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해상풍력발전 바로 알기

화력발전과 해상풍력발전,
무엇이 다르고 유리한가?

글 | 구 자 문 교수

서울대 공대(건축공학 학사), Iowa State Univ. 대학원(도시공학 석사),
Univ. of Southern California 대학원(도시 및 지역계획학 박사), 미 로스앤젤레스 시정부 도시계획관,
주택 및 경제분석관, 미국 도시계획기술사, (현)한동대학교 교수, (현)환동해경제문화연구소 소장,
(현)UNESCO UNITWIN 도시환경사업 팀장, (현)‘환동해리뷰’ 편집인, (현)지역개발 및 국제개발협력 칼럼니스트.

요즈음 우리나라는 물론이고 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 열망이 어느 때보다 높다. 많은 나라의 도시와 지역에서 많은 이들이 대기오염으로 인해 건강상의 피해를 보고 있고, 대기오염으로 촉발된 기후변화로 인해 지구온난화 현상이 가속화되어 사막화, 식생대 변화, 게릴라성 폭우 등으로 인해 이미 적지 않은 피해들을 보고 있는데, 앞으로 더욱 심각해질 것을 염려하고 있다. 기후변화 내지 지구온난화는 주로 자동차, 공장, 발전소 등에서 뿜어져 나오는 이산화탄소 등 배기가스들로 인해 발생한다. 또한 이 배기가스 중 일부가 대기 중에서 화학반응을 일으켜 더욱 많은 미세먼지를 생산해 내기에 시민사회가 건강을 크게 염려하고 있다. 우리 사회는 전기 없이는 하루도 근대화된 생활양식을 유지할 수 없을 것인데, 전기생산으로 인한 환경오염이 지구온난화, 질병 등을 통해 오히려 인류를 파멸시킬 수 있는 상황에 이르게 하니 문제인 것이다.

탄소 배출, 왜 줄여야 할까?

우리나라에서 전력생산에 가장 많이 사용되는 원료는 석유나 우라늄이 아닌 바로 석탄이다. 우라늄을 사용하는 원자력발전소는 심각한 환경 사고 위험시설이라는 이유로 증설이 어렵고, 석유와 천연가스(LNG)는 가격이 비싸기 때문인데, 유가에 따라 변하긴 하지만 화력발전을 위한 석유와 LNG의 연료비는 석탄 연료비의 4~5배 정도이다. 석탄화력발전소에서는 석탄을 고운 가루로 만들어 가열기에서 나오는 고온의 공기를 이용하여 보일러로 불어넣는다. 석유화력발전소에서는 석유를 100°C 정도로 가열해서 분사노즐을 통해 보일러로 불어넣는다. 이러한 연료들을 사용해 내연기관 내지 가스터빈을 통해 전력을 생산한다. 그러나 두 경우 모두 완전연소가 되지 못하며 오염물질인 다양한 배기가스를 배출한다. 한편 LNG발전은 천연가스를 연소시켜 발생하는 열로 터빈을 돌려 발전하는데, 석탄보다 이산화탄소를 50% 덜 배출하고 기타 오염물질도 적게 배출한다.

가스화복합발전과 같이 석탄을 고온고압 하에서 처리해, 수소와 일산화탄소로 구성된 합성가스를 만든 후 연소시켜 전력을 얻는 석탄화력발전기술도 주목받고 있는데, 에너지 효율이 50% 정도 되며 이산화탄소 배출량도 28%까지 줄일 수 있다고 한다. 일반적인 화력발전소의 에너지 효율은 33~48% 정도라고 하며 나머지 폐열은 주로 냉각수와 냉각탑에서 빠져나간다. 화력발전소의 효율을 높이기 위해서 보일러를 고온고압으로 만드는 것이 중요하다. 이때 폐열은 발전효율 극대화를 위해 재사용될 수 있으며, 또한 인근 지역 난방을 위해 사용할 수 있는데 이러한 발전소가 열병합발전소이다.

화력발전소에서는 이산화탄소는 물론이고 황산화물, 질소산화물 등이 배출되는데, 여기에 미세먼지까지 생성되어 우리에게 호흡기질환, 심혈관질환 등이 발생 되거나 암이나 치매까지 유발될 수 있다. 미세먼지는 질산염(NO3-), 암모늄(NH4+), 황산염(SO4-) 등의 이온성분과 탄소화합물, 금속화합물 등으로 이루어져 있는데, 세계보건기구(WHO)는 미세먼지 중 디젤에서 배출되는 블랙카본을 1급 발암물질로 지정하였다. 직경 2.5㎛ 이하의 초미세먼지는 인체 내 기관지 및 폐 깊숙이 침투하여 각종 질환을 유발한다고 알려져 있다.

2021년 11월 영국 글래스고에서 개최될 제26차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP26)를 앞두고 석탄화력발전소 조기폐쇄안이 제기되었다. 석탄화력발전은 현재 세계 온실가스 배출량의 약 20%를 차지해 가장 큰 오염원이 되고 있으므로, 작동수명 50년의 석탄화력발전소를 구입해 15년 안에 폐쇄함으로써 최대 35년의 탄소 배출량을 줄이자는 것이다. 물론 이에 따른 재정과 대체에너지 확보가 문제일 것이다. 한편 국제기후변화위원회는 전 세계 석탄화력발전량을 현재 38%에서 2030년까지 9%로 감소할 것을 요구하고 있다.

‘재생에너지 3020’ 이행계획을 발표하다

우리나라에서도 과거부터 화력발전 의존도가 높았고, 그중 석탄발전이 요즈음도 40% 이상을 차지할 정도인데, 석탄발전의 치명적인 오염물질 배출로 시민 및 환경단체들은 화력발전소의 가동 및 신설 중지를 바라고 있고, 정부도 이에 맞춰 화력발전소 신설 중지 및 설계수명 30~40년의 발전소를 연장가동 없이 조기 폐쇄 하는 등 점진적인 감축을 위해 노력하고 있다. 물론 석탄화력발전소들이 대체 전력생산 없이 가동 및 신설이 중지된다면 분명 에너지 수급에 문제가 발생할 것이므로 염려가 크다. 우리나라의 신재생에너지에 의한 발전량이 전체의 6~7% 정도인데, 2030년까지 20%로 늘리기 위한 목표를 세워놓고 있다. 우리 정부는 2030년까지 48.7GW 규모의 신재생에너지 설비구축과 그중 약 30%를 풍력으로 충당한다는 ‘재생에너지 3020’ 이행계획을 발표했다.

풍력발전은 이산화탄소, 미세먼지 등 오염물질 발생이 적고, 자연생태계에 큰 피해 없이 대규모 전력생산이 가능한 수단으로 여겨지며, 무엇보다 운영비용이 MWh당 석탄발전의 20~25% 정도에 지나지 않는 장점이 있다. 역시 신재생에너지인 태양광발전에 비해서 풍력발전은 대규모 전력생산 측면에서 유리한 점이 많다. 물론 회전날개 소음, 전자파 발생, 시각적 위압감, 운반 및 설치시 생태계 파괴 등과 연관된 문제들이 어느 정도 없을 수는 없다고 보나 상대적인 이점을 지니고 있음은 분명하다고 본다. 풍력발전기는 육상과 해상에 설치할 수 있는데, 바람은 해상이 육상보다 강하고 일정한 장점을 지니고 있다. 더구나 해상의 경우에는 육상에 비해 소음으로 인한 민원에서 좀 더 자유롭고, 넓은 공간 이용으로 대량 설치가 용이하다. 따라서 해상에 풍력발전소를 건설한다는 것은 환경친화적이고 효율적으로 대규모 전력생산을 이루어 낸다는 것이고, 주변 지역에 프로펠러 및 하부구조물 제작 등 연관산업을 활성화시킬 기회도 얻을 수 있고, 또한 관광자원으로 활용 가능하다고 본다.

해상풍력을 발전시키기 위한 노력이 필요한 때

세계풍력발전협회(GWEC)는 전 세계 해상풍력발전 설치용량이 2019년 29GW에서 2030년 234GW로 약 8배 성장할 것으로 전망하고 있다. 특히 유럽연합(EU)은 바람 강한 북해를 중심으로 해상풍력단지 투자를 확대하고 있는데, 2050년까지 해상풍력발전용량을 지금의 12배인 300GW로 늘림을 목표로 하고 있다. 덴마크는 바람 강한 북해에 축구장 18개 크기의 ‘인공 에너지 섬’을 만들고, 이곳에 대용량 풍력발전기 200여 기를 세워 300만 가구가 쓸 전력을 생산함이 2030년까지의 목표라고 한다.

이러한 상황에서 우리 정부와 민간업체들도 해상풍력에 큰 관심을 보이고 있다. 우리나라는 국토가 협소하고 풍속 좋은 곳을 찾기 힘든 탓인지, 대용량이기는 하지만, 풍력발전기를 산 정상에 5~10기 설치해 놓은 경우가 대부분이라서, 미국 등 다른 나라의 수백 수천 기 세워짐이 부러운 것도 사실이다. 이러한 몇 기씩의 설치도 자연생태계를 파괴한다는 불평과 함께 인근 주민들의 소음, 전자파 등 피해에 대한 저항이 만만치 않아 대부분 사업이 어려움에 봉착하는 것이다. 이러한 면에서 정부와 민간업체들이 건설비는 높다 하더라도 민원 적은 해상풍력에 관심을 보임은 당연한 것이다.

해상에 설치하는 풍력발전기는 육상에서는 크게 문제가 되지 않는 두 가지 문제를 해결해야 한다. 첫째, 높이 50~100m에 무게 수백톤에 달하는 풍력발전기가 바다의 거친 풍랑에견디며 가동될 수 있도록 설치하는 것이고, 둘째는 생산된 전기를 육지로 손실 없이 전달하는 것이다. 해상풍력발전기는 고정식과 부유식이 있다. 고정식은 주로 수심 50m 이내에 설치하는데, 비교적 풍랑에 안전하고 설치 및 운용비용이 저렴하다. 부유식은 건설 및 설치절차 유연성, 쉬운 제거와 해체, 플랫폼 설계 및 기술해법 다양성 등에서 유리함을 지니고 있으나 태풍에 좀 더 취약할 것이며, 정비를 위해 특수선박이나 헬리콥터를 이용해야 하고, 송전거리가 길고, 선박항로와 군사작전상의 문제가 제기될 수 있다. 또한 고정식이든 부유식이든 어업인들의 반대가 있을 수 있다. 하지만 해상풍력발전은 화력발전소는 물론이고 태양광발전, 육상풍력발전 등 다른 신재생에너지발전에 비해 전력 대량생산, 환경영향 최소화, 민원 해결 등에서 분명 유리할 수 있다. 또한 대규모 해상풍력발전은 관련 산업을 발전시켜 좀 더 많은 이들을 고용할 수 있으므로 국가 및 지자체 차원에서 좀 더 적극성을 가지고 추진할 필요가 있다고 본다.