풍력 발전의 모든 것 - 풍력 발전의 장점과 단점

풍력발전의 장점

풍력발전은 태양광 발전과 마찬가지로 무한정으로 이용할 수 있는 자연 에너지를 이용한 재생 가능 에너지의 하나입니다. 일상적으로 발생하는 바람을 포착하여 전기에너지로 변환하여 이용합니다. 다른 자연 에너지 발전보다 풍력 발전이 우위라고 생각되는 점을 설명합니다. 안정된 발전량을 기대하기 어려운 풍력 발전이지만 많은 장점이 있습니다.

 

면적당 출력이 높음

태양광 발전과 비교하여 풍력 발전은 설치 면적에 대한 발전량을 크게 확보할 수 있습니다. 메가와트 규모의 태양광 발전 설비를 마련하는 경우 수천~수만 제곱미터의 설치 면적을 필요로 하지만 풍력 발전은 자립 기둥 1개로 구축한 풍차로 발전하기 때문에 단위 면적당 발전량은 매우 큽니다.

수백 kW 클래스의 대용량 풍차는 블레이드의 크기가 수십 m가 되기 때문에 기둥의 설치 면적에 대해 공중에 큰 공간이 필요합니다. 3kW 정도의 소형 풍차라면 가로등 기둥과 동등한 크기로 설치 가능합니다.

 

유해물질 배출이 없음

풍력발전은 자연적으로 발생하는 바람을 에너지로 하고 있으며 화석연료의 연소에 따른 CO2나 NoX 등 유해 물질의 방출이 없습니다. 공기를 오염시키지 않는 깨끗한 발전 설비로 환경 부하의 저감에 기여합니다.

 

높은 설비 이용률

태양광 발전은 일사를 필요로 하는 설비이며 야간에는 전혀 발전하지 않고 우천이나 흐린 하늘 등 일사가 제한되는 시간대의 발전도 제약을 많이 받습니다. 정격출력에 대해 10~15% 정도의 설비 이용률을 보이고 있는 것이 보통입니다.

 

그에 비해 풍력발전은 바람이 불면 발전한다는 특성으로 24시간 내내 발전 기회가 있습니다. 국내의 육상의 풍력발전은 설비 이용률 20~30% 정도에 머물지만 해상 풍력발전의 신기술이라면 10% 정도 더 높은 설비 이용률을 기대할 수 있습니다.

 

화력발전이나 원자력발전은 70~80%의 설비 가동률을 가지고 운용되기 때문에 이들과 비교하면 매우 낮은 수치이지만 환경 부하가 낮고 방출하는 CO2가 적다는 이점이 있기 때문에 직접 비교하는 것은 타당하지 않습니다. 화석연료의 미세먼지와 대기 오염 문제도 당연히 문제지만, 원자력 발전소의 방사능 폐기물은 반감기가 10만년이라고 하니 10만년간 유지관리 비용은 왜 아무도 문제 삼지 않는 것인지 모르겠습니다. 10만년간 밖으로 새어 나오지 못하도록 누군가 지켜보고, 관리하고, 보수 공사하면서 가지고 있어야 합니다. 그런 에너지보다 당연히 태양광이나 풍력에 집중하는 것이 당연한 에너지 정책이라고 생각합니다.

 

친환경 이미지 제고

공기를 오염시키지 않는 발전설비를 추진하고 있는 사업자로서 주변 지역에 환경에 공헌하고 있다는 홍보 측면이 있습니다. 풍력발전설비는 아직도 고비용으로 설치비용과 발전량의 균형이 없고 감가상각이 불가능합니다. 발전 설비라도 환경에 투자한 사업자로서 어필해 이미지 제고에 기여하는 것도 가능합니다.

 

풍력발전의 단점

자연 에너지를 이용하여 CO2의 발생이 적다고 하는 풍력발전이지만 많은 문제점이 있습니다.

 

일정 이상의 풍속이 안정적으로 얻어지는 환경이 아니면 안정적인 발전이 일어나지 않습니다. 풍력발전의 정격출력은 풍속 10m/s 정도를 기준으로 하는 것이 일반적이며 국내에서 이만큼의 풍속을 안정적으로 얻을 수 있는 장소는 산간지역과 해상 일부를 제외하고는 거의 없습니다.

 

도심부에서는 바람이 약하고 평균 3m/s 정도의 풍속 밖에 얻을 수 없습니다. 한편 빌딩의 영향으로 풍향도 안정되지 않기 때문에 정격 출력에 대해 10~20% 정도를 발전량으로 전망하는 것이 한계입니다.

 

우리나라는 태풍이 많기 때문에 큰 발전량이 예상된다고 생각되기 쉽지만 25m/s를 넘는 강풍이 불었을 경우 풍차의 과회전에 의한 파손을 피하기 위해 브레이크 기구를 작동시키고 있습니다. 이것을 컷아웃이라고 부르고 있으며 풍차의 회전에 대해 강제적인 기계 브레이크를 걸거나 바람에 반응하지 않도록 날개의 각도를 조정하는 등 풍차가 회전하지 않도록 조치를 하여 본체를 보호하고 있습니다. 강풍이 불었다고 해도 너무 강하면 발전하지 못하고 있는 실정입니다.

 

안정된 출력을 얻을 수 없음

풍력을 이용한 발전 설비이므로 바람이 강하게 불면 많은 발전이 이루어지고 무풍이면 발전량은 제로입니다. 물론 너무 강하면 발전하지 못합니다. 일년 내내 종합해보면 일정한 발전량이 예상되지만 전기는 바람이 불든 불지 않든 사용하는 순간에 필요한 발전량을 얻을 필요가 있기 때문에 풍력발전소만으로 안정된 전력을 얻는 것은 불가능합니다.

 

안정된 전력 이용을 도모하기 위해서는 화력 발전 등 추종성이 높은 발전 설비를 병렬로 가동시키거나 축전지에 충전하여 방전하는 양수 발전을 이용하여 위치 에너지로 저장하는 등의 방안이 필요하여 풍력 발전만으로는 자립 전원으로 고려하기 어렵습니다.

 

풍력발전에 의한 발전량은 하기의 계산식으로 나타냅니다.

·                P = 1/2 ρAV^3

·                P：발전량, ρ：공기밀도, A：수풍면적, V：풍속

기재한 바와 같이 풍력에 의한 발전량은 풍속의 3승에 비례합니다. 풍속이 2배가 되면 발전량은 8배, 3배가 되면 27배나 됩니다. 풍속이 얻어지지 않는 장소에서는 발전량이 현저하게 저하됩니다.

 

환경파괴가 심각해진다

풍차의 회전에 의한 진동이나 소음에 거주 환경의 악화가 우려됩니다. 진동음이나 풍절음을 발생시키는 풍차의 회전이 언제 발생하는지 모르는 환경은 거주 환경의 악화를 일으킵니다. 이것이 소송의 원인이 된 사례도 있습니다.

 

덴마크 등 다수의 풍력발전설비를 가진 나라에서도 소음이나 진동에 의해 육상에서 해상으로 풍차를 운용하고 있습니다. 풍력발전이 주는 환경에 미치는 영향은 크고 소송 위험이 높은 리스크를 이해해야 합니다.

 

대규모 풍력 발전 설비의 풍차는 수십 미터의 블레이드를 사용해야 하며 이 회전하는 블레이드에 조류가 접촉하는 '버드 스트라이크'라는 문제도 환경 파괴의 주요 문제로 이어지고 있습니다.