풍력 발전

1. 개요

風力發電 / Wind Power[1]

바람의 힘을 사용하여 풍차를 돌려 전기를 생산하는 시스템이다. 20세기 후반부터 현재까지 경쟁력 있는 재생에너지 발전 방식으로 평가받고 있다.

2. 장점

설치 기간이 짧다. 연중 바람이 부는 곳에서는 소규모 발전도 가능하다.

지구는 필연적으로 대류 현상이 일어나기 때문에 거의 항시 공기의 흐름(바람)이 생기므로 다른 연료의 소비 없이 발전이 가능하다. 다른 발전 방식과 달리 쓰레기나 폐기물 발생이 적은 편. 설치 이후엔 온실가스를 배출하지 않아 지구 온난화 해결에 도움이 될 것으로 기대된다. 여러 대체에너지 중 그나마 경쟁력이 있는 발전 방식이다.

태양광과 자주 비교 대상이 되는데, 해가 지면 발전량이 0이 되어버리는 태양광에 비해 통상 수준의 바람만 불어주면 24시간 발전이 가능하다는 것은 상당한 장점이다. 물론 날씨에 따라서 발전량이 들쭉날쭉하긴 하지만, 구름과 입사각에 크게 영향을 받는 태양광에 비하면 미미할 정도.

발전에 최소 전력을 필요로 하지 않기 때문에 완공한 뒤 바람(통상 cut-in 풍속인 3~4m/s 이상)만 불어오면 블랙아웃 상황에서도 가동해서 전력을 공급할 수 있다.

관광용으로 활용하여 지역 경제 성장에 도움을 줄 수 있다. 실제로 대관령 풍력 발전소는 관광지로도 유명하고, 비금도는 그런 풍차 바로 밑에 펜션이 있다. 이외에도 제주도 등 인근에 숙박 시설이 있는 곳이 있다.

3. 단점

연중 바람이 부는 곳 자체를 찾기 힘들며 전력 수요가 있는 곳까지의 접근성, 주변 민원까지 고려하면 경제성이 있는 지역을 찾기 어렵다. 그리고 얼마 안 되는 그런 곳에는 이미 풍력 발전기가 세워져 있다. 생각 외로 양질의 풍력 자원도 지하 자원처럼 지구상에서 지역별로 불균일하게 분포하는 자원이다. 접근성도 좋으면서 적절한 수준의 바람이 연중 안정적으로 불어오는 곳은 생각만큼 많지 않다. 때문에 안정적인 전력 생산이 힘들고, 새로운 풍력 발전기를 세울 만한 곳은 갈수록 줄어들고 있다. 이 때문에 선진국들이 먼 바다로 나간다.

블레이드를 돌리기 때문에 햇빛을 주기적으로 가리는 섀도 플리커(Shadow Flicker)로 인한 스트레스를 유발한다. 이는 네덜란드에 많이 있는 과거의 풍차부터 지금의 발전용 풍차까지 모두 공유하는 단점이다.

풍력 발전기가 일으키는 소음도 문제로 지적되고 있다. 실제로 인근 주민들이나 풍력발전기와 가까운 숙박 시설을 이용한 고객들이 소음을 호소하는 경우가 더러 있다. 때문에 풍력 발전소가 들어서는 곳 주민들은 상당히 반발한다. # #

실제로 풍력발전기 소음 및 저주파 소음이 인체에 미치는 영향에 대해 국내외 연구가 다수 보고되고 있다.[2] 국내외 기관이나 논문들은 이러한 햇빛가림이나 소음 등의 이유로 주거지와 최소 1.5km 이상 이격할 것을 권고[3]하고, 해외 일부 저널 논문은 저주파음이 수 km 떨어진 곳에서도 측정된다고도 한다.[4][5] 유럽, 미국, 캐나다 및 중국 등은 이런 피해와 경관을 해치는 점, 발전 가동률 등을 토대로 아예 주거지나 해안선으로부터 수십 km를 떨어져 짓는 추세이다(독일 브레멘 주는 무려 100km라고 한다). 다만 2020년 기준 생산되는 풍력 발전기들은 블레이드 회전으로 인한 소음이 상당 부분 감소된 기술 진보를 보이고 있다. Tip Vortex Noise Reduction Technology

효율이 높은 고성능의 발전기/모터를 제조하기 위해서는 희토류를 이용한 네오디뮴 자석이 상당량 필요한데, 이런 희토류 채굴 과정에서 막대한 환경오염이 발생한다. 물론 이건 다른 분야도 마찬가지지만. 희토류 대신 질소를 사용하는 질화철 자석이 상용화될 경우 이 문제는 줄어들 것으로 예상된다.

아직까지는 설치하는 비용에 비해 얻는 전력의 상대적으로 양이 적어서 일정 수준 이상의 발전을 위해서는 넓은 지역에 분포된 많은 양의 발전기가 필요한데, 이에 따라 부품 조달과 유지 보수에 투입되는 비용과 시간이 크게 늘어난다. 인터넷에 찾아보면 블레이드(날개) 하나 옮기는데 갖은 고생을 해야 한다는 걸 알 수 있다. 블레이드 하나가 생각보다 무척 큰데 분리할 수 없어서 통째로 옮겨야 하기 때문. 영상

공간 차지도 많이 하는 편이다. 물론 풍력 발전기 하나가 차지하는 공간은 매우 적다. 하지만 풍력 발전기 인근은 안전 사고 우려 등의 이유로 일정 거리 이내로 접근하지 못하게 하며, 여러 개를 세울 때는 최소한의 공간을 띄워서 설치해야 하기 때문에 대규모 풍력 발전소를 조성하기 위해서는 상당히 큰 땅을 필요로 한다. 주변에 발전기 높이에 근접하거나 더 높은 고층건물을 지으면 풍속과 풍향에 변수가 생기기 때문에 건축에 제약이 생겨 공간 활용도가 적다.[6]

날개 만드는 과정이 심각한 환경오염과 최악의 노동환경을 자랑한다. 블레이드는 최대한 가볍고 탄성을 강하게 만들기 위해 발사나무로 뼈대를 만들고 안쪽을 유리섬유로 겹겹이 붙여서 경화제로 굳힌 후 압축기로 내부 공기를 빼서 진공으로 만들어야 된다. 이 과정 중 유리섬유를 붙이는 과정은 수십 명의 인원이 하루종일 엎드려서 한 장 한 장 수백 장을 몇십 미터에 걸쳐 붙여야 된다.[7] 이 작업은 자동화 공정이 불가능한 말 그대로 노가다 작업이며, 굉장한 시간 투자를 요한다. 온몸의 체중을 분산시켜서 닿는 면적에 무게를 줄여야 되므로 기어다녀야 된다. 말 그대로 하루종일 체벌을 받는다고 생각하면 된다. 물론 연골 나가는 건 기본. 붙이는 작업 중에는 사람의 체중이 유리섬유를 짓뭉길 수 있으므로 절대로 일어서면 안 된다. 행여나 찌그러지면 해당 부위는 처음부터 다시 작업해야 된다. 게다가 유리섬유는 현미경으로 확대해보면 갈고리 모양이기 때문에 방진복을 뚫고 피부에 닿으면 미친듯이 가려우며 생긴 모양처럼 박히면 잘 빠지지도 않는다. 섬유작업이 끝나면 압축기로 공기를 뺀 후 경화제로 굳혀야 되는데 이 과정에서 유독성 물질이 다량으로 방출된다. 제작 과정이 전혀 친환경적이지 않다.

블레이드의 수명도 문제다. 블레이드의 수명은 평균 20년 정도로 미국에서만 1년에 8,000개의 블레이드가 폐기된다. 그런데 상술한 대로 블레이드의 재료는 유리섬유와 각종 화학 소재다 보니 재활용이 힘들다. 너무 커서 매립도 힘들고 소각시키면 엄청난 오염 물질이 배출된다. 이를 해결하기 위해 블레이드를 분해해서 건축 재료로 재활용하거나 아예 처음부터 블레이드를 재활용이 가능한 친환경 소재로 제작하는 방안을 연구하고 있다.

바람이 너무 세게 부는 경우, 풍력 발전기가 한계에 달해 부서지는 경우도 있다. 물론 이를 감안해서 제어장치를 넣어 어느 정도 속도 이상으론 돌지 못하게 하나, 그 제어장치도 버티지 못할 정도로 바람이 세게 불면 얄짤없이 박살난다. # 특히 열대저기압이 닥쳐오면 파손 위험 때문에 작동을 멈추고 고정시켜야 한다. 매년 태풍이 오는 한국에서는 고민될 수밖에 없다. 거의 모든 풍차들이 이런 변수에 대비하기 위해 안에 변속기를 설치하지만 그래도 급격하게 변하는 바람의 세기를 감당하기엔 역부족인 모양이다.

겨울에 눈이 블레이드에 쌓여 얼어붙은 상태에서 블레이드가 돌아가다 보면 눈이나 얼음 덩어리가 원심력에 의해 날아가는 경우가 있는데, 크기가 크기인지라 포탄처럼 날아가기 때문에 주변에 엄청난 피해를 입힌다고 한다. 관련 기사

그리고 풍력 발전을 많이 사용하는 나라에서는 또 다른 문제가 발생하는데, 바로 화재다. 거대한 블레이드가 돌아가다 보니 마찰열로 불이 붙는 경우가 생기는 것. 구동부가 있는 기계장치는 필수적으로 윤활유가 들어간다. 크기가 작다면 조립하면서 그리스 좀 바르는 정도로 해결되지만 발전기 같은 거대한 물건이라면... 그것도 그렇게 드물지 않은 사고이며 국내에서도 이미 몇 건이 있다. 이런 식으로 화재가 나면 [8] 진압도 힘들고 유독가스가 멀리 퍼져나간다. 이러면 비용 문제로 고장난 채 방치하기도 한다.

다른 형태의 환경 문제도 우려되고 있는데, 이 블레이드에 치여 죽는 동물의 수가 의외로 많다. 풍력 발전에 유리한 바람 조건은 조류의 입장에서도 이용하기 좋은 환경이기 때문에, 생태통로에 그라인더를 설치한 것과 비슷한 효과를 발휘한다. 미국에서만 1년에 50만 마리의 새가 이 블레이드에 맞아 죽는다고.[9][10] 위의 만평처럼 모가지가 따이기도 한다. 이런 새 중에는 개체수가 적은 희귀종도 적지 않다. 일부 환경단체는 블레이드에 맞아서 떨어진 새들을 구조하고 있지만 아무래도 한계가 있다. 이에 대한 대책으로 날개를 검은색으로 칠해 가시성을 높이자 피해가 71.9% 줄었다고 한다. #

4. 효율

베츠의 법칙(Betz's law)에 의하면 풍력 발전의 효율은 16/27, 약 59.26%가 이론적인 한계다. 풍력 발전은 공기 분자의 운동에너지를 이용해 터빈을 돌린다. 발전기 뒤의 탈출 풍속이 입사 풍속보다 느린데, 이 잃은 운동 에너지가 터빈을 돌리는 것. 하지만 뒷쪽 풍속이 0이면 바람이 아예 멈춘다는 말이니 효율이 0%고, 뒷쪽 풍속이 앞쪽 풍속과 같으면 공기의 운동 에너지를 전혀 추출하지 못한 것이니 이것도 효율이 0%다. 그러므로 이 중간 어딘가에 효율이 최대치가 되는 탈출 풍속이 있다. 베츠의 법칙에 의하면 탈출 풍속이 입사 풍속의 1/3이 될 때 효율이 59.26%로 최고다. 현실의 풍력 발전기의 효율은 45~50% 정도로, 베츠 한계에 꽤 가까운 편이다.

전 세계적으로 육상풍력의 경우에는 풍속이 강한 지역의 경우 그리드 패러티를 달성할 수 있어 더 이상의 경제성 확보 논의는 불필요하고, 해상풍력은 고정식인 경우에는 이미 달성했거나 달성 직전인 상황이다. 풍력발전기는 기대운전수명이 최소 20년으로 설계되기 때문에 실증 단계의 소규모 발전단지가 아니라면, 기간 내에 사업비 회수조차 못하는 프로젝트는 애초에 사업 타당성 평가 단계에서 탈락했을 것이다.

[베츠의 법칙 유도]: 터빈이 뽑아내는 일률과 입사하는 바람의 일률을 각각[math(P_T, P_W)]라 한다.

공기는 비압축성 유체다. 발전기의 면적을 [math(A)], 실제로 블레이드와 부딪힐 때의 풍속을 [math(v)]라 하자.

[math(\rho)]가 공기의 밀도면, 터빈을 거쳐가는 공기의 시간당 질량은 [math(\dot{m}=\rho A v)]

입사 풍속을 [math(v_1)], 탈출 풍속을 [math(v_2)]라고 한다면, 발전기가 추출하는 일률은 [math(P_T = \frac{1}{2} \dot{m} (v_1^2-v_2^2) = \frac{1}{2} \rho A v (v_1^2-v_2^2))]

또한, [math(P = Fv)]이다. [math(F = m \frac{\Delta v}{\Delta t} = \dot{m} \Delta v = \rho A v (v_1 - v_2) \rightarrow P_T = Fv = \rho A v^2 (v_1 - v_2))]

이 두 [math(P_T)]는 같으니, [math(P_T = \rho A v^2 (v_1 - v_2) = \frac{1}{2} \rho A v (v_1^2-v_2^2) \rightarrow v (v_1 - v_2) = \frac{1}{2} (v_1-v_2)(v_1+v_2) \rightarrow v = \frac{1}{2} (v_1+v_2))].

즉, 터빈을 때리는 풍속은 앞쪽 풍속과 뒷쪽 풍속의 산술 평균.

다시 첫번째 [math(P_T)]로 가서 이 결과를 대입하면, [math(P_T = \frac{1}{2} \rho A v (v_1^2-v_2^2) = \frac{1}{4} \rho A (v_1+v_2)(v_1^2-v_2^2) = \frac{1}{4} \rho A v_1^3 (1-a^2+a-a^3))]. 단, [math(a = v_2/v_1)].

미적분으로 최고점을 찾으면 [math(a = 1/3)]이며, [math(P_{T, max} = \frac{16}{27} \frac{1}{2} \rho A v_1^3)]. 여기서 발전량이 풍속의 세제곱에 비례한다는 사실을 알 수 있다.

반면 [math(P_W = \frac{1}{2} \dot{m} v_1^2 = \frac{1}{2} \rho A v_1^3)]이니, 최대 효율은 [math(P_{T, max}/P_W=16/27 \approx 0.5926)].

5. 대체 형태

5.1. 일반 회전식

일부 문제를 해결하기 위해 위의 이미지처럼 바다 위에 풍력 발전소를 건설하기도 하는데, 이를 해상 풍력이라 한다. 육지에서보다 바람도 일정하고 세기도 센 편이며 일조권 및 소음 문제도 해결할 수 있는 방식이지만, 건설비와 유지비가 비싸며, 자연스럽게 전기 소비지역까지의 거리가 멀어져 전력 운송의 손실이 커지는 문제가 있다. 하지만 민원이 더 골칫거리기 때문에, 네덜란드와 독일은 북해도 얕은 김에 거의 국제법상 영해 가장자리까지 나가서 파일박고 짓기도 했다. 해양생태계를 해친다는 우려도 있는데, 우리나라에서는 어민들이 배를 타고 와서 항의시위를 벌였다. 바다에 풍력 단지가 생기면 그 근처의 어항이 이동하고, 어선 역시 지나갈 수 없어 어업에 지장을 받기 때문이다. 자세한 내용은 해상풍력발전 문서 참고.


항력형 수직 풍력 발전기	양력형 수직 풍력 발전기

흔히 생각하는 풍력 발전기는 바람개비 같은 모양이지만 물레방아를 눕혀놓은 것처럼 생긴 종류도 있다.[11] 크기가 작아 집에도 설치할 수 있고 소음도 훨씬 적다. DIY 가정용 풍력 발전기 소개 영상

기구의 부력을 이용해 높은 곳에 띄우는 모양의 터빈도 있다. 다만 이런 식으로 많은 양의 터빈을 띄우면 지구의 공기 흐름 에너지(=바람 에너지)를 너무 많이 소비해서 기후변화가 발생될 것이라는 우려도 있다.

5.2. 다른 방식

이외에 최근 등장한 발전기들 중에는 회전식의 단점을 보완하기 위해 다른 방식의 풍력 발전도 고안 중이다.

▲ 부채처럼 기둥이 왔다갔다 하며 진동을 이용하는 보텍스 블레이드리스

▲ 바람이 바람막이를 미는 저항력으로 전기를 만드는 샤폰 에너지의 발전기. 일반적인 바람개비형 터빈과는 다르게 덩실덩실 춤추는 듯한 움직임이 특징이다.

▲ 바람으로 물 입자 또는 정전기를 움직여 발전하는 방식(더치윈드휠)

위에 첨부한 것처럼 바람개비를 돌리는 방식이 아닌 다른 방법도 나오기는 하지만 하나같이 아직은 걸음마 단계라서 갈 길이 먼 수준. 특히 위에 소개된 것들 중 보텍스 블레이드리스의 경우 사기 여부를 놓고 영어 위키백과에서 수정 전쟁까지 오가고(링크), 유튜브에도 비판 영상이 올라오는 등 논란이 많다. 그리고 샤폰사의 발전기는 움직임도 요란한데다 내구성이나 소음 등의 문제도 있고, 모기장처럼 생긴 더치윈드휠도 프로펠러형 발전기에 비해 효율이 괜찮을 지는 검증되지 못했다.

그 외 국내 기업에서도 독자개발해 국내특허까지 받은 횡류형수직 풍력 발전기(기사)가 있지만, 이 연구들이 열매를 맺었단 소식은 아직까지 없다.

이외에도 심부지열발전과 같은 심부풍력발전도 개발되고 있다. 심부풍력발전은 해양온도차발전과 유사한 방식으로 공기의 대류를 이용해 발전을 하는 방식이다. 대표적으로 태양열기류탑이 존재한다.

6. 종류

항력형 풍력 발전

양력형 풍력 발전

수평형 풍력 발전기: 가장 많이 볼 수 있는 바람개비 형태의 발전기. 풍향계와 풍속계 기능이 필수적이다. 대부분 블레이드의 날개가 3개지만 2개인 것도 있다. 다만 날개가 그 이상으로 많은 것은 없는데, 날개가 3개일 경우 비용 대비 가장 높은 효율을 보이기 때문이다. 다른 이유로는 날개 하나가 10t은 되는데 날개가 3개를 초과하면 윈드 타워가 무게를 못 견딘다. 약 63m의 블레이드 길이를 가지는 풍력발전기 한 대가 11.4m/s의 풍속에서 5MW를 뽑아 낸다고 알려져 있다.

지상
해상
특징: 로터축이 지면과 평행하며, 대부분의 상업적 풍력 발전소에서 사용하는 전통적인 모델이다.
장점: 효율성이 높고, 대규모 발전에 적합하다.
단점: 높은 터빈 타워가 필요하고, 바람의 방향에 따라 방향 전환 장치가 필요하다.

수직형 풍력 발전기
회전축에 대한 고려가 필요없으며 약한 바람으로도 전력 생산을 기대할 수 있어서 도심에도 설치가 가능한 소형 풍력 발전기로 관심을 받고 있다.

소형
특징: 로터축이 지면과 수직을 이루며, 바람의 방향에 상관없이 에너지를 생산할 수 있다.
장점: 설치가 간편하고 유지보수가 용이하다.
단점: 수평축 풍력발전기에 비해 에너지 효율이 낮을 수 있다.
종류: 다르리우스(Darrieus), 사보니우스(Savonius) 터빈 등이 포함된다.

해상 풍력발전(Offshore Wind Turbines)

7. 국내 상황

대한민국에서는 21세기 들어 많이 짓고 있는 추세이다. 현존하는 풍력 발전소 중에는 대관령 풍력발전단지, 제주도 풍력발전단지, 영양군 풍력발전단지, 영덕군 풍력발전단지 등이 유명하다. 하지만 한국에서는 생각만큼 환영 받지 못 하고 있는 상황. 산능선에 주루륵 세운 다음 유지보수용 도로까지 만들고 나면, 케이블카는 저리가라할 만큼 산을 깎는다. 한국의 신재생 에너지 자원분포도를 보면 풍력 자원이 가장 넉넉한 제주도 인근도 북해 평균 이하에 불과하며, 일반적으로 풍력은 7~7.5m/s 이상의 평균풍속이 발생하여야 경제성이 있다고 보는데, 한국에서 그러한 지역은 극히 드물고 육상에서는 이미 만들 곳에 거의 다 만든 상황이며, 남은 곳은 해상인데 해상은 설치비, 유지관리비, 군사보안, 해로 문제 등이 모두 걸린다. 풍력자원지도를 참고.

국내는 2009년부터 대체로 강원·경북 산간 지역과 제주 지역, # 그리고 2017년 이후 개발한 서남해상풍력이 주류인데... 해상 풍력은 유지보수가 까다롭고 제주 지역은 그 좁은 지역에 가득 들어찼고, 강원·경북 산간 지역은 백두대간에 인접해 인허가를 내기 쉽지 않은 실정이다. 우리나라 특유의 손해보면 못 사는 심리가 발동, 인허가시 주변가구당 수천만원의 일시 보상금을 지급하고 매년 마을에 지원금을 보상하는 등...의 요구가 관철되지 않으면, 인허가를 내기 쉽지 않다. 물론 그만한 보상을 지급해도 운영하면 이윤이 많이 남는다. 가끔 가까운 지역에선 찬성하고 오히려 먼 지역에서 반대하는 경우도 있다. 이유는 간단한데, 가까운 지역만 보상금이 나와서... 그 예가 하의도 풍력 발전인데 하의도에선 찬성하고 옆 섬 도초도에선 반대하고 있다.

해상 풍력 발전은 2019년까지 부안·영광 앞바다에 2500MW 용량의 대규모 해상풍력 발전단지를 만들려고 하고 있다. 2012년 관련 기사 제주도에도 2019년까지 해상풍력 발전단지 1000MW, 2030년까지는 2000MW를 건설하려 계획하고 있다. 이후 2013년 제주도에서 실증단계 풍력 해상단지가 조성되는 단계였다. 서남해 해상풍력 조성사업은 한국해상풍력(주)가 설립되고 2017년 착공하였고 2017년 11월에는 30MW 규모의 상업용 해상풍력발전단지가 제주 해상에 완공되었다.

이명박 정부는 태양광과 풍력을 제2의 반도체 산업으로 육성한다는 계획으로 신재생에너지 분야에 40조원을 투입해 2015년 세계 5대 강국으로 도약한다는 계획을 냈다. #

문재인 정부가 탈원전 정책을 내세우면서 풍력 발전을 태양광과 더불어 주요 신재생에너지로 밀어붙이면서 이런 투자를 하기 시작한 것. 하지만 상기한 문제들이 많아 논란이 일고 있다. 탈원전/대한민국 문서 참고. 제주도의 경우는 해상풍력발전기를 해안선 바로 1km 앞에 짓는 바람에 피해는 여전하다고 비난받았는데, 정부는 주민이 이익을 공유하는 사업형태로 해서 민원을 누그러뜨리는 시도 중이다.

2020년 7월 17일 문재인 정부의 그린 뉴딜 정책 추진과 함께 전북 서남권에 대형 해상 풍력단지를 조성할 계획을 세웠다. #

2021년 기준 총 발전량은 318만 MWh이며, 총 발전용량은 2120만 kW이다. 318만 MWh는 2021년 대한민국 총 발전량 576,000 GWh에 비교했을 때 약 0.5%에 해당한다.

2021년 7월 7일, 한국은 세계 최초 해상풍력 신개념 해상설치 시스템으로 완성된 해상풍력 일괄 설치선(MMB)을 군산항에 진수했다. 총 중량 4060t, 전장 72m, 폭45m, 높이 5m 규모인 이 선박은 석션버킷 구조의 풍력발전기(5㎹/1기)를 설치비용 49억원, 공사기간 10일(37억원의 설치비 절감, 80일의 공사기간 단축)을 소요하여 설치할 수 있게 해 준다. #

2021년 울산에 원전 6기와 맞먹는 6.2GW 허가를 취득했다. #

다만 풍력 발전의 기술력이 증가하더라도 풍속이 얼마나 높은지가 경제성을 좌우하기에 한국의 풍력 발전은 매우 어려움이 많다.

2022년 5월 1일「윤석열정부 110대 국정과제」에서 2022년 124MW에서 2030년 해상풍력 14,300MW 보급 목표 확정했다.

윤석열 정부 해상풍력사업 규제 해소에 앞장서고 있있다. 국방부, 레이더 차폐 해소 방안 검토가공 송전선로 허용 시행령도 개정 / 해수부는 습지보호구역에는 해저송전선로만 설치해야 한다는 습지보전법의 시행령을 개정 등 '규제 전봇대'를 해결하였다. #

7.1. 부가 산업

유럽과 중동, 아시아 국가들을 중심으로 신재생 에너지 정책이 확대됨에 따라 해상풍력단지 건설도 늘어나면서 자연히 해저케이블 수요도 가파른 성장세를 탈 전망이다. LS전선은 해저케이블의 미래 성장 가능성에 투자해 세계 유수 기업에 필적할 정도의 기술력을 갖춰[12] 이후 미국, 동남아 지역에서 지속적으로 공급을 늘려 덴마크 국영 에너지 기업 외르스테드(Ørsted)가 추진하는 대만 최대의 장화현 해상풍력단지, 벨기에 기업의 먀오리현 해상풍력단지, 세계 최대의 풍력발전단지인 영국 혼시(Hornsea) 프로젝트 등 다수의 해저·지중 케이블 프로젝트들을 진행하며 글로벌 해상풍력 사업자들과 네트워크를 구축했다. 또한 2020년에 인천 연안에서 아시아·태평양 지역 최대 규모의 해상풍력단지 건설을 도맡고 있는 오스테드와 5년간 초고압 해저케이블 우선공급권 계약을 체결하기도 했다.

LS전선은 2019년 대만에서만 총 5,000억원 규모 수주를 했으며, 2020년 미국, 네델란드, 바레인 등 북미, 유럽, 중동지역에서 3,000억원 규모의 수주를 신규로 받는 등 해저케이블 기술로 승승장구하고 있다. #

두산중공업은 8MW급 해상풍력발전기를 개발하였다. #

8. 국가별 상황

풍력 발전의 대표주자는 미국과 유럽연합을 위시로 한 선진국들이다. 미국은 정부와 기업 차원에서 풍력 발전에 많은 투자를 하고 있으며 서부에서 중부, 북부와 남부, 북동부까지 풍력 발전소를 계속해서 건설하고 있다. 드넓은 국토와 난류 덕분에 풍력 발전에 적합한 땅이 많은 덕분. 본토 외에도 알래스카, 하와이, 푸에르토리코에도 풍력 발전소를 건설했다. 다만 동남부는 풍력 발전소가 없다시피 하다. 풍력 발전량이 제일 많은 곳은 텍사스 주로 이곳에서만 풍력 발전으로 20,000 MW 이상의 전기를 생산하고 있다. 지금은 발전 단가도 낮아져서 풍력 사업이 연년 성장세를 띠고 있다. 대체에너지 중에서도 꽤나 각광 받고 있는 만큼 역할을 톡톡히 하고 있다.

실제로 미국은 대체에너지 중에서 풍력이 가장 많은 발전 비율을 차지하고 있다. 2024년 예측 기준으로 풍력이 156GW로 단연 수위에 있고, 다음이 태양광으로 130GW, 원자력 97GW, 수력 80GW 순이다. 풍력 발전에 가장 적합한 국가의 조건이 자본과 기술이 있는 선진국이면서, 바람이 일정하게 부는 처치곤란한 넓은 땅이 필수라는 사실을 재확인시켜준다.

유럽연합 가입국들을 포함한 주요 유럽 국가들에서도 풍력 발전이 각광 받고 있으며, 덴마크는 2015년 전체 전력의 42%를 풍력 발전으로 충당해 발전 비율 세계 1위 기록을 세우기도 했다. 유럽은 북대서양 난류의 영향으로 자연재해로부터 비교적 안전하고 편서풍이 불어오는 만큼 풍력 발전에 매우 적합하다. 그 외에 캐나다, 일본, 호주, 뉴질랜드에서도 풍력 발전 비율이 증가하는 추세다. 인구가 많은 중국과 인도에서도 꽤 많이 짓고 있다. 건설된 수와 발전 용량은 선진국들에 뒤지지 않을 정도다. 특히 중국은 풍력 발전 용량이 세계 1위다.

말라위의 농촌 소년 윌리엄 캄쾀바는 14살 나이에 풍차를 만들어 자전거발전기에 연결해 화제가 되었다. 학교도 제대로 다니지 못하던 소년이 도서관의 헌책들을 읽어서 풍력 발전의 원리를 이해하고 승압기, 차단기까지 만들어 전구, 라디오, 휴대 전화 등을 사용한 것. 별 거 아닌 거 같지만 말라위 농촌은 물론이고 아프리카 대부분이 건전지나 충전용 배터리(이마저도 좀 돈 있는 편) 빼면 전기 구경하기도 힘든 동네다!

그 밖의 아프리카 국가들은 풍력 발전 비율이 매우 적다. 그나마 제일 많은 곳은 남아프리카 공화국이며 그 다음이 북아프리카에 위치한 모로코와 이집트 순이다. 그 외에 에티오피아, 튀니지, 카보베르데 등 그나마 안정적인 곳에서나 쓰이는 편.

그리고 선진국 기준으로는 원해의 해상 풍력(Offshore)의 경우 발전 단가가 다른 발전 방식보다 낮다. 미국의 경우 원자력 발전과 비교해도 많이 저렴한 편. 워낙 땅이 넓은 덕분이다. EIA 보고서 그러나 한국의 경우 풍력 발전 단가는 아직 원자력보다는 비싸고 LNG/석유 발전보다 저렴한 수준이다. EPSIS 2016년 보고서 유럽의 경우 MWh당 110 유로 선이던 해상 풍력 발전 판매가격(전기저장시설 포함)이 2019년 기준 75 유로 선으로 떨어지고 2025년에는 50-60 유로 선으로 하락해 통상적 석탄 발전보다 저렴해지는 그리드 패리티(Grid Parity) 덕분에 머지않아 보조금이 필요 없어질 전망이다.

전 세계에서 풍력 발전량이 많은 순으로 나열해보면 아래와 같다(내륙(onshore) 기준).

중국 333,998 MW
미국 144,184 MW
독일 58,951 MW
인도 41,930 MW
스페인 29,793 MW
영국 14,575 MW(+해상 13,918MW)
프랑스 20,653 MW
캐나다 15,261 MW

출처: GWEC 2023 보고서 102p 참고 (일본 4,668 / 한국 1,658 / 베트남 3,102)

9. 현황

세계의 유명한 풍력제조사는 베스타스,[13] 지멘스, GE 발전사업부(구 알스톰) 3사이며 각 회사의 모델마다 차이가 있다.

풍력운영사는 자국에서만 시장을 형성하고 있는 중국을 제외하곤 스페인의 악시오나와 일본의 유러스에너지가 유명하다. 현재 국내의 영양풍력발전은 악시오나에서 운영 중이며, 태백의 고원풍력발전과 태기산풍력발전은 유러스 에너지가 운영 중이다.

국내의 풍력제조 기술은 위 3사에 뒤쳐져, 현대중공업을 필두로 모두 망했어요. 현재 유니슨이 버티면서 어떻게든 수주를 따내려하지만, 아무리 국산이라도 운영사 입장에서 고장이 많이 나면 전부 손실이고 인력 낭비이다. 풍력 터빈이라는 게 덴마크의 베스타스나 미국의 GE처럼 수많은 설치 실적으로 인한 검증 과정이 필요한데 유니슨과 두산은 미미한 설치 실적으로 인하여 세계 시장에서는 물론이거니와 국내 시장에서도 외면받고 있다.

세계적으로 풍력 터빈의 규모는 커지고 있고 블레이드 크기도 커지고 있다. 대체로 타워 높이가 100m이면 블레이드 길이는 50m 내외이다. 무턱대고 크고 용량이 큰 터빈을 쓸 수 없는 게 바람이 강한 곳은 블레이드가 커질수록 한계풍속이 낮기 때문이다. 반대로 바람이 약한 곳에서는 작은 블레이드가 회전하지 못하기 때문에 큰 블레이드를 써야 한다. 바람이 너무 세면 터빈을 정지시켜야 한다. 그렇지 않으면 위의 사고 영상처럼 부서진다.

2024년 세계 최대 ‘목조’ 풍력 발전 터빈은 스웨덴에서 만들어졌다. #

2026년 세계에서 가장 큰 크기의 풍차는 중국에서 만들어 대만 해협의 해상에 설치 예정이다. #

10. 대중매체에서의 등장

10.1. 영화

영화 터미널 스피드(Terminal Velocity)의 후반부에서 악역이 주인공과 마지막 결전을 벌이다가 주인공이 악역 등 뒤에 낙하산을 펼쳐 악역은 바람에 날려가면서 풍력 발전기 날에 몸이 잘려버리는 끔살을 당하는 장면이 등장한다. 적나라하게 잘리는 장면이 나온 건 아니지만 낙하산에 날려가면서 등 뒤에서 돌아가는 풍력 발전기를 보고 악역이 "끄아아아아"라고 비명 지르다가 그 다음 풍력 발전기 블레이드에 피가 묻어 있는 장면으로 전환된다.

다찌마와 리: 악인이여 지옥행 급행열차를 타라의 마지막 장면에서 대관령 풍력발전단지를 배경으로 촬영했는데 작중에서는 미국 켄터키 고원이라고 둘러댔다.

빅 히어로에서 위에서 나온 기구로 공중에 띄우는 터빈식 발전기가 배경이 되는 도시인 샌프란소쿄의 상공에 다수 떠 있다. 샌프란소쿄답게 터빈도 일본 종이등과 비슷한 디자인이며, 베이맥스와 히로가 비행하다가 여기 올라가 쉬기도 한다.

영화 살인자의 기억법이 군산시를 배경으로 촬영되어 영화 내에 간간히 풍력 발전기가 등장한다. 하지만 작중에서 배경 이상의 의미는 없다.

쏘아올린 불꽃, 밑에서 볼까? 옆에서 볼까? 극장판 애니메이션에서 배경으로 등장한다.

영화 스카이스크래퍼에서는 초고층 빌딩 자가 발전용으로 대형 양력형 수직 풍력 발전기가 등장한다.

미션 임파서블 3 도입부에서 납치당한 요원을 구출 후 탈출하다가 헬기에 쫓기는데 쫓는 헬기가 풍력 발전기 블레이드에 맞고 터져버린다.

테넷에서는 초반부에 주도자가 들어가 대기하는 장소로 등장하며, 중후반부에 시간을 거슬러 올라가는 선박이 지나가는 곳으로 등장한다.

10.2. 만화·애니메이션

1990년대 후반 방영한 국산 애니메이션 녹색전차 해모수 오프닝에서 무더기로 나온다. 작중에서 비중은 없지만 미래지향적인 느낌을 주기 위해 대량으로 그려 넣은 듯하다.

금서목록 시리즈에서도 학원도시 시가지에 설치된 것을 자주 볼 수 있다.

살아남기 지오 시리즈의 에너지 위기에서 살아남기 2권에서 소개되었다. 블랙아웃이 발생하자 해결을 위해 예산 부족으로 완공되지 못했던 풍력 발전소를 완공해서 가동하려고 준비했으나 눈사태가 일어나 모조리 쓸려나갔다.

소녀종말여행 만화 기준 29화, 애니메이션 기준 11화 '과거' 편에서 항력형 수직 풍력 발전기가 잔뜩 있는 곳을 지난다. '풍력발전소'라고 한자로 쓰여있다. 그러나 치토와 유리는 뭐하는 곳인지 몰랐고, 치토는 나무들이 가득한 숲을 연상했다.

풀 차지!! 가전 쨩 56화에서 전기 아끼겠다고 활용했다가 초강력 태풍에 발전기가 부서졌다. 실제로도 강력한 태풍이 오면 풍력 발전기들이 우수수 부서져나가기 때문에 묘하게 현실적. 그것 말고 다른 대체에너지들도 은근히 까인다.

심슨 가족 시즌 21 19화에서 전기세가 많이 나온다고 이걸 설치했는데, 바람이 안 불면 전기가 돌아가지 않기 때문에 선풍기 같은 것으로 플랜더스 집 전기를 몰래 써서 만들었고 바트가 올라가서 직접 돌렸다.

10.3. 소설

듄 시리즈에는 바람덫(윈드 트랩)이란 이름으로 등장. 소설판에서는 배경인 사막 행성 아라키스의 중요 자원인 물[14]을 얻는 장치의 성격이 강하지만 게임판에서는 순수 발전소다. 자세한 것은 문서 참고.

메트로 2035에서 중요한 소재로 등장한다.

10.4. 게임

3D운전교실의 해양공원에 5개 설치되어 있다.

beatmania IIDX 15 DJ TROOPERS의 State Of The Art BGA에도 실루엣으로 자주 나온다.

BeamNG.drive의 ETK Driver Experiece Center 맵에서 등장한다.

DiRT Rally의 랠리 맵 중 영국 웨일스 포위스(Powys, Wales) 맵에서 볼 수 있다. 현실의 이 지역에는 실제로 카르노 풍력 발전소(Carno Wind Farm)라는 곳이 있다.

Grand Theft Auto V의 배경인 블레인 카운티에 '론 얼터네이트 윈드 팜'이라는 이름의 풍력 발전소 단지가 있다. 언덕에 수십 대의 발전기가 정렬해 있어 해질녘 즈음에 보면 나름 장관이다. 수력 및 화력 발전을 담당하는 공기업인 산 안드레아스 워터&파워에서는 TV로 위 항목에 나온 단점들을 극대화해서 이곳을 비난하는 광고를 내보낸다. 풍력 발전은 주의 석유 산업을 파괴하려는 환경주의자들의 수작이며, 일정 수준의 지각이 있는 동물들은 거대한 팬보다는 100에이커의 화학 공업 단지가 유독성 폐기물을 뿜어내는 것을 선호한다고 자부하는 것은 덤. 이후 Grand Theft Auto Online에서는 이곳에 시설 부동산이 추가된다.

KKND2에 등장하는 종족 중 시리즈 9의 2차 자원 획득 건물이 풍력 발전소다.

NMK에서 제작하고 반프레스토에서 발매한 《초시공요새 마크로스》 종스크롤 슈팅 게임 스테이지 배경으로도 나온다.

PUBG: BATTLEGROUNDS의 데스턴 맵에서 등장한다. 위에 올라가 저격수 플레이를 하는 것도 가능하다. 웃긴 건 공개 초기에 풍력발전기의 회전 방향이 반대로 돌아갔다. 유저들이 클레임을 넣었는지, 어느샌가 패치되어 정상적인 방향으로 수정되었다.

더 워킹 데드 시즌 2 에피소드 2에서 나오는 산장에 풍력 발전기 하나가 딸려있다. 덕분에 전기를 쓸 수 있었는데, 하필 클레멘타인 일행이 온 날 폭풍이 다가와 발전기가 과부하돼서 워커들을 끌어모으게 된다.

디스아너드 2에서는 카르나카에서 고래기름과 함께 에너지원으로 쓰인다. 작은 것과 큰 것으로 나뉘는데, 작은 것은 빛의 벽 동력으로 쓰이며 큰 것은 광산용 기계에 쓰인다. 주로 야외에서 풍력 발전이, 실내에서 고래기름이 쓰인다.

디트로이트: 비컴 휴먼에서 디트로이트 도심 옥상과 시내, 시외에 설치된 것을 볼 수 있다.

림월드에서는 발전 연구를 마치면 해금되는 기본발전기로 나온다. 앞뒤로 구역이 표시되는데, 여기를 건물, 벽, 기둥,나무 등 높은 구조물이 막고 있으면 그만큼 발전량이 떨어진다. 대신 나무류 제외 작물은 영향이 없으므로 밭 한가운데다 설치하는 게 정석이다. 비슷하게 해금되는 태양광 발전과 달리 밤에도 발전하는 게 큰 장점. 대신 풍속에 따라 발전량이 조금 불안정하므로 배터리를 빠르게 연구해서 설치하든지, 넉넉하게 추가 설치해야 한다.

시티즈: 스카이라인에서는 풍속에 따라 발전량이 달라지며, 주변 나무와 건물, 다른 발전기 등에 의해 풍력이 감소되기 때문에 효율이 떨어진다. 이 점을 개선한 수상 풍력 발전소도 등장한다.

심시티 시리즈에서 꾸준히 개근한 발전소로 가장 싸면서 환경오염이 없고 발전량이 가장 작은 발전소다. 심시티 2013에서는 확장팩과 업그레이드를 이용해 어느 정도 개선할 수 있다.

저스트 코즈 2에서는 파나우 정부가 관리하는 시설로 등장하며 파괴할 수 있다. 위치는 다른 시설들과는 떨어진 곳이기는 하나 크기가 거대한데다 대부분 탁 트인 곳에 있어 발견하기는 쉽다. 중앙 부분을 타격했을 시 팬이 하나씩 분리되어 날아가는 모습이 나름 장관이다. 저스트 코즈 3에서는 메디치에서 화력 발전과 함께 발전용으로 쓰인다. 메디치 곳곳에 풍력 발전기가 설치되어 있다. 하지만 화력 발전은 군부가 독식하고 있어 군사용으로 사용되거나 수도에만 공급되고, 민간에 공급되는 전기는 거의 풍력 발전으로만 생산하고 있는데, 그 정도로는 수요를 감당할 수가 없기 때문에 시민들은 만성적인 전력 부족에 시달린다. 이러한 이유인지 전작과 달리 파괴는 불가능해졌다.

토탈 어나이얼레이션과 그 정신적 후속작인 Beyond All Reason에서 지상 버전, 해상 버전이 모두 등장한다. 최하위티어의 값싼 에너지 공급원이며, 가장 싼값에 지을 수 있기에 체력도 없다시피해서 포격 한 방에 우수수 터져나가며 부숴질 때 날개가 구르는 모습도 보인다. 고증을 따라서 대기가 없는 맵에서는 아예 발전 자체를 못하며, 고지대에 지을 수록 발전량이 많고, 바람세기가 달라지므로 발전량이 일정하지가 않다.

트로피코 시리즈에서는 4부터 등장했다. 트로피코 4에서는 크기도 작아서 곳곳에 촘촘하게 박아놓기 좋고 가성비가 괜찮지만 초기 건설비용과 무지막지한 유지비가 들어간다. 트로피코 5에서는 DLC로 추가되었는데 4개를 한꺼번에 지어야 해서 크기도 커지고 가성비가 무척 나쁘며 여전히 유지비가 어마어마하다. 장점은 무자원과 친환경, 무인 운영. 그리고 해당 DLC로 추가된 임무는 절묘하게도 이걸 잔뜩 지어서 큰부리새를 '사냥'하는 것. 게임 내 임무 중에는 현대 열강 중 유럽연합에서 친환경 보조금을 타먹기 위해서 건설을 요구하기도 한다. 하지만 해당 임무와 이어지는 다른 임무에서는 환경주의자 대변 등장인물의 입을 빌어 풍력 터빈은 꼴사납고 새나 죽여댄다고 까고, 원자력이 훨씬 친환경적인 에너지라며 원자력 발전소 건설을 요구한다. 트로피코 6에서는 똑같이 무자원과 친환경, 무인 운영인데 4처럼 크기가 작아진데다, 환경주의자와 실업가 두 세력의 지지도를 올릴 수 있어 상당히 유용하다. 다만 지을 때 나오는 푸른 원 안에 주거지가 있으면 소음 때문인지 주거품질이 낮아지므로 고지대 도로 옆에 잔뜩 지어놓고 신경 끄는 게 가장 좋다.

헤일로: 리치의 극초반부에 리치 행성의 시골 벽촌인 비쉐그라드의 주민들이 전기사용을 위해 사용한다. 얼마나 깡촌이냐면, 인류 식민지 중 지구 다음으로 가장 많은 인구가 살고 가장 중요한 티타늄의 대부분을 담당하는 지역이자 무려 인구의 70~80%가 넘는 사람들이 군인들인 군사행성인데 전기망에 연결되지 않아 풍력 발전기를 통하지 않고서는 전기의 사용이 불가능하고 또한 군사작전 중인 스파르탄마저 너무 후진 곳이라 전파가 통하지 않아서 외부의 지원이 불가능한 상태에서 투입되어야 했을 정도이다. 초반에 데드존에 들어서면서 험준한 산악지형 위로 수많은 수직형 풍력 발전기들이 돌아가는 모습이 장관이다.

11. 관련 문서

[1] 풍력 발전기는 Wind Power Generation 또는 Wind Power Plant, 또는 풍차를 뜻하는 Windmill로 호칭하기도 한다. 풍력 터빈은 Wind Turbine, 풍력 발전소는 Wind Farm.[2] 초저주파음의 유해성 및 풍력 발전 소음 관리에 대한 고찰, 김성찬, 최민주, (1), (2021)[3] 풍력발전시설에서 발생하는 환경소음 및 저주파음에 관한 연구, Study on Noise and Low Frequency Noise generated by Wind Power plant(Wind Farm), 박영민, 정태량, 손진희, 한국환경영향평가학회, 환경영향평가 제20권 제4호, 2011, 425 - 434[4] Wind turbine low frequency and infrasound propagation and sound pressure level calculations at dwellings, The Journal of the Acoustical Society of America 144, 981 (2018)[5] Characterisation of wind farm infrasound and low-frequency noise Branko Zajamšeka,n, Kristy L. Hansenb, Con J. Doolana, Colin H. Hansenc, (3), (2016)[6] 그래서 일부 지역에서는 고층건물을 지을 때 거기에 발전용 풍차를 같이 달기도 한다. 대표적인 곳이 영국 런던의 Strata SE1과 바레인 마나마의 바레인 세계무역센터.[7] 보통 한 장씩 붙이는 유리섬유 무게는 300~500g 정도이며 총 3~8톤의 유리섬유를 붙여야 된다.[8] 풍력 발전기의 깃으로 인해 발생하는 와류가 굉장히 잘 드러나고 있다.[9] 트럼프, 풍력발전에 반감 표출…"새가 죽는데 왜 문제 안삼나" 관련 기사[10] 다만 미국에서만 1년에 6억 마리의 새가 고층 건물에 부딪혀 죽는데 그보다 훨씬 적은 풍력 발전을 문제 삼는 것은 형평성에 어긋난다는 반론도 있다.[11] 주로 풍속계가 이런 형태를 취한 경우가 많다. 발전용으로는 아직은 비교적 드문 편. 이런 방식의 풍속계는 흔히 보이는 풍차의 발전기 박스 위에도 설치되어 바람의 상태 등을 점검하는데 쓰인다.[12] 부유식 해상풍력발전에 사용되는 특수 해저케이블의 국산화에 기여한 김철민 LS전선 수석연구원 대한민국 엔지니어상 10월 수상자로 선정되기도 했다.[13] 덴마크 기업으로 대관령, 제주도 행원리와 성산읍 등에 설치된 풍차들이 이 회사 제품이다.[14] 설정상 아라키스는 사막이지만 공기 중의 습도는 상당히 높다.

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