기후변화 대응을 위한 신재생에너지_2. 풍력 발전

 

서론

 

풍력 발전은 태양광 발전과 함께 기후변화 대응을 위해 많이 사용되는 신재생에너지 기술입니다. 바람을 이용한다는 점에서 친환경적이며, 무한한 자연 자원을 활용하는 방식이라 많은 나라에서 풍력 발전에 대한 선호가 높은 상황입니다. 

 

풍력 발전은 언어적 의미 그대로 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이를 다시 전기로 변환하는 과정으로 이뤄집니다. 주로 해상이나 고지대의 산지에 설치되며, 소형 규모보다는 대형 규모로 운용되는 경우가 많습니다. 

 

풍력 발전을 구성하는 주요 요소로는 터빈과 블레이드, 발전기, 타워, 컨트롤 시스템 등이 있으며, 최근에는 이들 구성 요소에 대한 기술 개발이 활발하게 이뤄지고 있고 생산 발전 효율이 높아지고, 초기 설치 비용은 낮아지고 있습니다.

 

풍력 터빈 및 블레이드 기술

풍력 발전 분야에서 최근 터빈 기술은 효율성과 내구성을 향상하는 방향으로 발전을 거듭하고 있습니다. 대형 터빈 개발이 빠르게 이뤄지고 있으며, 10MW 이상을 생산할 수 있는 터빈도 생산되고 있습니다. 날개 역할을 하는 블레이드 기술 또한 가벼우면서 강도가 높은 복합 소재로 제작되어 발전 효율을 극대화하는 방향으로 산업 개발이 이뤄지고 있습니다. 이와 함께 해상 풍력 발전을 위한 부유식 터빈 기술과 에너지 저장 장치에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있으며, 심해 지역에서도 발전이 가능하도록 타워 기술도 거듭 혁신을 이뤄내고 있습니다. 

 

디지털과 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 기술의 발달은 풍력 발전의 효율성 극대화에도 보탬이 되고 있습니다. 기상 데이터를 분석해 최적의 운용 전략을 제안하는 시스템이 개발되고 있으며, 사전 유지보수를 위한 예측 분석 기술도 발전하고 있습니다. 

 

풍력 발전의 세계 보급 현황

 

기후변화 대응을 위한 신재생에너지로서 주목받는 풍력 발전은 현재 전 세계적으로 빠르게 확산하고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)에서 발표한 보고서에 따르면, 2023년 기준으로 전 세계 풍력 발전 용량이 900GW를 넘어선 것으로 확인됩니다. 더욱이 풍력 발전의 증가는 매년 이뤄지고 있다고 나타나 있습니다. 풍력 발전의 경우 주로 유럽과 북미, 중국 등에서 빠르게 설치되고 있고, 특히 해상 풍력 발전 속도가 매우 빠릅니다. 

 

기후변화 시대, 주요 국가의 풍력 발전 정책 및 현황

 

미국

미국은 풍력 발전 확대에도 적극적인 모습입니다. 연방 및 주 정부 차원의 인센티브 정책을 통해 투자를 장려하고 있으며, 오는 2035년까지 탄소중립 목표를 달성하기 위해 대규모 해상 풍력 프로젝트를 추진하고 있습니다. 미국은 현재 약 145GW의 풍력 발전 용량을 보유하고 있습니다. 

 

주로 텍사스, 아이오와, 오클라호마와 같은 지역에서 풍력 발전이 집중적으로 이루어지고 있습니다. 텍사스는 미국 내 최대 풍력 발전 용량을 보유한 주로, 2023년 기준 40GW 이상의 풍력 발전을 운영하고 있습니다. 또한, 미연방 정부는 동부 해안 지역에서 해상 풍력 발전을 확대하기 위해 2030년까지 30GW의 해상 풍력 발전 용량을 확보할 계획을 추진하고 있습니다.

 

트럼프 대통령이 당선되기 전 바이든 행정부는 인플레이션 감축법(IRA)과 함께 청정에너지 세제 혜택을 도입하여 풍력 발전 프로젝트에 대한 세금 공제 및 금융 지원을 확대하기도 했습니다. 또한, 미국 에너지부(DOE)는 대형 터빈 기술과 블레이드 혁신 연구를 지원하고 있으며, 이에 따라 더 크고 효율적인 풍력 터빈 개발이 가속화되고 있습니다.

 

유럽

유럽연합(EU)은 풍력 발전을 신재생에너지 정책의 핵심으로 삼고 있으며, 유럽 그린딜을 통해 해상 풍력 발전을 적극적으로 확대하고 있습니다. 덴마크, 독일, 영국 등은 세계적으로 가장 앞선 풍력 기술을 보유하고 있으며, 유럽 전체의 풍력 발전 용량은 280GW 이상에 달합니다.

 

덴마크의 경우 풍력 발전 비율이 전체 전력 생산의 약 50%를 차지하고 있으며, 해상 풍력 기술 개발에 적극 앞장서고 있습니다. 재생에너지 확대 정책(Energiewende)을 추진하고 있는 독일의 경우 풍력 발전 확대에 앞장서며, 해상·내륙 등에서 대규모 풍력 발전소를 운영하고 있습니다. 세계 최대 해상 풍력 단지를 운영하는 영국도 2030년까지 해상 풍력 발전량을 50GW까지 확대한다는 계획을 세우고 있습니다. 

 

유럽연합은 풍력 발전 통합을 위한 그리드 시스템 구축도 준비하고 있으며, EU 회원국 간 전력 공유 및 저장 기술 개발을 지원하고 있습니다. 

 

중국

중국은 세계 최대 풍력 발전 용량을 보유하고 있는 나라입니다. 자국민이 많은 이유로 자국 내 재생에너지 비율을 지속해서 확대하고 있습니다. 중국 정부의 강력한 지원과 대규모 프로젝트 추진으로 풍력 발전 분야에서 세계적인 주도권을 확보하고 있으며, 2023년 기준 총 풍력 발전 용량은 400GW 이상입니다.

 

중국에서 풍력 발전은 내륙 발전과 해상 풍력 발전 양쪽으로 대규모 단지가 조성되고 있습니다. 내륙 풍력 발전의 경우 네이멍구, 신장, 간쑤 등 바람이 강한 지역을 중심으로 대규모 풍력 발전 단지 조성이 이뤄지고 있습니다. 중국은 2023년 기준 30GW 이상의 해상 풍력 발전 용량을 보유하고 있는데, 이에 더해 중국 동부 연안 지역에 해상 풍력 발전 설비를 지속해서 확대하고 있습니다. 

 

신재생에너지 활용에 적극적으로 나서고 있는 중국 정부는 대형 풍력 터빈 개발을 가속화하고 있으며, 15MW급 초대형 해상 풍력 터빈을 도입해 글로벌 풍력 시장에서 경쟁력을 높이고 있습니다. 아울러 중국 정부는 풍력 발전 설비 제조업체에 대한 보조금 지급, 장기 전력구매계약 체결 지원 등으로 산업 육성을 이끌고 있습니다. 

 

한국

한국은 2050 탄소중립 목표 달성을 위해 풍력 에너지를 확대하고 있으며, 특히 해상 풍력 발전을 중점적으로 추진하고 있습니다. 정부는 민관 협력을 통해 대형 해상 풍력 단지를 개발하고 있으며, 국내 기업들의 기술 개발을 지원하고 있습니다. 현재 한국의 풍력 발전 용량은 약 2GW 수준으로, 향후 2030년까지 12GW 이상으로 확대할 계획입니다.

 

한국의 경우 지형적 한계로 인해 내륙 풍력 발전은 규모가 상대적으로 적은 상황입니다. 하지만 강원도와 전라북도 등 일부에서 소규모 풍력 발전 단지가 운영되고 있습니다. 반면, 해상 풍력 발전의 경우 서남해와 동해안을 중심으로 대규모 해상 풍력 프로젝트가 추진되고 있습니다. 

 

정부 차원에서 신재생에너지 공급 의무화 제도(RPS) 강화, 해상 풍력 발전단지 입지 지원, 민간 투자 유도 등 정책적으로 지원하며 산업 육성에 노력하고 있습니다. 한국 대기업의 경우 풍력 발전 터빈 개발과 해상 풍력 프로젝트에서 적극적인 행보를 보이며, 해외 기업과 협력 확대를 이루고 있습니다. 

 

국제 협력과 풍력 발전

 

기후변화에 대응해야 하는 시대에 살아가면서, 세계 각국은 풍력 발전 확대를 위해 국제 협력을 강화하고 있습니다. 국제 재생에너지 기구(IRENA) 및 글로벌 풍력 에너지 협회(GWEC) 등의 단체를 통해 기술 공유 및 공동 프로젝트가 진행되고 있습니다. 또한, 기후변화 대응을 위한 국제 협약 속에서 풍력 발전의 역할이 강조되고 있습니다.

풍력 터빈 기술과 에너지 저장 기술 개발을 위해 공동 연구개발(R&D) 투자 확대 등 국제적인 연구 협력이 필수적이며, 풍력 발전 확산을 위해 국제적으로 통일된 규제와 지원 정책도 마련되어야 합니다. 기후변화 대응은 선진국만으로 할 수 없는 문제이기에 개발도상국에서도 이러한 풍력 발전을 도입하고, 활용할 수 있도록 기술 이전과 금융 지원도 뒷받침되어야 합니다. 아울러 해상 풍력 발전 비용 절감과 효율성을 높이기 위해 국제 협력 프로젝트를 확대하는 등 해상풍력 발전 협력 강화도 이뤄져야 합니다.

 

풍력 발전의 전망과 과제

 

풍력 발전은 지속 가능한 에너지원으로서 앞으로도 지속해서 발전할 가능성이 높습니다. 기술 혁신과 대규모 프로젝트를 통해 발전 단가가 낮아지고 있기에 친환경 에너지원으로서 입지는 더욱 강화될 것으로 보입니다. 하지만, 풍력 발전 확대를 위해서 해결해야 할 과제들도 있습니다. 

 

① 입지 문제 : 풍력 발전소 건설 시 주민 수용성과 환경 영향을 고려해야 합니다.
② 기술적 도전 : 해상 풍력 발전을 위한 내구성 높은 소재와 부유식 터빈 기술이 더욱 발전해야 합니다.
③ 정책 및 금융 지원 : 안정적인 정책 및 장기적인 투자 지원이 필요합니다.
④ 에너지 저장 기술 : 풍력 발전의 간헐성을 해결하기 위해 에너지 저장 기술(배터리, 수소 저장 등)의 발전이 요구됩니다.