풍력 발전의 모든 것 - 풍력 발전의 계통연계와 해상 풍력

풍력발전의 계통연계

풍력발전설비에서 생산되는 전력은 전력회사의 전력과 계통연계하여 운용하는 것이 일반적입니다. 풍력발전만으로 자립한 전원으로 하려면 안정된 바람이 불어야 할 뿐만 아니라 축전지에 전력을 저장하고 바람이 없는 시간대에서도 전력을 사용할 수 있도록 계획해야 합니다.

 

풍력발전설비에서 만들어진 전력은 매우 불안정하며 상시 정량의 전력을 기대할 수 없습니다. 상용 전원이 공급되고 있는 계통에 연계시켜 바람이 불지 않는 시간대의 전력을 커버하거나 풍력발전설비에서 축전지를 충전하여 사용하는 것이 일반적입니다.

 

풍력 발전 설비에서 발전되는 전력은 바람의 강도에 비례하기 때문에 바람이 강하면 큰 전력이 발생하고 바람이 잠잠하면 발전량이 저하됩니다. 전력 공급은 불규칙적이어서 전압, 주파수, 발전 전력량의 유지가 매우 어렵습니다.

 

국내는 일상적으로는 그다지 바람이 불지 않고 태풍 등 날씨가 거칠어지면 매우 강한 바람이 분다는 특징이 있습니다. 대부분의 시간대를 전력회사로부터 구입한 전력을 이용해 일시적으로 바람이 강한 시간대는 컷아웃을 넘어 버려 발전하지 않는다고 예측되어 안정된 발전이 곤란합니다.

 

계통 연계의 주의점

전력회사에 풍력발전으로부터의 전력을 계통연계하는 경우 태양광발전과 달리 일부하가 전혀 예측할 수 없기 때문에 출력 변동이나 전압플리커가 발생합니다. 동작에 의해 다른 수용가에 악영향을 미치는 것이 판명된 경우 발전 설비를 설치하는 사업자는 전압 변동을 억제하는 설비를 도입해야 합니다.

 

전력회사의 배전선을 보강하거나 전용선을 이용하는 것으로 주변 수용가에 대한 악영향을 예방하는 방법도 있지만 전력회사 측의 설비 변경은 시간이나 비용이 필요하고 조기 대응할 수 없습니다.

 

풍력발전의 신기술

풍력발전은 높은 풍속을 안정적으로 확보할 수 있는 양호한 풍황이 요구되기 때문에 산악지대나 해안 등 일상적으로 강한 바람이 부는 장소가 설치에 적합한 장소입니다.

 

국내 도시부 등 평야 부분은 풍황이 나쁘고 평탄한 육지 지역에서는 높은 풍속을 확보할 수 없습니다. 평균적으로 3~4m/s의 풍속에서는 본래의 발전량을 전혀 확보할 수 없기 때문에 항상 강한 바람이 부는 장소의 선정은 큰 과제입니다. 여기서 해양이나 호수에 풍차를 설치하는 풍력 발전이 주목받고 있습니다.

 

해상풍력발전

해상이라면 사람이 살고 있는 지역에서 멀리 떨어져 있기 때문에 소음에 의한 문제를 경감 가능하고 경관상의 문제도 해결됩니다. 그러나 해저에 기초를 구축하는 것에 의한 환경에의 영향이나 풍차와 조류의 접촉에 의한 버드 스트라이크에 의한 우려는 해결되지 않고 환경 파괴를 유발한다는 반대도 만만치 않습니다.

 

해상풍력발전은 자연 에너지에 의한 발전에 관심이 높은 유럽을 중심으로 보급되어 영국과 덴마크에서는 메가와트 규모의 대용량 발전이 이미 이루어지고 있습니다. 해저까지 수심 100m를 넘지 않는 비교적 얕은 장소이면 해저에 기초를 구축해 고정하지만 그 이상으로 깊어지는 경우 부유식 해상 발전이라고 불리는 해저에 기초를 조성하지 않고 풍차를 해양에 띄워 하중이 있는 중량물을 해저에 가라앉히고 와이어로 장력을 가하는 방식도 적용됩니다.

 

이와 같이 환경적인 문제는 기술적으로 얼마든지 극복 가능한 것으로 알려져 있습니다. 문제는 비용이 높아져 사업적으로 매력이 감소하는 탓에 사업 추진 속도가 더디거나 포기하는 일들이 속출하고 있다는 점이 문제입니다.

 

해상풍력발전의 장점

해상은 바람이 안정되어 강하고 육상보다 높은 발전량을 기대할 수 있습니다. 육상에서는 고도가 높을수록 풍속이 강하다는 특징이 보다 강하게 나타나지만 해상은 고도에 의한 풍속 변화가 비교적 작고 일정한 발전량을 확보할 수 있기 때문에 설치 비용을 줄일 수 있습니다.

 

풍속의 변동이 적다는 것도 장점 중 하나로 강한 바람과 약한 바람이 간헐적으로 분사하면 부품의 피로도가 커지고 유지 보수 비용의 증대로 이어집니다. 풍속 변동의 적다는 것은 운용 비용의 절감을 기대할 수 있습니다.

 

해상풍력발전의 문제점

해상 풍력 발전의 문제점으로서 풍차의 주요 장치가 되는 발전 터빈이 육지로부터 액세스할 수 있는 장소에 설치되지 않기 때문에 설치 공사나 유지관리에 상당한 비용이 소요됩니다.

 

선박이나 헬리콥터를 이용해 풍차에 접근하여 대용량 발전기를 유지보수하기 위해 육지에 설치하는 설비보다 큰 운용 비용이 필요하며 해양은 염분을 포함하고 있기 때문에 전기기기의 설치 장소로서는 매우 가혹합니다.

 

발전한 전력을 송전하기 위한 해저 케이블 부설이나 발전 정보나 고장 정보를 얻기 위한 광케이블도 동시에 부설이 필요하고 기기 비용 외에 케이블 부설 비용도 과대해집니다. 기초 조성이나 버드 스트라이크에 의한 환경에 대한 영향도 고려해야 합니다.