 미국은 전 세계에서 육상 풍력 발전에 가장 강한 국가로, 세계 최대 규모의 육상풍력발전 단지 10곳 중 6곳이 미국에 기반을 두고 있다. 3위를 차지한 독일은 2018년 유럽 신규 설치 용량의 29%에 해당하는 약 3.4GW를 차지했다. 인도는 중국에 이어 아시아에서 두 번째로 높은 풍력에너지를 생산하고 있으며 향후 3년 내에 25GQ, 2022년까지 60GW로 증가시킬 목표를 가지고 있다.

참고자료

• 〈풍력에너지〉, 《두산백과》
• 〈풍력에너지〉, 《안양시청》
• 〈신재생에너지 종류 “풍력에너지 개념/특징/국내외 현황”〉, 《한국에너지공단블로그》, 2016-07-15
• bliss in Information No Comments, 〈풍력에너지 선두국가 TOP 10〉, CaTalk, 2019-05-11

같이 보기

• 풍력
• 풍력발전
• 풍력발전소

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