올해 주목해야 풍력 발전 트렌드 5개

최근 풍력 발전이 비용 상승으로 프로젝트가 취소되는 일이 종종 발생하고 있다.

캐나다 미디어 트리플펀딧은 2020년 풍력발전의 트렌드를 보도한 적 있는데, 올해 다시 2024년판 풍력 발전의 동향을 정리해서 19일(현지시각) 전했다. 

#1. 노후 풍력발전 단지의 재가동

풍력 터빈의 수명은 일반적으로 약 20년이다. 풍력 터빈이 이미 설치된 기존 부지는 풍력 개발을 위해 조달, 구역 지정, 송전 인프라, 도로 접근이 되어있기 때문에 재가동을 신속하게 할 수 있다. 

재가동 산업은 규모가 커지고 있다. 예를 들어, GE 리뉴어블에너지(Renewable Energy)의 리파워(RePower) 프로그램은 2017년 출시 이후 미국 내 40개 풍력 발전 단지에 걸쳐 2500개 풍력 터빈을 업그레이드했다. 그 결과, 평균 연간 에너지 생산량이 20% 증가했다.

일부 재가동 프로젝트에서는 터빈의 숫자를 줄이면서도 효율을 높이고 있다. 

미국 일리노이주에서는 리워드 리뉴어블에너지(Leeward Renewable Energy)가 80메가와트 GSG 풍력 발전 단지의 업그레이드를 완료했다. 이 회사는 40개 터빈을 26개로 교체했으며, 전력 생산량 증가와 운영비 절감을 기대하고 있다. 

AES 클린에너지(Clean Energy)도 뉴욕 북부에 있는 100.5메가와트 클린턴 풍력 발전소의낡은 1.5메가와트 터빈을 1.62메가와트 모델로 교체한 후 출력이 20% 증가할 것으로 기대하고 있다.  

#2. 부유식 해상 풍력 터빈

새로운 부유식 터빈은 해저에 고정된 모노파일(monopole) 대신 가느다란 케이블로 해저에 연결된 플랫폼에 설치한다. 기존 터빈보다 먼 바다에 배치할 수 있어 해안 지역사회에서 제기되는 미관상 불만을 완화할 수 있다. 

해상 풍력 터빈은 지역의 수심과 종류에 따라 모노파일(Monopile)과 재킷(Jacket)을 사용해서 설치한다. 북해지역 모노파일 방식은 대부분 수심이 얕은 지역에, 수심이 40미터 이상인 지역은 주로 재킷을 사용한다. 

풍력 분야의 리더 중 하나는 미국 스타트업 '프린시플 파워(Principle Power)'다. 이 회사는 2030년까지 300개의 부유식 풍력 터빈을 납품할 계획이다.

#3. 수직축(Vertical axis) 풍력 터빈

수직축 풍력 터빈은 기존 터빈과 달리 더 작고 복잡한 모양을 하고 있다.

한때 수직축 터빈은 공간이 부족한 도시 지역에 가장 적합하다고 생각됐으나, 수직축 풍력 터빈은 설치 공간이 작기 때문에 부유식 풍력 발전 단지에 적합하다.

안정적이기 때문에 기존 부유식 터빈처럼 부피가 크고 값비싼 플랫폼 대신 작은 플랫폼을 쓰거나 플랫폼 자체가 없다. 플랫폼이란 풍력 터빈을 받치고 있는 하부 구조물이다.

스웨덴의 시티훨(SeaTwirl)은 3개의 수직 날개가 중심축을 중심으로 회전하는 터빈을 개발했다. 터빈은 작은 부표가 안정적으로 고정시키는 단일 수직 플로터 위에 위치한다.

또한, 노르웨이의 월드와이드윈드(World Wide Wind)도 플랫폼이 없는 디자인을 내놓았다. 부표 대신 터빈은 반대 방향으로 회전하는 수직축 블레이드를 두 개 달아서 자체적으로 안정적으로 작동하게 만들었다. 

미국에서는 에너지부(DOE)가 비용을 절감하는 부유형 터빈에 자금을 지원하고 있다. 샌디아국립연구소(Sandia National Laboratories)는 수직축이 있는 새로운 눈물방울 모양의 터빈을 도입했다. 또한, 플랫폼을 제거하는 것 외에도 터빈 타워를 장력 케이블로 교체했다.

#4. 건물 옥상에 설치하는 소형 풍력 터빈

소형 풍력 터빈은 아직 본격적으로 개발되지 않았다. 주로 가정, 농장처럼 시골이나 교외에 설치하고 있다. 도시의 경우에는 타워 대신 옥상에 터빈을 설치할 수 있다. 과거에는 지붕에 터빈을 설치하는 데 여러 가지 기술적 장애물이 있었으나 최근에는 이를 극복하기 시작했다.

지붕에 설치하는 솔루션 중에는 풍력 터빈과 태양광 설비를 결합한 하이브리드 설계가 있다.

지난 9월 세계경제포럼(WEF)은 프랑스 스타트업 우네올레(Unéole)가 개발한 하이브리드 수직축 풍력과 태양광 옥상 시스템에 주목했다. 기존 지붕의 공간을 놓고 경쟁하는 대신 터빈을 새로운 태양광 지붕 아래에 배치하여 더 많은 재생에너지를 생산한다.

또한 미국 스타트업 액셀러레이트윈드(Accelerate Wind)는 또 다른 유형의 솔루션을 개발했다. 이 회사의 작은 수평축 터빈은 지붕 가장자리에 위치한다.

또 다른 미국 회사 뉴월드윈드(New World Wind)는 나뭇잎 모양의 터빈을 만들었다. 태양 전지판이 있든 없든 나뭇잎 양의 클러스터로 배열되어 발전할 수 있는 표면적이 두 배가 될 수 있다. 

#5. 느린 풍속에서도 발전 가능하도록 연구 중

크기나 모양에 관계없이 풍력 터빈은 느린 풍속에서는 비경제적이다. 그런데 신기술은 저속 풍력 터빈의 경제성을 높일 수 있다고 한다.

미국 국립재생에너지연구소(이하 NREL)에 따르면, 이런 기술은 곧 실현될 것으로 보인다.

지난해 9월에 NREL은 2030년 이전에 이런 풍력 터빈의 출시 가능성을 검토했다. NREL은 미국이 경제적으로 현재보다 80% 더 많은 풍력 잠재력을 활용할 수 있을 것으로 추정했다.

NREL은 나선형 용접, 3D 프린팅 등 새로운 비용 절감기법으로 터빈을 더 싸게 만들 수 있으며, 거대한 터빈 블레이드의 운반비용을 줄이기 위해 신형 크레인도 등장할 것으로 보고 있다. 

또한, NREL은 풍력 발전 단지의 개별 터빈을 기울이거나 회전시켜 한 터빈에서 다른 터빈으로 바람이 막히는 것을 방지하는 제어 시스템도 개발 중이라고 한다.