해상 풍력 발전은 전지구 전력을 만들어 내는 것이 가능, 그러나 한쪽에서 지구의 기후에 악영향도 있음!

해상 풍력 발전은 전지구 전력을 만들어 내는 것이 가능, 그러나 한쪽에서 지구의 기후에 악영향도 있음!

육지로부터 떨어진 바다 위에 몇이나 되는 풍차를 건설하고, 강한 바람을 받아서 전력을 만들어 내는 해상 풍력 발전에는, 세계적으로 사용되는 전력을 모두 만들어 낼 수 있는 가능성이 있는 것이 연구에 의해 밝혀졌습니다. 그러나 한쪽에서, 해상의 바람 에너지를 전력에 바꾸는 것으로, 지구의 기후 구조가 무너져서, 좋지 않은 영향을 받는 것도 동시에 밝혀져 있습니다.

Geophysical potential for wind energy over the open oceans

이 연구를 한 것은, 카네기 연구소 Ken Caldeira씨와 Anna Possner씨들에 의한 연구팀, 논문이 미국 과학 아카데미 정기 간행물(PNAS)에서 발표되었습니다. 그 내용에 의하면, 바다 위에서 부는 바람은 지상의 물건과 비교해서 각별히 힘이 강하고, 지구의 문명을 유지하는데 충분한 전력을 만들어 낼수 있는 에너지를 숨기고 있는 것.

지형의 영향을 받지 않는 해상에서는 육지보다도 70%도 강한 바람이 불고 있어, 이 힘을 전력 에너지로 변환하려고 하는 것이 해상 풍력 발전의 사고방식입니다. 유럽을 중심으로 연구와 개발이 진행되고 있는 분야입니다. 일본에서도 칸토지방 앞바다에 거대한 해상 풍력 발전소를 건설하는 연구가 진행되고 있습니다.

해상으로 발전하기에는, 바람 바로 그것이 강하다고 하는 메리트에 더해, 바람이 공급되는 구조의 차이 덕택으로 효율이 높아지는 특징이 있는 것. 이것을 이해하기 위해서는, 먼저 바람이 풍차를 회전시켜서 발전을 하면, 그 바람의 힘이 약해져버린다라고 하는 현상을 이해할 필요가 있습니다. 복수의 풍차를 일직선으로 진열해 앞에서 바람을 맞췄을 때, 가장 효율적으로 전력을 만들어 낼수 있는 것은 제일 최초에 바람을 받는 풍차입니다. 그러나, 2째 이후의 풍차에서는, 발전 효율이 크게 감소합니다.

바람이 최초의 풍차에 맞아서 전력이 만들어 내지면, 그것은 결국 바람의 에너지가 빼앗겨서 전력으로 변환된 것을 의미합니다. 만일, 바람으로 전력에 변환효율이 50%이다로 가정하면, 2째의 풍차에 맞는 바람의 강함(=에너지)은 당초 50%밖에 남겨지지 않고 있게 되고, 2째의 풍차로 만들어 내지는 전력은 첫째의 풍차의 반밖에 기대할 수 없습니다. 이렇게, 풍차가 바람에 대하여 일직선으로 나란히 서는 레이아웃이 될 때, 풍력 발전은 바람의 에너지를 충분히 받을 수 없어져버립니다. 그 때문에, 지상에서 풍차를 배치할 때에는, 가능한 만큼 바람의 방향과 풍차가 직선위로 나란히 서지 않도록 건설 예정지가 고려되고 있습니다.

그러나, 해상에서는 이 현상이 크게 개선됩니다. 특히, 기온과 수온이 높은 적도부근에서는 해면 가까이와 상공의 대기 대류가 활발하게 일어나고 있어, 바람의 움직임은 수평방향뿐만 아니라 위에서 아래에 세차게 부는 바람의 움직임도 존재하고 있는 것. 그 때문에, 해상에 배치된 풍차에는 더욱 많은 바람 에너지가 공급되어, 육지와 비교해서 큰 차이의 발전효율이 실현한다로 여겨지고 있습니다.

이것을 바꿔 말하면, 육지에서 풍력 발전은 지표 가까이를 흐르는 바람의 운동 에너지 일부를 닥치는 대로 빼앗고 있는 것 뿐인 것에 대해, 해상 풍력 발전은 대기의 대류권 에너지를 전력으로 변환하는 것을 가능하게 합니다. 연구팀이 검산한 결과, 해상 풍력 발전은 육지의 풍력 발전 3배의 전력을 만들어 내는 포텐셜을 숨기고 있는 것. 만일, 200만평방킬로미터 면적을 가지는 풍력 발전소를 육지로 만들었다로 하면, 거기에서 발전할 수 있는 전력은 중국과 미국이 필요로 하는 「1년간 7테라 와트시」를 채울 수는 없습니다. 그러나, 같은 면적의 풍력 발전소를 해상에 건설하면, 이 2대 전력 소비국 수요를 채운 뒤에서, 게다가 다른 나라에도 전력을 공급하는 능력을 갖추게 된다고 생각되고 있습니다.

이후, 지구에서는 전력 수요가 더욱 높아지는 것이 확실하고, 언제까지라도 화석 연료나 원자력에 계속해서 의존할 수는 없습니다. 그러한 가운데에서 기대를 모으게 될 것 같은 해상 풍력 발전입니다만, 반드시 좋은 점 뿐만 아닌 것. 바람의 에너지를 전력으로 변환한다고 하는 것은, 지구를 둘러싸는 바람의 움직임이 약해지고, 또는 변화된다고 하는 것에 연결됩니다. 지구를 크게 순환하는 바람에는 지구의 대기 열을 이동시키는 활동이 있습니다만, 바람이 약해지는 것으로 이 이동이 밀리고, 종래의 기후 모델이 영향을 받고, 지구전체의 기후 균형이 깨지는 것으로, 예상도 못하는 기후변동이 지구규모로 일어난다고도 여겨지고 있는 것입니다.

Caldeira씨는 「문명을 유지할 만큼 전력을 바람으로 꺼낸다고 하는 것은, 문제를 초래할 것입니다」라고 지적. 그러나 동시에 해상 풍력 발전에 의존하는 비율을 내리고, 발전 설비를 별로 크게 하지 않고, 더욱 지구상의 수지점에 분산해서 배치하는 것으로 악영향을 경감하는 것도 가능하다고 하고 있습니다.

그러나 정말로 큰 과제가 되는 것은 「예산」 문제일지도 모르겠습니다. 기초가 견고한 지상과 비교하고, 수심이 있는 해상에 풍차를 건설하고, 지상보다도 더욱 강한 바람을 받아도 깨지지 않는 풍차를 몇천개∼몇만개 수준으로 건설하기 위해서는 지극히 엄청난 비용이 들고, 그 설비를 유지하기 위해서도 많은 비용이 듭니다. 그 비용을 뺀 뒤에서, 해상 풍력 발전 연구 개발을 진척시켜야 할 것인가 아닌가는, 앞으로 기술 발전을 지켜볼 필요가 있을 것 같습니다. 일본에서 진행되고 있었던 해상 풍력 발전 프로젝트 중, 이바라키현 앞바다 계획에서는 바람의 상황(풍상)과 비용이 당초의 상정보다도 크게 빠졌기 때문에, 중지가 된 것도 존재합니다. 모든 계획에 같은 문제가 존재한다고 생각하는 것이 아닙니다만, 해상 풍력 발전은 아직 이제부터 많은 것을 알아야하는 단계에 있다고 말할 수 있을 것 같습니다.