기획·칼럼

전 세계 풍속이 빨라지고 있다

[사이언스타임즈 라운지] 현 패턴 지속시 5년 후 풍력발전량 37% 증가

산업혁명의 발상지인 영국은 10년 전만 해도 전기 생산량의 80%를 화석연료 에너지가 담당했다. 그런데 올 3/4분기에 재생에너지로 생산한 전기가 40%를 기록하면서 화석연료 에너지를 추월했다. 1882년 영국의 첫 발전소가 전기를 생산한 이래 최초로 벌어진 사건이다. 화석연료로부터 생산되는 전기 비율은 이제 39%로 낮아졌다.

이 같은 기록은 세운 일등공신은 재생에너지 중에서도 단연 풍력이다. 세계 최대 해상풍력 국가인 영국은 풍력발전이 전력 생산량의 20%를 담당한다. 바람 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 풍력발전은 조력, 태양광, 지열 등의 재생에너지원 중에서 투자 대비 효율이 가장 높다.

영국의 에너지 전환에 중요한 분기점을 만든 것은 요크셔 해안에서 120㎞ 떨어진 해상에 조성 중인 세계 최대 해상풍력단지 ‘혼시1(Hornsea One)’이다. 몰디브보다 더 넓은 지역에 걸쳐 있는 혼시1이 완공되면 100만 가구에 전기를 공급할 수 있다.

2010년 이후 유럽, 북미, 아시아의 많은 지역에서 풍속이 빠르게 증가하고 있다는 연구결과가 발표됐다.  ⓒ Image by enriquelopezgarre from Pixabay

2010년 이후 유럽, 북미, 아시아의 많은 지역에서 풍속이 빠르게 증가하고 있다는 연구결과가 발표됐다. ⓒ Image by enriquelopezgarre from Pixabay

북대서양 해류 및 대서양으로부터 불어오는 편서풍으로 인해 바람이 많기로 유명한 덴마크도 풍력발전 강국이다. 덴마크는 전체 소비전력의 43%를 풍력이 만들어낸다. 현재 풍력 관련 일자리가 7만 개에 달하며, 국가 총 수출액의 12%가 관련 산업에서 나오고 있다.

오직 바람의 힘만 이용하는 풍력은 터빈을 설치할 수 있는 곳이라면 어디에서든 전기를 생산할 수 있다. 하지만 이 같은 장점은 때로 가장 큰 단점이 되기도 한다. 바람의 힘이 강하지 않은 지역은 설치할 수 없기 때문이다.

즉, 풍력발전의 성공 여부는 100% 입지 선정에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. 계절에 관계없이 지속적으로 일정량 이상의 바람이 불지 않으면 가격 경쟁력이 떨어진다.

때문에 미국에서는 바람이 많이 부는 북미 초원지대나 산맥의 능선, 얕은 바다 위를 선점하기 위해 풍력 발전업체들의 경쟁이 치열하다.

풍력발전 최적지 선점 경쟁 치열

이 같은 문제를 해결하기 위해 미국 에너지 스타트업 알테이로스는 풍력발전의 영역을 상공으로까지 확장했다. 풍력 로우터(rotor) 주위를 둘러싼 도넛 모양의 헬륨 풍선을 300m 상공에 띄우는 신기술을 개발한 덕분이다.

정찰 및 대기 상황을 모니터하는 데 사용되어온 최첨단 항공기술을 응용한 이 기술은 변화무쌍한 대기 환경에서도 풍선의 고도 및 방향을 풍력 발전에 최적화된 상태로 유지할 수 있다.

알테이로스 사는 이 기술을 통해 생산되는 전기량은 지상에 설치되는 기존의 타워형에 비해 시간당 2~3배 높다고 주장한다. 이 회사의 최종 목표는 강한 바람이 불지만 수심이 깊어 풍력 발전기를 설치하기 힘든 태평양 연안으로 진출하는 것이다.

아시아처럼 저풍속 지역을 겨냥한 특화된 풍력 발전기도 개발되고 있다. 블레이드 크기는 기존보다 큰 반면 너비는 더 날씬하게 만든 제품이 바로 그것. 블레이드 크기를 키운 것은 약한 바람에도 돌아가게 하기 위해서며, 너비를 좁힌 것은 후류 효과를 방지하기 위해서다.

후류 효과란 블레이드를 통과하면서 속도는 줄어들고 난류는 심해진 바람이 뒤에 있는 발전기의 블레이드에 닿아 발전 효율을 떨어뜨리는 현상을 말한다. 풍속이 약한 지역에서는 후류 효과가 특히 강해지므로 이를 줄이는 것만으로도 발전 효율이 높아진다.

그런데 풍력 발전업체들이 반길 만한 연구 결과가 최근에 발표됐다.

2010년 이후 유럽, 북미, 아시아의 많은 지역에서 풍속이 빠르게 증가하고 있다는 것. 과학저널 ‘네이처 기후변화’에 게재된 이 연구결과에 의하면 10년도 채 되지 않는 기간 동안 전 세계 풍속은 3.1m/s에서 3.3m/s로 증가했다.

전 세계 풍속 증가세 10년 이상 지속 예상

이 연구를 진행한 영국 카디프대학 등의 국제공동연구진은 이로 인해 전 세계 잠재적 풍력 에너지가 17% 증가했다고 밝혔다. 특히 미국의 경우 풍력발전 잠재력 지수가 지난 10년간 7% 증가했는데, 지수 상승의 약 절반은 이 같은 풍속 증가에 기인한다고 연구진은 주장했다. 이는 전 세계 9000여 곳의 지상관측소에서 수집한 데이터를 통계 프로그램으로 분석한 결과다.

풍속의 증가 추세는 앞으로 10년 이상 지속될 것으로 추정됐다. 연구진은 현재 패턴이 계속된다면 2024년까지 전 세계 평균 풍력 발전량이 37%나 증가할 수 있을 것으로 예상했다.

하지만 2010년부터 풍속이 증가하기 전까지만 해도 전 세계 풍속은 1970년대부터 수십 년 동안 감소되어 왔다. 이런 현상에 대해 과학자들은 그동안 다양한 이론을 제시했다. 그중 대표적인 것은 도시 개발 및 기타 토지 사용 변화가 지구 표면을 거칠게 하여 공기 흐름에 작용하는 항력의 양을 증가시켰다는 이론이다.

그런데 풍속은 더 이상 느려지지 않고 2010년부터 증가세로 돌아섰다. 이처럼 풍속이 빨라진 이유에 대해 연구진은 장기적인 지구온난화 패턴 내에서 특정 지역의 온도 변화가 풍속을 빠르게 했으며, 이 같은 경향은 10년 이상 지속될 수 있다고 주장했다.

이번 연구는 장기적인 풍력발전 계획에 시사하는 바가 크다. 기후변화가 지구 풍속에 큰 변화를 일으킬 수 있다면 그 같은 잠재적인 기복을 염두에 두어야 하기 때문이다. 즉, 앞으로는 풍력 발전도 자연 기후주기와 지구온난화의 지속적인 영향을 모두 고려해야 한다는 의미다.

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