에너지

풍력으로 세계를 움직일 수 있을까?

게시일 2024년 8월 23일

업데이트일 2026년 5월 31일

작성자

Jonathan Schramm

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상승하는 풍력

태양 에너지, 특히 광전지는 재생 에너지 전환을 촉진하는 원동력이며 미래에는 주된 에너지원이 될 수도 있습니다.

그럼에도 불구하고 태양 에너지는 몇 가지 심각한 한계가 있어 다른 기술과 결합했을 때 가장 효과적입니다. 여기에는 배터리와 장거리 전력망 연결이 포함될 수 있습니다. 또 다른 옵션은 태양광이 생산량이 적은(흐린 날, 겨울철) 혹은 전혀 생산되지 않는(밤) 경우를 보완하기 위해 동시에 다른 형태의 친환경 에너지를 도입하는 것입니다.

다른 모든 에너지 형태보다 앞서, 풍력(아래 그림의 노란색과 주황색)은 특히 수력(연한 파란색)이 향후 몇 년간 정체될 것으로 예상되는 가운데, 태양광과 함께 가장 앞선 녹색 에너지 형태입니다.

출처: EIA

2022년 전 세계 풍력 발전량은 2,100 TWh에 달했으며(14% 증가). 그리고 2050년 순배출 제로 시나리오의 목표를 달성하기 위해서는 2030년에 총 7 400 TWh가 필요합니다.

이 목표를 달성하려면 생산 성장률을 연 17% 복합 성장률로 더욱 가속화해야 합니다. 이는 현재 연간 75 GW인 풍력 설비 추가량을 2030년에는 연 350 GW로 늘려야 함을 의미합니다.

이 75 GW 중 37 GW는 중국만이 추가했으며, 이는 전 세계 총량의 절반 이상에 해당합니다.

그렇다면 이렇게 야심찬 목표를 어떻게 달성할 수 있을까요? 기술 혁신, 대규모 투자, 그리고 에너지·산업 정책의 긴밀한 조정이 결합될 때만 가능할 것으로 보입니다.

기존 풍력 산업

육상 풍력

지금까지 육상 풍력 설비가 산업을 주도해 왔으며, 전체 설치 용량의 93%를 차지하고 있습니다. 이는 해상 풍력 터빈 단지보다 훨씬 앞선 수치입니다.

출처: EIA

주된 이유는 순전히 기술적인 측면에 있습니다. 육상 풍력은 도로, 트럭, 현지 콘크리트 공장 등으로 공급이 용이해 구현이 더 쉽습니다.

이러한 접근성은 유지보수에도 장점을 제공합니다. 기술자들이 현장 근처에 거주하며 차량으로 접근할 수 있고, 접근 도로를 통해 부품과 소모품을 공급받을 수 있기 때문입니다.

출처: GEvernova

결과적으로, 건설이 쉽고 유지보수가 용이해 비용이 낮아지고 수익성이 높아집니다. 육상 풍력 터빈은 해상 풍력에 비해 염분이 있는 물에 의한 부식 문제도 없으므로 유지보수 비용이 더욱 절감됩니다.

또 다른 핵심 장점은 농업이나 자연 상태를 유지할 수 있다는 점입니다. 반면, 태양광과 농업을 동시에 활용하는 ‘농업광전지(agrivoltaics)’는 아직 초기 단계에 머물러 있습니다.

해상 풍력

앞서 설명했듯이 해상 풍력은 전체 풍력 발전량 중 소수에 불과합니다.

이는 해상에 건설해야 하기 때문에 자본 집약도가 자연스럽게 높아지기 때문입니다. 인구 밀집 지역으로부터의 거리와 염수 부식 역시 유지보수 비용을 증가시키고 풍력 터빈 및 부품의 수명을 단축시킬 수 있습니다.

그럼에도 해상 풍력에는 다음과 같은 여러 장점이 있습니다:

생산 효율성 향상: 해상 풍력은 육상보다 더 안정적이고 강력하며 지속적으로 바람이 불어 생산량이 많고 예측 가능성이 높아 기본 부하 전력 생산에 가깝습니다.
- 이는 생산량 증가뿐 아니라 더 예측 가능한 전력 공급을 의미합니다.
- 많은 지역에서 해상 풍력은 오후와 저녁에 수요가 최고조에 달할 때 전력을 공급합니다.
- 전 세계 인구의 대부분이 해안가에 거주하므로 해상 풍력은 소비자와 가까운 경우가 많습니다.
- 해상에 좋은 풍력 입지는 육상보다 훨씬 넓은 면적을 차지할 수 있어 규모의 경제를 실현할 수 있습니다.
환경 영향 감소: 토지를 차지하지 않고 원격 지역에 접근 도로와 교통을 만들지 않음으로써 해상 풍력은 육상보다 환경 친화적일 수 있습니다.
- 제한된 해상 풍력 단지 면적은 해양 생태계에 도움이 될 수도 있습니다.
반대 의견 감소: 인구 중심지와의 거리 및 시야 차단으로 인해 해상 풍력 프로젝트에 대한 반대가 크게 줄어듭니다. NIMBY(내 뒤뜰에 금지) 반응도 크게 약화됩니다.

수심에 따라 해상 풍력 터빈에 적용할 수 있는 다양한 정박 방식이 존재합니다.

출처: DoE

완공되면 Dogger Bank 풍력 단지는 북해에 위치한 세계 최대 규모의 풍력 단지가 될 것입니다. 설치 용량은 3.6 GW이며 연간 영국 가구 600만 가구에 전력을 공급할 수 있습니다.

풍력 터빈 개선 방법

항상 더 크고 높게

풍력 산업에서는 터빈을 점점 더 크고 강력하게 만드는 추세가 지속되고 있습니다. 전반적으로 이 추세는 앞으로도 계속될 것으로 예상됩니다.

출처: DoE

핵심 이유는 기본적인 물리학과 기하학에 있습니다. 블레이드 길이를 두 배로 늘리면 전체 스윕 면적이 4배가 됩니다.

스윕 면적은 포착되는 바람량과 전력 생산량을 결정하므로, 터빈 크기를 두 배로 늘리면 생산량이 4배가 되고, 다시 두 배로 늘리면 초기 대비 16배의 생산량을 달성합니다.

또 다른 물리적 요인은 바람이 강할수록 더 많은 전력이 생성된다는 점입니다. 이는 직접적인 변환이 아니라, 풍속을 두 배로 늘리면 터빈을 통해 8배의 전력을 생산할 수 있다는 의미입니다.

따라서 더 큰 터빈과 더 강한 바람은 작은 모델에 비해 10배 이상 전력을 생산할 수 있습니다.

높은 타워는 일반적으로 더 안정적이고 강한 바람을 제공해 전력 생산을 더욱 증대시킵니다.

현재 가장 강력한 풍력 터빈은 18 MW 프로토타입으로 동방 전기가 2024년 6월에 배치했습니다. 로터 직경은 853 피트(260 m)이며, 한 대의 터빈이 연간 40,000가구의 전력 소비량에 해당합니다.

풍력 터빈이 점점 커짐에 따라 블레이드를 공장에서 현장으로 운반하는 현실적인 방법은 공중 수송뿐입니다. 이 때문에 Raida 회사가 세계 최대 규모의 비행기를 구축하고 있으며, Straightline Aviation 등도 풍력 블레이드 운송을 위한 비행선/제플린 활용 가능성을 모색하고 있습니다.

출처: Straightline Aviation

마지막으로, 거대한 기둥 대신 “터빈 벽”을 구축하는 방안도 있습니다. 일부 모델은 40 MW 규모이며, 최대 126 MW에 이를 수 있습니다.

이러한 시스템은 북해처럼 매우 강하고 거의 지속적인 바람이 부는 지역에 가장 적합합니다.

출처: Recharge News

더 내구성 있고 재활용 가능한 풍력 터빈

어떠한 제조 공정이든 풍력 터빈은 지속적인 움직임으로 인한 기계적 스트레스에 노출되어 시간이 지나면 손상됩니다.

최근 이와 관련해 업계에 문제가 발생했으며, 특히 Gamesa(Siemens)가 일부 터빈 엔진을 예상보다 훨씬 빨리 교체해야 한다는 발표를 하면서 풍력 주식이 소폭 급락했습니다.

이 문제는 터빈 내구성을 향상시켜 해결할 수 있지만, 또 다른 문제는 블레이드에 있습니다.

최근까지 에폭시 블레이드는 매립지에 버려져 환경에 부정적인 영향을 미쳤습니다. Vestas Wind Systems는 최근 전면 재활용이 가능한 새로운 에폭시 화학 물질을 공개했으며, 이를 통해 풍력 산업이 완전한 순환 가치 사슬을 구축할 수 있게 되었습니다.

출처: Vestas

업계 전반이 이러한 흐름을 따르면서, 사용 수명이 다한 블레이드가 매립지에 쌓이는 문제를 해결할 것으로 기대됩니다.

무블레이드 풍력

거대한 팬 블레이드가 지금까지 풍력 에너지를 수확하는 주된 방법이었지만, 이것이 유일한 방법은 아닙니다. 여러 대안이 제안되었거나 개발 중에 있습니다.

첫 번째 아이디어는 수직축 터빈입니다. 이 터빈은 소음이 적고 크기가 작으며, 강하지 않은 바람도 포착하도록 설계되었습니다.

따라서 도시나 교외 환경, 심지어 옥상 설치에도 적합합니다. 예시로는 Windspire 터빈이나 Eddy 풍력 터빈이 있습니다.

출처: Inhabitat

또 다른 아이디어는 터빈을 지지하는 기둥을 없애고 비행 풍력 터빈을 만드는 것입니다. 이는 300~600 m 고도에서 가장 강한 바람을 찾아 떠다니는 풍력 터빈을 의미합니다. 예를 들어 Altaeros 모델처럼 풍력 터빈을 헬륨 풍선에 연결하는 방식이 있습니다.

이 방식은 풍력 강도가 높은 고도에서 위아래로 이동할 수 있어 콘크리트 기초, 기둥, 크레인 등의 비용을 완전히 없앨 수 있습니다. 또한 시스템을 몇 시간 혹은 며칠 만에 새로운 장소로 재배치할 수 있습니다.

마지막으로 더욱 급진적인 아이디어는 무회전 풍력 수확입니다. 예를 들어 Vortex Bladeless나 Windstalk와 같이 “스틱”을 움직여 전자기 유도 방식으로 전력을 생산할 수 있습니다. 이 시스템은 기어박스가 없고 오일도 필요 없어 수명이 더 깁니다.

다른 무회전 시스템은 바람에 의해 생성된 기압 차이를 이용해 전력을 생산합니다. 예를 들어 Aeromine 옥상 시스템이 있습니다.

출처: Aeromine

이중 및 다목적 풍력 터빈

풍력 터빈을 전력 생산 외에도 다른 기능에 동시에 활용하는 방법도 있습니다.

예를 들어, 해상 풍력 터빈은 해저에 견고하게 고정되어 있으며 해상에 비교적 멀리 위치합니다.

이러한 특성은 다음과 같은 다른 시스템의 고정점으로 활용하기에 이상적입니다:

어류, 갑각류, 오징어 등을 잡는 수동 어업(케이지 트랩 등)
조개나 해조류 재배와 같은 해양 양식
연어와 같은 양식 어업
인공 산호초와 같은 생태 복원 프로젝트
조력·파력 에너지 수확, 즉 동일한 고정점과 유지보수 서비스를 두 배로 활용하는 에너지 생산

출처: Research Gate

육상에서는 이중 활용 기회가 제한적이며, 현재 가장 흔한 사례는 풍력 터빈 기둥에 휴대전화 안테나를 추가하는 것입니다.

풍력의 문제점

풍력은 태양광과 다른 시기에 녹색 에너지를 생산할 수 있어 전력망 탈탄소화와 고가 배터리 파크 의존도 감소에 큰 도움이 됩니다.

하지만 몇 가지 문제점도 존재합니다.

야생동물 위험

야생동물은 화석 연료 및 기타 에너지 생산 방식뿐 아니라 풍력 터빈에 의해서도 피해를 입을 수 있습니다. 특히 새들은 터빈 근처를 지나가다 빠르게 회전하는 블레이드에 충돌해 사망하는 경우가 많습니다.

연구와 지역에 따라 각 터빈이 연간 약 4~18마리, 혹은 생산된 GWh당 0.45~2.8마리를 죽이는 것으로 추정됩니다. 이는 높은 수치처럼 보이지만 고양이, 자동차, 살충제 등에 의해 사망하는 새 수에 비하면 훨씬 적은 편입니다.

출처: Sustainability In Numbers

하지만 특정 종, 특히 독수리와 같은 맹금류, 그리고 철새에게는 더 큰 위협이 될 수 있습니다. 또한 박쥐도 풍력 터빈에 의해 심각한 피해를 입을 수 있습니다.

이 문제를 완화하기 위한 방안으로는:

풍속이 매우 낮을 때 터빈을 정지시키는 것이 박쥐에게 특히 위험합니다.
맹금류가 상승 기류를 이용하거나 이동 경로를 통과하는 지역에 터빈을 설치하지 않도록 합니다.
많은 소형 터빈보다 몇 개의 대형 터빈을 선호합니다.
터빈을 검은색으로 도색해 새들에게 더 잘 보이게 합니다.

희소 금속 공급

풍력 발전은 영구 자석에 크게 의존합니다. 이 자석은 네오디뮴과 같은 희소 금속을 필요로 합니다.

대형 직접 구동형 해상 풍력 터빈은 이러한 발전기에 5톤 이상의 자석을 포함할 수 있습니다.

희소 금속은 자석 무게의 약 30%를 차지하지만, 이는 메가와트당 수백 파운드에 달하는 네오디뮴과 소량의 디스프로슘, 터븀을 의미합니다.

Alla Kolesnikova – Adamas Intelligence 데이터 및 분석 담당 – Grist

희소 금속을 생산하는 과정은 매우 오염이 심하며, 대부분이 중국에서 이루어집니다.

따라서 보다 친환경적인 희소 금속 생산 공정과 효율적인 재활용 공정도 개발되어야 합니다.

지정학

중국의 재생 에너지 공급망 장악은 서방 국가들 사이에 우려를 낳고 있습니다.

중국은 전 세계 신규 풍력 발전 용량의 66%를 생산하고 있습니다.

출처: Enerdata

다른 지표에서도 이 지배력이 더욱 두드러집니다:

2020~2024년 기간 동안 중국은 426개의 신규 풍력 터빈 모델을 출시했으며, 중국 외 지역은 29개에 불과합니다.
중국은 전 세계 희소 금속 생산량의 60%를, 정제량의 85%를, 그리고 희소 금속 자석 생산량의 92%를 차지합니다.

중국과 서방 사이의 지정학적 긴장이 고조됨에 따라 풍력 공급망이 위험에 처할 수 있습니다. 이는 이론적으로 현지 생산자를 돕는 효과가 있을 수 있으나, 비용 차이 때문에 중국 수입 의존도를 낮추기가 어렵습니다.

풍력에 투자하기

여러 증권사와 브로커를 통해 풍력 기업에 투자할 수 있으며, securities.io에서는 미국 최고의 브로커, 캐나다 최고의 브로커, 호주 최고의 브로커, 영국 최고의 브로커 및 다른 국가의 브로커에 대한 추천을 제공합니다.

특정 풍력 기업을 직접 선택하고 싶지 않다면, Global X Wind Energy ETF (WNDY), Invesco Wind Energy UCITS ETF (WNDE), 혹은 First Trust Global Wind Energy ETF (FAN)와 같은 ETF에 투자해 풍력 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 얻을 수 있습니다.

또한 “투자하기 좋은 풍력 주식 Top 10”, “투자하기 좋은 재생 에너지 주식 Top 10” 및 “투자하기 좋은 배터리 금속·재생 에너지 채굴 주식 Top 10” 기사도 참고하십시오.