[풍력발전 이야기] 값싸고 환경 친화적인 대체에너지
[풍력발전 이야기] 값싸고 환경 친화적인 대체에너지
  • 최재우 / 포항산업과학연구원
  • 승인 2000.03.24 00:00
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풍력발전 활성화 위한 제도적 장치와 노력 필요
풍력을 가정용 혹은 산업용으로 이용한 것은 이미 1700년대부터이나 초기에는 주로 관개양수(灌漑揚水)용 혹은 곡식의 도정(搗精)용으로 이용했으며, 전력 생산용으로는 소규모, 독립 설비로 효율이 매우 낮았다. 그러나, 기술의 발달과 새로운 소재의 개발에 힘입어 오늘날의 풍력 설비는 에너지의 이용효율이 높고 대형으로 개발되어 과거보다 월등히 큰 이용 잠재력을 가지고 있어서 그 보급은 향후 급진적으로 늘어날 전망이다.

우리 나라는 과거 높은 풍속을 요할 때를 기준으로 했을 때는 풍력자원이 많지 않은 것으로 평가되었으나, 현재는 연평균 풍속이 초속 5미터 이상이면 좋은 자원으로 평가되고 있으며 기술의 발달로 인하여 우리 나라에서도 그 이용처가 충분히 많은 것으로 평가되고 있다. 또한 풍력터빈이 지상 50미터 이상 높은 곳에 설치되기 때문에 풍속이 큰 바람을 이용할 수 있어서 해안선이 길고 고지대가 많은 것을 고려하면 우리 나라에서도 충분한 가능성이 있다고 보여진다.

풍력발전설비의 기술은 최근 15년 동안에 수십kW급의 소규모 설비로부터 시작하여 최근에는 1.5MW급 이상의 대형설비 까지 급속도로 발전하여 현재는 경제성이 있는 상업적 전력공급설비 수준으로 성장하였다. 1.5MW급의 대형설비는 날개의 직경이 65미터, 발전기가 있는 날개의 중심부까지의 높이가 약 80미터에 이르는 대형 구조물로서 철 구조물의 설계와 공력(空力)설계, 발전기 기술, 소재기술, 전기 계통연결 기술 등 매우 복합적인 기술이 뒷받침되어야 가능한 것이다. 또한 대상 단지의 풍력측정과 경제성 검토 그리고 환경보전과 부지의 사용, 자연경관을 고려한 단지의 설계는 고도의 기술과 경험을 필요로 한다.

우리 나라는 1970년대부터 풍력기술의 개발이 시작되어 최초에 수kW급의 낙도(落島) 독립전원 용으로 개발에 착수하였으나 그 성과가 미흡하였으며 80년대에도 소형 설비의 실증실험과 장치의 국산화에 주력하였으나 체계적인 개발이 없었다. 그러던 중 90년대 초 제주도 월령에 세워진 20kW급 시험설비와 그 후 160kW 규모의 신 재생에너지 시범단지가 조성되어 국내 풍력발전의 기반이 되었다. 현재까지 발전실적은 미미하나 600kW급의 계통 연계형 풍력기기가 제주도에서 상업용으로 운전되는 것을 비롯하여 총 11기가 운영되고 있으며 올해에는 750kW급의 풍력발전설비의 국산화도 진행될 전망이다.

유럽의 경우 2005년까지 총 에너지 공급량의 48%을 대체에너지로 공급할 예정이며, 풍력은 그 중에서 가장 큰 몫을 차지하고 있다. 과거 6년 동안 유럽의 풍력 에너지 설비의 연간 성장률은 독일의 경우 76%에 달하는 등 평균적으로도 40%에 달했으며, 최근 12년 동안은 연평균 성장률이 70∼80%에 달하고 있다. 풍력발전 설비는 현재는 해안 혹은 육지에 설치되는 것이 대부분이나 향후에는 자원과 부지조성에서 이점이 큰 근해(Offshore)설비가 크게 늘어날 전망이며, 현재 유럽에서는 상당수의 해상 풍력발전단지가 조성되어 시범용 혹은 상업용으로 가동중이다.
현재까지 전세계에 설치된 풍력발전 설비의 총 용량은 약 1만MW이며, 이는 도시가정 약 600만 가구에 필요한 전력을 공급할 수 있는 전력이다. 2005년까지는 약 13만MW로 늘어 날 전망이어서 연평균 성장률이 1720%에 달한다. 유럽의 경우 가용자원이 연간 약 5억8천만MWh로 조사되고 있으며 이는 1995년도 유럽 전체 전력 소비량인 24억MWh의 약 24%에 해당한다. 이런 자원을 가지고 유럽은 2020년까지 10만MW의 풍력설비를 세울 계획이며, 이는 설비의 연간 가용시간을 2,500시간으로 볼 경우 연간 전력 생산량이 2억5천만MWh로서 전체 전력 소비량의 10%를 넘게 된다.

풍력발전설비의 설비비용은 최근 15년간 급격히 감소되어 1981년도에 비하여 터빈가격은 현재 약 1/3∼1/4로 떨어졌으며 향후 이 경향은 계속될 전망이다. 전력생산가격도 설비비의 감소와 터빈의 효율 향상, 그리고 수리/유지비용의 감소로 인하여 급속도로 감소되고 있고 최근 10년간 약 반으로 줄었다. 현재 풍력 터빈가격은 750kW급의 경우 약 75만 달러이며 가장 경제성이 좋은 설비의 크기도 기술의 발달과 더불어 점점 커지고 있다. 터빈비용은 설치비용의 약 65% 정도를 차지하며 설치하는 터빈의 크기, 수 그리고 부지의 조건에 따라 차이가 난다. 운영비는 국가와 부지의 조건에 따라 다르나 500kW급의 경우 연간 약 9천 달러 정도이다. 그리고 현재 전력생산비용은 600∼800kW 중급설비의 경우 연평균 풍속이 초속 5미터이면 1kWh 전력을 생산하는데 약 8센트 가량 들며 풍속이 초속 10미터이면 그 절반 정도가 든다.

세계의 여러 국가에서 현재 대체에너지의 개발과 보급을 위하여 여러 가지 인센티브를 주고 구매가격을 법적으로 보장하고 있으며, 유럽은 특히 그러한 제도에 힘입어 대체에너지를 대규모로 개발하고 보급하는데 좋은 사례를 보여 주고 있다. 1996년 12월 EU는 전력시장개방에 대한 훈령을 제정했고 이를 1999년 1월부터 시행할 수 있도록 모든 회원국은 국내에서 이를 법제화하여 보장하도록 했다. 이 훈령의 목적은 현재 국영 혹은 독점화되어 있는 전력시장을 다른 상품이나 용역의 경우와 같이 전력시장을 개방하여 소규모의 발전사업자에게도 전력생산의 길을 열어 주고 모든 전력 수요자에게 값싸고 환경 친화적인 전력을 공급하자는데 있다.

전 세계에서 풍력발전설비가 가장 많이 보급되어 있는 독일의 경우 1999년 4월 현재 총 풍력발전설비수가 6,451기이며 총 발전용량은 3,126MW로서 전체 전력의 1.25%을 풍력으로 공급하고 있다. 독일에서 풍력발전설비가 가장 많이 보급된 주는 북해 연안을 끼고 있는 슈레스비히 홀슈타인 주로서 전체 전력공급량의 14%를 풍력이 차지하고 있다. 독일은 1974년부터 1988년까지 풍력에너지 보급을 위하여 약 3억 마르크를 투입하였으나 별다른 성과가 없었지만 1989년도에 실시한 250MW시범계획에 0.08마르크/kWh의 생산지원금을 준 것과 (1991년부터는 0.06 마르크) 1991년도에 도입한 대체에너지 이용 발전전기의 의무구매법에서 전력 판매가격의 90%를 구입가격으로 규정한 것 그리고 주정부가 실시한 설비비용의 50%에 해당하는 투자지원에 힘입어 급성장을 하였다. 의무구매법에 의하여 지불한 실제 전기요금은 1992∼1993년도 사이에 0.3마르크/kWh, 현재는 0.1679마르크/kWh (약 96원)인데, 현재 풍력에 의한 전력생산비가 약 0.06마르크/kWh인 것을 고려하면 비용의 3배 값을 주고 구매하는 것이다.

독일의 풍력발전은 연방정부, 지방정부의 법 제도에 근거한 재정지원과 기술개발지원에 의하여 개인사업자가 적극적으로 참여함으로서 급성장하였으며, 과거 기술적 후진상태에서 벗어나 현재는 풍력발전 선진국이 되었고 수출을 주도하고 있다. 독일의회는 현재 원자력발전을 정지하자는 논쟁을 하고 있으며, 실제로 그것이 단계적으로 실현될 경우 환경 친화적인 대체에너지의 보급은 더욱 가속화 될 것으로 전망된다.

우리 나라의 경우는 현재 전기사업법에 의하여 대체에너지 이용 발전전기의 구매의무가 제정되어 있고 산업자원부 공고에 의하여 대체에너지 보급사업 지원지침이 마련되어 있으나 아직도 그 지원 폭이 외국에 비하여 미약하고 전력구매단가도 시장이 형성되기에는 아직도 미흡한 수준이라 대규모의 보급이 늦어지고 있다.

선진국의 예를 보면 풍력발전은 이제 기술한계산업이 아니라 전력시장의 가격형성으로부터 결정적인 영향을 받는 산업이며, 법적제도에 의한 지원을 받아 시장형성이 이루어지면 기술개발은 투자가의 필요에 의하여 급속히 발전됨을 알 수 있다. 이를 감안하여 우리도 대체에너지의 개발이 하루 속히 확산되도록 국가의 제도적 장치를 촉구해야 하며 풍력의 입지조건이 좋은 지방은 지자체와 기업이 협력하여 미래를 대비하는 노력을 해야 한다고 본다.

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