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화석연료란 화석에너지라고도 하며 땅속에 파묻힌 동식물의 유해가 오랜 세월에 걸쳐 열과 압력을 받아 석탄이나 석유 등이 되고, 이것을 연료로 만들어진 에너지를 말한다. 현재 인류가 이용하고 있는 에너지의 대부분이 이에 해당한다.
화석에너지가 가장 흔한 에너지원으로 사용된 이유는 높은 효율성 때문이다. 화석 연료는 구하기가 쉽고 오래전부터 사용해 와서 관련 설비가 많다는 장점이 있다.
하지만 이런 화석 연료도 많은 한계성을 갖고 있다. 이들의 가장 문제점은 옛날 고대 생물들이 죽어 몇 만년동안 만들어 진 것이 재생되지 않고 그 양이 한정되어 있다는 것이다. 다른 에너지를 찾지 않고 이 화석에너지만을 쓰다가는 언젠간 이 에너지들이 모두 바닥나게 되면 그때 큰 혼란을 겪게 될 것으로 우려된다.
또 하나의 문제점은 이것들이 에너지로 변화할 때 인체에 유해한 가스를 발생시키며 지구의 오존층을 파괴하여 지구 온난화, 대기 오염을 유발하고 수질을 산성화를 시켜 환경을 오염시킨다는 것이다.

# 온실가스 배출 줄이기 위해 신재생 에너지로 눈 돌려야
이런 문제점들을 해결하고자 여러 대체에너지, 재생에너지를 개발 중이며 주된 요점은 화석에너지들의 문제점을 해결할 수 있는, 즉 언제까지나 쓸 수 있는 에너지, 환경 파괴를 하지 않는 ‘그린(Green) 에너지’여야 한다는 것이다.
지금까지 여러 종류의 신재생 에너지들이 등장했다. 물로 가는 자동차, 전기로 가는 자동차 등이 이런 노력의 결과라고 할 수 있다.
신재생 에너지란 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말한다. 화석연료로 인한 온실가스 배출이 국제사회에서 문제화 되면서 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지기 시작했다. 온실가스 배출의 원인인 소비자, 즉 우리 시민들도 관심을 가져야 할 문제가 되었다.

풍력발전기 구조 <출처: 한국풍력산업협회>

신재생 에너지 중 태양에너지만큼이나 관심을 받고 있는 분야가 바로 풍력에너지이다. 바람은 태양에 의한 지구표면의 불균일한 가열에 의해서 발생한다. 그렇게 발생한 바람으로부터 얻는 에너지가 바로 풍력에너지이다. 풍력에너지를 이용하는 풍력발전은 자연의 바람을 이용하여 풍차를 돌리고, 이 회전의 힘으로 발전기를 돌려 전기에너지를 생산하는 발전 방식을 말한다.

# 석탄발전과 경쟁 가능한 수준으로 기술 발달
풍력에너지를 이용하는 풍력발전기는 위의 그림과 같이 날개, 기어박스, 발전기, 풍향계, 풍속계 등으로 구성되어 있다. 회전날개가 바람으로부터 회전력을 생산해 회전축을 통해 날개의 회전력을 증속기 또는 발전기에 전달하여준다. 이 때 증속기는 회전속도를 적정 속도로 변환한다. 증속기에서 전달된 기계에너지는 발전기에서 전기에너지로 변환된다. 풍속이 너무 셀 경우 파손을 방지하기 위해 브레이크가 회전날개를 정지시킨다. 피치시스템은 회전날개의 각도를 조절하고 이 시스템은 회전날개를 바람방향에 맞추기 위해 나셀을 회전시킨다. 이러한 방식으로 생산되는 풍력 발전기의 출력은 터빈의 크기와 바람의 속력에 따라 정해진다.

대관령 풍력발전기

그동안 풍력 발전의 기술이 날로 향상되어 상업용 발전 규모의 단가는 80% 이상 낮아졌고 이 가격은 화력, 수력, 원자력 등 다른 많은 기존의 발전방식과의 경쟁이 가능한 수준이다. 특히 대규모 풍력발전소의 건설과 신기술의 도입으로 발전단가는 계속해서 낮아지고 있는 추세이다. 풍력 발전 산업은 신재생에너지 분야 중에서도 경제성과 기술성숙도 면에서 세계적으로 가장 빠른 성장속도를 보이고 있다.
국내의 풍력발전 기술개발은 ‘대체에너지개발촉진법’에 따라 1988년부터 기본계획을 수립하여 1990년대 초에 대학과 연구원을 중심으로 기초연구 및 소형풍력시스템 연구를 시작한 이래 90년대 중반부터 본격적으로 기술개발이 이어졌다.
현재 국내의 풍력에너지 잠재량은 육상과 해상을 포함하여 466백만TOE/년이며, 이중에서 이용 가능한 풍력자원은 50백만TOE/년이다. 국내 풍력산업은 이제 시장형성기로 정부는 총발전량 중 풍력발전 비중을 2010년 0.2%에서 2020년 9.4%로 증대시킬 계획이다. 2030년까지 풍력발전기 공급비중을 현재의 0.35%에서 20%로 확대하는 목표를 설정했다. 정부의 적극적인 투자계획과 신재생에너지 공급의무제도의 시행으로 향후 국내 풍력발전시장이 활성화될 전망이다.

# 미국은 육상, 유럽은 해상 풍력발전 강세
해외 기술개발 추세는 크게 풍력발전 시스템의 급속한 대형화와 해상 풍력발전 확대로 나뉜다. 미국은 풍력발전사업에 대한 지원을 활발하게 진행하면서 2008년 전 세계에서 가장 많은 용량을 신규로 설치하면서 발전설비 세계 1위를 차지하였다. 미국은 또 2009년 한 해 동안 9,922㎿를 증설함으로 2008년에 비해 18.7% 증가하였고 누적 설치 용량이 35,159㎿가 되면서 세계 최대 규모의 발전용량을 가지게 되었다. 미국의 풍력산업은 2010년~2025년 사이에 3,300억 달러 규모가 될 것으로 예상되며 이중 90% 이상이 육상풍력으로 이루어질 전망이다.
반면, 유럽지역에서는 해상풍력이 급격히 증가하는 추세이다. 덴마크는 2030년까지 해상 풍력으로 전체 전력의 20%를 생산하겠다는 목표를 가지고 있으며 영국, 독일, 미국, 프랑스, 스페인, 중국 등도 해상풍력발전 프로젝트 추진하고 있다.
지금까지 덴마크가 가장 큰 규모의 해상풍력(209MW)을 북해에 건설하였다. 현재 해상풍력의 총 용량은 약 2 GW 수준이며 계속 증가 추세이다. 해상풍력의 경우 설치, 유지 보수의 편리성 등을 고려하여 조립 및 분해가 편리한 구조의 증속기 및 드라이브트레인, 크레인의 설치 등과 관련한 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다.
다음으로는 풍력에너지를 활용했을 때의 장점과 단점에 대해 살펴보도록 하자.
먼저 풍력에너지는 무한 자원을 이용함으로써 환경에 미치는 영향이 적고 대기오염물질을 방출하지 않는다. 또한 풍력발전은 발전소 면적이 타 발전소에 비하여 적어 농사, 목축 등 토지 이용의 효율성이 높고 제조비용이 저렴하다. 발전단가가 다른 에너지원에 비해 저렴한 편이라는 것도 장점이다. 무엇보다 풍력발전으로 얻어진 온실가스 감축실적은 탄소 배출권 매매도 가능해 풍력발전의 경제성은 앞으로도 더욱 커질 전망이다.
반면, 풍력발전은 바람이 불지 않거나 바람이 약할 경우는 사용할 수가 없다. 우리나라의 특성상 바람이 일정하게 불지 않아 평균 가동률이 낮을 수밖에 없다. 풍력발전기는 바람이 초속 3m 이상이 되면 발전기가 움직이기 시작하기 때문에 독일의 경우 풍력발전단지 건설 기준은 연평균 풍속이 초속 5.5.m으로 이를 충족하지 않으면 건설을 하지 않는다. 이러한 바람의 불안정성을 해결하기 위해서는 충전기술이 필요하다. 또한 소음문제가 발생할 수 있다. 풍차에서 발생하는 소음은 주로 블레이드가 바람을 가르는 소리와 증속기 등에서 나는 기계음이다. 특히, 해상풍력의 경우 수중소음은 심해에 살고 있는 물고기와 해저생물들에게 큰 위협이 되고 있다. 그리고 풍력발전시설이 경관을 침해한다는 주장도 제기되고 있다.

# 다음 세대 위해서도 친환경 에너지 개발 주력해야
다양한 신재생 에너지를 조사하면서 가장 눈길을 끈 것이 ‘풍력 에너지’였다. 어릴 적 큰 풍력발전 장치들을 본 적이 있는데 그 후로 풍력발전에 대한 호기심이 있었기 때문이다.
투자자의 눈으로 봤을 때 풍력발전의 장점은 대규모 단지의 경우 발전단가가 비교적 낮고, 상용화가 가능한 에너지 발전기술이라는 점이다. 비록 자연환경 경관을 해치고 레이더 전파의 교란 가능성이라는 단점도 있지만 단점에 비해 장점이 더 크고 큰 득을 볼 수 있다고 생각한다.
특히 우리나라의 에너지환경에서 보자면, 에너지의 96.5%를 해외에서 수입하고 있는 상황이다. 우리나라를 비추고 있는 태양의 에너지와 우리나라를 지나고 있는 풍력에너지를 활용하는 것은 에너지 해외의존도를 낮출 수 있는 길이기도 하다.
우리나라 단위면적당 원자력 발전소는 세계 최고다. 좁은 국토 면적대비 가장 많은 원자력발전소를 가지고 있다는 얘기인데, 앞으로 더 많은 원자력 발전소가 생기면 결국 이런 원자력 발전소와 그 폐기물이 골치 덩어리가 될 것이다. 지금의 어린이들, 청소년들이 그 핵폐기물을 처리해야 하고. 그 다음세대까지, 수백 년, 수천 년 핵 쓰레기가 한반도 어딘가에 묻히게 될 것이라는 걸 상상하면 아찔해진다. 그렇기 때문에 원자력발전이 아닌 안전하고 깨끗한 풍력에너지와 태양에너지를 더 많이 사용해야 한다.
풍력에너지는 폐기물이 없고, 온실가스를 감축할 수 있고, 게다가 정의로운 일자리도 생기게 하는 신재생, 친환경 에너지임에 틀림없다.

<참고논문>
– 김광호 , 최항철.「집중기획 : 풍력에너지의 이용. 설비저널」 30(1): 25-31, 2001

글 김예지 푸른아시아 대학생기자