풍력 발전 특징, 장단점, 해결방안

풍력 발전(Wind Power)은 바람을 운동에너지로 바꾸어 전기를 생산하는 발전입니다. 움직이는 물체는 에너지가 있는 것처럼 자연의 바람을 우리가 사용할 수 있는 전기에너지로 전환시키는 기술이 풍력 발전입니다.

풍력 발전 특징 및 원리

풍력 발전 입지 조건

풍력 발전을 사용해야 하는 이유

풍력 발전 장단점 및 해결방안

풍력 발전(Wind Power) 특징 및 원리

1. 풍력 발전 특징

자연의 바람을 전기에너지로 전환시키기 위해서는 터빈의 블레이드(날개) 모양이 중요합니다. 블레이드 형상과 각도에 따라 에너지 전환 효율이 낮아질 수도 있고 높아질 수도 있기 때문입니다.

결국 바람이 불면 블레이드가 회전하면서 블레이드에 붙어 있는 로터는 자연스럽게 돌아갑니다. 이때 로터가 발전기(제너레이터)를 회전시켜 전기를 만들어 냅니다.

미국 에너지부(DOE)에 따르면 미국은 50개 주에 풍력 터빈이 설치되어 있으며, 풍력 발전이 미국 전체 전력의 10% 이상을 담당하고 있는 것으로 보고하고 있습니다.

미국의 에너지 관리청(EIA)에 따르면, 2021년 기준 중국이 전 세계에서 풍력발전을 통해 가장 많은 전력을 생산하는 나라이며, 미국이 그 뒤를 잇고 있습니다.

통상 풍력 터빈은 시각적 혹은 주위 환경에 잘 어울려야 하는 특수성을 가지고 있어야 하기 때문에 흰색 혹은 옅은 회색의 색깔이 대부분입니다.

2. 풍력 발전기 작동 원리

1. 바람 에너지를 극대화하기 위해서 소실되는 바람이 없도록 블레이드 방향을 바람의 방향에 맞게 제어합니다.

2. 바람에 의해 블레이드가 작동되면서 동시에 로터가 회전합니다.

3. 로터가 회전함과 동시에 기어박스에 연결된 저속 샤프트와 고속 샤프트가 돌아가면서 제너레이터가 작동됩니다.

4. 전기를 생산하는 발전기인 제너레이터가 작동되면서 전기가 만들어집니다.

결과론적으로, 제너레이터를 작동시키기 위해서 바람을 이용하여 블레이드를 회전시키는 발전 기술입니다.

3. 풍력발전 입지조건

계곡, 협곡과 같이 바람의 세기가 강한 입구 지역과 출구 지역이 고려 대상 지역입니다.

또한, 전력 소비가 많은 지역을 중심지역으로 고려되어야 합니다.

소형 터빈의 경우 연간 평균 최소 풍속이 4m/s 또는 초당 4m/s여야 하고, 유틸리티 풍력 터빈의 경우 5.8m/s가 적합한 장소로 보고 있습니다.(미국 에너지 관리청)

유엔 산하, IPCC에 따르면 빠르게 진행되고 있는 기후변화가 인류에게 크나큰 위협으로 다가올 것으로 경고하고 있습니다.

그 내용은 산업혁명 이후 석유, 석탄 등을 이용하여 눈부신 경제발전을 한 대가로 폭발적으로 증가한 이산화탄소 농도가 급격한 기후변화를 야기하고 있다는 내용을 지적하고 있습니다.

따라서, 전 세계 각국은 이산화탄소 배출을 감축시키는 탄소중립 정책을 공시하였습니다. 대부분의 나라에서 목표 달성을 위한 발전분야에서는 풍력발전이 소개되고 있습니다.

장점

단점

장점	단점
설치 후 운용비용이 저렴합니다.	초기비용이 상대적으로 높고, 시각적으로 친환경적이지 않습니다.
고갈되지 않는 지속 가능한 에너지원입니다.	간헐적 바람으로 전력 생산이 불안정 할 수 있습니다.
석유처럼 몇몇나라에 편중되지 않습니다.	입지조건이 제한적입니다.
설치 공간이 효율적입니다.	터빈 회전 시 소음 발생 우려가 있습니다.
온실가스 배출이 없는 청정 에너지 입니다.	야생 동물 생태계에 영향을 줄 수 있습니다.

풍력 발전의 장점과 단점

전력생산이 불안정하기 때문에 에너지 저장 장치(ESS) 기술 개발을 통해 안정적인 전력 공급망을 구축해야 합니다.

풍력 발전 기술 개발을 통해 풍력 터빈이 회전할 때 발생하는 소음과 조류 생태계 위협을 줄여야 합니다.

풍력 발전은 고립된 지역 설치가 대부분이기 때문에 환경 훼손이 뒤따릅니다. 따라서 환경보전을 고려한 인프라 구축 방안이 강구되어야 합니다.