에너지의 순 국산화는 해상 풍력 발전에 있다
풍력발전은 석유, 가스와 달리 지정학적 리스크가 거의 없다
오염원을 전혀 배출하지 않고 방사성 물질도 배출하지 않는 청정전원
선진 각국의 가장 중요한 에너지원 풍력발전의 기초와 전문 지식까지 망라한 책
풍력 전원을 현장에서 수전해 기술을 통해 수소로 바꾸는 기술까지 소개

“기후 위기에 의한 에너지 문제는 더 이상 늦출 수 없다. 올해 겨울만 봐도 그렇다. 한국은 이상기온의 최전선에 있다. 이상 난동 현상이나 최근 중국 내륙의 난데없는 눈사태는 기후가 불과 몇십 년 사이에 바뀌고 있음을 시사한다.

재생에너지 가운데 풍력은 지구가 인류에게 선사하는 가장 자연 친화적인 에너지원이다. 그간 국내에서 접근을 잘못해서 각종 민원의 온상이 되었지만, 그래도 풍력만큼 자연 훼손 없이 청정에너지를 공급하는 원천은 드물다. 특히 해상풍력은 말 그대로 비용 대비 효율이 가장 높은 편에 속한다. 해상풍력 중에서도 먼바다 해상풍력 발전은 첨단 기술 발전과 더불어 세계적으로 가장 확산 속도가 빠르다. 지정학적 리스크도 거의 없다.

좁은 국토의 우리나라에서는 육상풍력이 적합하지 않다. 자연 훼손 등으로 육상풍력은 여러 가지 제약 요건이 심하다. 반면 비교적 설치가 쉬운 해상풍력 발전은 각국에서 적극적으로 투자하고 있다. 그러나, 우리나라는 그 속도가 늦다. 유럽의 경우, 광대하고 평탄 지형이 많아 풍차에 적합한 깨끗한 환경이다. 허리케인 또는 태풍이라는 북미나 아시아 특유의 대형 폭풍우도 거의 발생하지 않는 지형이다. 서유럽은 특히 일정한 서풍이 사시사철 불어오는 지역이다. 풍력발전 산업이 전 세계의 다른 어느 지역과 비교해 보아도 유럽에서 발달한 것도 이런 입지적 조건 때문이다.

대신 우리나라는 삼 면이 바다이고 해상 자원이 비교적 풍부하다. 우리나라에서는 어업에 지장을 주지 않는 먼바다 해상 풍력이 미래 풍력 자원으로 적합하다. 다만 서유럽 편서풍과 달리 풍향과 풍량이 일정치않다는 단점이 있다. 이를 기술적으로 극복해나가고 있다. 현재 우리나라 풍력 발전 기술은 대단한 발전을 이룰 수 있으며, 미래 투자 관점에서도 가장 적합하다 할 것이다. 이 책은 해상 풍력에 대한 이해도를 높이는 데에도 도움이 될 것이다.

미국은 전 세계 해상풍력 시장이 2032년까지 연평균 16%씩 성장할 것으로 할 것이다. 현재보다 20배가 넘는 거대한 시장이 될 것이다. 미국 정부는 해상풍력의 이점을 가장 먼저 깨달은 나라다. 2030년까지 해상풍력 발전량을 30GW 수준으로 늘린다. 이는 1,000만 가구에 전력을 공급하고 일자리 10만 개를 창출하는 것을 목표로 한다. 바이든 정부는 이로써 2030년까지 1,660억 달러의 경제적 파급효과와 매년 17억 달러의 세수를 창출한다는 계획이다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 80GW, 2050년까지 300GW 규모로 해상풍력 발전량을 늘려나간다는 계획이다.

우리나라는 다행히 해상풍력의 기반 산업이라고 할 수 있는 조선과 철강, 기계 등 분야에서 경쟁력 우위에 있다. 이는 해상풍력 발전에서 큰 장점이다. 우리 기술력을 이대로 발전시킨다면 해상풍력을 통해 비좁은 국토 여건에도 에너지 수급난을 완화할 수 있다. 세계 어느 국가보다 더 앞서나갈 수 있는 기반 기술을 우리는 갖고 있다. 육상풍력은 자연을 훼손할 수밖에 없지만, 해상풍력은 이런 우려가 전혀 없다. 즉 해상풍력 발전사업을 위해서는 어민 및 어족 자원 보호 등 갈등만 제대로 해소하면 걸림돌이 없다. 이 책은 육상풍력과 해상풍력 발전을 위한 갖가지 기초 및 전문 지식을 쉽게 풀어썼다. 총 9장으로 나눠 설명했으며 장별로 각각 숙독해도 무리 없도록 집필하였다.

제1장 풍력발전의 일반 개요

풍력발전이 절실한 배경
효율적인 풍력에너지의 조건
에너지 회수 기간과 요금 체계
풍력발전기 4가지 타입
풍력발전과 사회적 대타협

제2장 풍력발전 설비의 기술적 문제

풍차의 종류
베츠의 법칙
양력계수와 항력계수
양력형 풍차와 항력형 풍차의 비교
발전 효율
풍력발전 단가, 미국의 3배
다리우스형의 장점
유도발전기와 동기발전기의 특징
소형풍력의 장 단점

제3장 발전장치와 전력변환장치

동기발전기의 발전
동기발전기를 사용한 시스템 구성
목
차
유도발전기의 특성
반도체 전력변환장치

제4장 풍력발전 제어 시스템

출력 제어의 일반적인 특징
전통적 제어 시스템
사전 검증에 대하여
풍력터빈 제어에 미치는 변수
실속 제어 기술
피치제어 방법

제5장 그린뉴딜 핵심은 해상풍력

육상풍력과 해상풍력
국내 해상풍력 기술 수준
해상풍력발전의 장애 요인
부유식 해상풍력발전
신 · 재생에너지 확대에 따른 국가적 편익
에너지 전환 시대와 풍력발전
저비용의 RE 수용률 증가 방안
스마트 그리드와 마이크로그리드

제6장 풍력발전과 계통 연계

풍력발전의 불안정성
균형 유지
제주 전력 계통의 사례
상승하는 불안정성
전력품질 불균형의 심화
잉여 전력의 처리
계통 안정을 위한 무효전력

제8장 전력계통 유연성 증대 방안

전력계통 운용의 유형
국내 전력유연성 개선 방안
재생에너지의 증가와 출력제어
풍력발전의 성장세
풍력발전기의 대형화 추세

제9장 장주기 ESS 기술의 성장성

에너지저장 기술의 개요
대용량 장주기 ESS 개발 동향
전 세계 ESS 시장 전망

국제에너지지구(IEA)는 2023년 5월 발표한 ‘넷 제로 2050년’ 보고서를 냈다. 보고서에서는 전 세계가 기후위기에서 벗어나려면 풍력과 태양광으로 생산되는 전력 비중이 70%까지 올라가야 한다고 제시했다. 2022년 10월 ‘2050 탄소중립’을 선언한 우리나라도 이런 수치에 근접해야 한다. 지금부터 28년 이내에 지금보다 모두 20배 이상 확충해야 한다. 그렇지만 지금부터 열심히 확충해도 거의 달성하지 못한다. 국토의 70%가 산지인 한국에서 바람의 질이 좋은 산지를 훼손하지 않고 이런 수준으로 풍력 설비를 확충하는 것은 불가능에 가깝다.

최근 부상하고 있는 해상풍력발전은 지정학적 리스크가 없는 에너지원으로 손색이 없다. 풍력발전 설비 확충이 지연되면 이산화탄소 외에 대기오염 물질까지 배출하는 석탄발전소, 핵폐기물이 나오는 원전을 더 돌릴 수밖에 없다. 이 책은 풍력발전 특히 해상풍력에 대한 교양서로, 보다 독자들의 이해도를 높이고 미래 전략적 투자에 도움되도록 편집하고 꾸몄다.