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- 최초의 풍차는 약 1,500년 전 페르시아와 아프가니스탄 국경에서 회전
- 1891년 덴마크에서 전기를 생산 위해 최초 풍력 터빈 건설
- 하나의 풍력 터빈으로 매년 3천 가구 이상의 가정에 전기 공급 가능
- 하나의 풍력 터빈으로 매년 3천 가구 이상의 가정에 전기를 공급
- 현재는 9메가와트와 최대 180미터 크기의 블레이드

바람의 힘
풍력 에너지는 어떻게 사용될 수 있나요?

인간은 수천 년 동안 바람의 힘을 이용해 왔다. 제분업자들은 곡물을 갈기 위해 풍차를 사용했지만, 오늘날에는 높이가 100미터가 넘는 로터가 전 세계 에너지의 상당 부분을 제공한다. 이제 하나의 풍력 터빈으로 매년 3천 가구 이상의 가정에 전기를 공급할 수 있다. 그런데 바람은 어떻게 전기가 되는 걸까? 이러한 재생 가능 에너지원이 더 많이 설치되지 않는 이유는 무엇인가? 풍력 발전의 미래는 어떻게 될까? 

▲ 풍력발전은 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 왜 아직까지 충분히 활용되지 않았나? © Dar1930

풍력 발전은 전 세계 에너지 수요를 충족할 수 있지만, 현재 대형 터빈은 전 세계 전력 믹스의 겨우 10% 조금 넘게 차지한다. 이러한 역설적인 상황의 이유는 풍력 터빈이 새, 박쥐 및 기타 동물을 위험에 빠뜨리고 생태계를 변화시키기 때문이다. 또한 소음을 유발하므로 주거지 근처에서는 허용되지 않는다.

막대한 글로벌 풍력 발전 잠재력, 전 세계 전력 수요 충족

풍력 터빈은 이제 매우 저렴해 3~5개월 내에 투자 비용을 회수할 수 있다. 이 기간이 지나면 풍력 터빈은 생산 및 운영에 투자된 만큼의 에너지를 생산한다. 예를 들어, 태양전지와 같은 다른 대체 에너지원의 경우 6~18개월이 소요된다. 또한 풍력은 확장 가능성이 가장 높은 재생에너지이다. 전 세계 풍력 발전의 잠재력은 매우 높아서 풍력 발전만으로도 우리 문명 전체의 전력 수요를 감당할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 거대한 회전자(블레이드)가 서로 방해하지 않고 최대한 가깝게 제작된다면 전 세계적으로 연간 250테라와트의 전기를 생산할 수 있다. 풍력 터빈이 육지와 해안 근처에만 설치되더라도 이론적 생산량은 여전히 ​​연간 80테라와트에 달할 것이다. 연구진의 계산에 따르면 이는 2030년 인류 총 에너지 소비량의 7배에 해당한다. 풍력 터빈을 설치하기 위해 어디에서나 할 수 있다고 말하는 것은 아니지만 2030년까지 풍력에서 에너지의 절반 이상을 생성하는 것이 가능하다는 것을 보여준다”고 저자는 썼다.

16명의 유럽인에게 1메가와트

풍력 잠재력은 유럽에서도 엄청나다. 또 다른 연구에 따르면 이론적으로 유럽 대륙의 490만 평방킬로미터의 토지가 풍력 에너지 생산에 적합할 것이며 이는 전체 면적의 약 46%에 해당한다. 연구원들은 터키, 발칸 반도, 러시아 및 노르웨이에서 가장 큰 잠재력을 보고 있다. 서유럽의 일부 지역은 유리한 바람과 평평한 지형으로 인해 육상 풍력 발전, 즉 육상 풍력 터빈을 확장하는 데에도 매우 적합하다. “유럽에는 총 52.5테라와트의 미사용 풍력 발전 용량이 있는데, 이는 유럽인 16명당 1메가와트에 해당한다”고 저자는 보고했다. “이 에너지는 지금부터 2050년까지 모든 부문의 전 세계 에너지 수요를 충족하기에 충분할 것이다. 이론적으로 약 1,100만 개의 추가 풍력 터빈을 위한 공간이 있을 것이다.” 

▲ 유럽의 풍력 잠재력은 엄청나다. 특히 터키와 노르웨이에는 바람이 강하다. © University of Sussex/ Aarhus University

풍력 발전의 등장과 풍력 터빈의 재창조

이전 페르시아의 높은 풍속은 아마도 풍력 발전이 그곳에서 시작된 이유일 것이다. 아랍어 문자에 따르면 최초의 풍차는 약 1,500년 전 페르시아와 아프가니스탄 국경에서 회전했다. 그곳에서 풍차는 유럽으로 퍼져 곡물을 갈거나 물을 펌핑하는 등의 작업에 주로 사용되었다.

최초의 현대식 풍력 터빈

그러나 산업화가 시작되면서 사람들은 점차 오래된 재생에너지로부터 해방되었다. 증기기관의 발명으로 바람과 물이 충분한 곳에서만 사업장이 있는 것이 아니다. 대규모 공장 폐쇄가 시작되었다. 19세기 말까지 독일에는 여전히 20,000개의 공장이 있었고, 1930년대 중반에는 그 수가 5천 개에 불과했다. "1891년 Askov의 Poul la Cour 교수가 덴마크에서 전기를 생산하기 위해 최초의 풍력 터빈을 건설했다"고 킬 응용과학대학(Kiel University of Applied Sciences)의 Alois Schaffarczyk가 보고했다. 예를 들어, 라 쿠르(La Cour)는 이전 풍력 터빈보다 효율성이 3배 향상된 자신의 발명품을 사용하여 인근 학교의 배터리를 충전했다. 1950년대 독일의 한 바이마르 교수는 소위 "섬 지역"이라고 불리는 원격지에 전기를 공급하기 위해 출력이 100kW인 여러 시스템을 개발했다.

▲ 세계 풍력지도 © World Bank Group/ DTU

 

 

석유파동과 재생에너지의 부상

1973년 석유 위기는 궁극적으로 재생에너지를 장려하는 에너지 정책에 대한 재고 과정을 촉발시켰다. 현대 풍력 에너지 기술의 큰 발전은 덴마크에서 나왔다. 에너지 위기로 인해 특히 큰 타격을 입은 민간 계획은 1978년 덴마크 서부 유틀란트 해안에 블레이드 직경이 53미터인 세계 최초의 메가와트 터빈을 건설하게 되었다. 이것은 오늘날에도 여전히 완벽하게 실행된다.

▲ 최초의 풍력 터빈은 덴마크에 있었다. 그 이후로 디자인이 많이 바뀌었다. © Elektrotechnische Zeitschrift

유가 충격 이후 특히 덴마크인들은 수많은 소형의 저렴한 시스템을 구축했다. 처음에는 자체 용도로 사용했으나 나중에는 이러한 시스템 수천 대를 미국에 판매했다. 특히 캘리포니아의 기상학적으로 적합한 지역에 거대한 풍력 발전소가 건설되었다. 덴마크의 기술 및 상업적 성공은 지역 산업에 큰 활력을 불어넣어 수년간 풍력 기술 분야의 시장 선두주자가 되었다.

▲ 오늘날 네덜란드 공장은 단지 역사적 유물일 뿐다. © Carl Lindström /CC-by 3.0

현대 풍력

독일에서는 1991년에 제정된 전기 발전 발전법이 풍력 터빈 운영자에게 고정된 발전 요금을 보장했기 때문에 풍력 에너지에 결정적인 활력을 불어넣었다. 이로 인해 풍력 터빈 건설은 안전한 투자가 되었고 연방 공화국은 빠르게 풍력 발전 분야의 기술 리더가 되었다.
현재 수십만 개의 풍력 터빈이 전 세계를 돌고 있다. 이는 수년에 걸쳐 엄청나게 성장했다. 1980년경 몇 킬로와트의 전력과 15미터의 블레이드 직경에서 현재는 9메가와트와 최대 180미터 크기의 블레이드다. 하지만 이러한 시스템은 어떻게 작동할까? (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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