지속 가능한 내일을 만드는 바람, 육상 풍력 발전편

"최근 세계가 지구온난화로 인해 의식주부터 국가 경제 활동까지 탄소를 배출하지 않는 방법을 모색하고 있다." 탄소 발생량에 따라 경제적 페널티를 주는 등 세계의 규제 역시 변하고 있다. 이러한 문제에 대응하기 위해서는 인류 활동의 동력인 에너지부터 변화가 필요하다. 때문에 인류는 햇빛, 물, 바람과 같은 자연을 활용해 탄소가 발생하지 않는 에너지를 얻고자 고군분투하고 있다. 그중에서도 바람을 활용해 전기를 생산하는 ‘풍력 발전’ 에 세계의 이목이 쏠리고 있다. 환경의 제약이 적다는 점이나 발전 비용이 합리적이라는 측면에서 매력적인 동력원 중 하나기 때문이다. 풍력 발전은 바람개비처럼 생긴 거대한 풍력 발전기를 통해 이루어진다. 이 발전기의 날개가 멈추지 않고 회전해야만 전기를 만들 수 있다. 일반적으로 전기가 만들어지려면 빠른 속도로 움직여야 하는데, 풍력 발전기의 거대한 날개는 비교적 천천히 돈다. 이 느린 움직임에도 불구하고 전기 생산이 가능한 이유는 풍력 발전기 안에 변속기 가 있기 때문이다. 이 변속기가 느린 움직임을 빠르게 바꿔주고, 발생한 에너지를 발전기로 전달하면 전기가 생산된다. 이러한 원리로 인해 발전기 날개가 크고 풍속이 빠를 수록 발전에 유리하다. 더불어 날개가 움직이지 않는다면 발전이 불가능하기 때문에, 3~4m/s 이상의 바람이 계속 부는 곳에 설치하는 것이 좋다. 3~4m/s 정도면 산들바람에 가까운 수준이기 때문에 바람이 꾸준히만 불어준다면 전력 생산이 가능하다. 우리나라의 경우 바람이 많이 부는 제주도, 강원도 등에서 어렵지 않게 볼 수 있다. 풍력 발전은 전력 생산이 용이할 뿐만 아니라 화석 연료를 사용하지 않아 탄소 배출이 거의 없다. 친환경적이라는 이 장점이 최근 지구 온난화로 더욱 주목을 받고 있다. 이런 기조에 따라 풍력 발전기도 점점 발전을 거듭하며 그 비용이 많이 감소했다. 그 때문에 초기 설치 비용 외 운영 비용은 합리적인 편이다. 게다가 바람은 기온과 공기의 밀도에 따라 발생하는 자연 현상이니 지구가 멸망하지 않는 한, 안정적으로 에너지를 제공받을 수 있다. 최근 주목받고 있는 태양광은 장점이 많은 방식이지만 단점 또한 명확하다. 넓은 땅이 필요하다는 문제도 있고, 밤이 되면 발전을 할 수 없다는 치명적인 문제도 있다. 풍력은 그런 단점을 보완할 수 있어서 태양광과 함께 활용하기 좋은 재생에너지다. 태양광이 부족한 틈을 밤낮 없이 부는 바람을 이용하는 풍력으로 매울 수 있다. 이에 따라 아마 풍력은 향후 더 큰 비중을 차지할 것으로 보인다. 앞으로 풍력 발전이 더욱 널리 퍼져 나간다면, 많은 숫자의 풍력 발전기 제작부터 운용까지 가능해야 할 것이다. 더불어 거대한 풍력 발전기는 쉼없이 움직이기 때문에 고장이 나지 않도록 어떻게 관리해야 하는지, 만약 고장이 나면 어떻게 효율적으로 수리할 수 있는지 같은 해결 방법이 더 많이 개발되어야 한다. 이런 분야에서 한국은 이미 기술적 역량을 키워나가고 있다. "한국은 풍력 발전에 유리한 몇 가지 좋은 조건을 갖추고 있다." 먼저 한국은 화학 산업, 그중에서도 플라스틱 공업 이 발달한 나라다. 그 때문에 풍력 발전 설비의 핵심인 발전기 날개를 만드는 것에 최적화 되어있다. 풍력 발전기의 날개가 클수록 전력 생산에 도움이 되는 것은 사실이나, 무턱대고 크게 만들기만 해선 안된다. 날개가 너무 크면 무거워서 바람이 불어도 회전을 할 수 없다. 또한 발전 설비가 그 막대한 무게를 견디기가 힘들어져 안전 문제 발생 우려가 있다. 그렇다 보니 풍력 발전기의 날개는 최대한 가벼우면서도 튼튼하게 유지되도록 특수한 재료를 써서 만든다. 보통은 유리나 탄소 재질을 실처럼 뽑은 덩어리를 플라스틱과 섞어 사용할 때가 많은데, 이런 재료를 싼값에 더 튼튼하고 정교하게 만드는 기술을 갖추려면 당연히 플라스틱을 잘 이해하고 있는 사람이 많을수록 유리하다. 둘째로 한국은 기계 공업과 건설업 이 발달한 나라다. 햇빛을 가만히 받기만 하면 전기가 만들어지는 태양광과 달리 풍력은 바람을 받아 계속해서 날개가 돌아가야만 전기를 만들 수 있다. 움직이는 부분이 있는 장치는 훨씬 더 복잡하고 다루기가 어렵다. 특히 풍력 발전기 내부 변속기의 내구성과 역할이 중요한데, 이 변속기는 자동차의 기어와 닮은 구석이 많다. 한국의 경우 세계 자동차 생산량이 전 세계에서 5번째로 많은 곳이다. 자동차나 배와 같이 엔진으로 움직이는 커다란 기계를 만드는 산업이 발달한 한국은 이런 변속기를 만드는 기술이 발달해있다. 여기에 더해 한국은 아파트 단지처럼 높다란 고층 건물을 건설해 본 경험이 많다. 실제로도 요즘 한국에서 풍력 발전 단지를 만드는 데 활약하고 있는 업체들은 건설 회사에서 시작한 곳이 꽤 많다. 종합적으로 보았을 때, 한국에는 이미 풍력 발전을 빠르게 키워 나갈 수 있는 기반이 갖추어진 것이다. 국내 풍력 설치 용량은 2018년부터 2022년까지 1,296MW에서 1,804MW로 평균 9.7%의 성장률 을 보이고 있다. 그중 강원도에 총 477MW가 설치돼 국내에서 가장 높은 풍력 설치 용량을 확보한 것으로 나타났다. 실제로 강원도의 양양 풍력 발전 단지는 국내 최대 육상 풍력 발전 단지로, 연간 약 10만MW의 전기를 생산하게 된다. 이 풍력 단지를 통해 약 5만 1,000t의 온실가스 감축 효과를 거둘 것으로 기대된다. 그 외에도 제주수망 풍력 발전 단지, 영양 풍력 발전 단지 등이 있다. 아직 대부분의 풍력 발전 단지가 육상에 설치되어 있지만, 최근 점점 바다로 뻗어나가는 추세다. 실제로 국내에서도 해상 풍력 발전 단지가 점점 두드러지고 있다. 작년부터 한화의 주도 하에 착공 중인 신안우이 해상 풍력 발전 단지의 경우, 국내 최대 규모인 400MW 를 자랑한다. 이뿐만 아니라 해상 풍력 시장은 점차 고도화되고 있으며, 가까운 연안에서 먼 심해로 나아갈 준비를 하고 있다. 특히 최근 부유식 해상 풍력 에 눈길이 쏠리고 있다. 세계 해상 풍력 자원 잠재력의 80%가 수심 60m 이상 심해에 있으나, 2022년 말 기준 가동 중인 부유식 해상 풍력은 전체 해상풍력 발전 용량의 0.3%에 불과하기 때문이다. 업계에서는 2030년 말에는 한국을 비롯해 영국, 중국, 포르투갈, 노르웨이가 세계 부유식 해상풍력 발전 시장에서 주도권을 가질 수 있다는 전망이 나오고 있다. 부유식 해상 풍력이란 무엇이며, 한국의 전망이 좋은 이유는 무엇일까? 이에 대한 내용은 다음 칼럼에서 더 자세히 소개하고자 한다.