풍차를 이용하여 전기를 생산하기

작년 가을에 포스트 발표차 강원도 용평에 들렀을 때 멀리 보이는 산에 풍차들이 설치되어 있는 것을 보았다. 또한 서해안으로 자주 여행하는데 군산 해안가에도 여러 대의 풍차들이 웅장한 모습을 자랑하고 있었다. 태양빛이 지면을 가열하면 양달과 음달 사이에 온도차가 생기게 되고 따라서 대기가 이동하게 되니 바람이 만들어진다. 즉 태양열에 의하여 바람이 만들어지니 풍력도 결국에는 태양에너지의 이용이다.

풍차는 우리들에게 네덜란드를 떠오르게 한다. 바다보다 낮은 땅이라는 의미인 네덜란드는 바닷물과의 투쟁에서 땅을 개척한 사람들의 이야기의 본 고장이기도 한다. 빙하시대에는 수심이 낮은 북해가 육지였지만 차즘 바닷물이 육지로 침범하면서 육지에 둘러싸인 바다가 여러 개 생겨났고 토목공사에 뛰어난 능력을 보유한 로마인들에 의하여 좁은 바다를 막아 내해를 육지화 하는 대 공사가 본격적으로 시작되었다고 한다. 로마의 세력이 쇠퇴하고 그 후에 이 땅을 차지한 게르만인 들에 의하여 바다를 땅으로 변화시키는 일이 계속되었고 바닷물을 퍼내기 위하여 등장한 것이 바로 유명한 풍차이다. 네덜란드 이야기를 계속하면 평화롭게 거주하던 게르만 인들이 영토와 선교의 꿈을 가진 프랑크 제국의 카알 대제에 의하여 본격적인 지배를 받게 되었다. 그 후 메르센 조약에 의하여 모젤 강과 마스 강 하류에서 동쪽은 동프랑크, 서쪽은 서프랑크로 분할되어 오늘날의 벨기에와 네덜란드로 분리되는 계기가 되었다.

대항해 시대에 네덜란드는 에스파냐의 지배에서 벗어났고 (공식적으로는 1648년 30년 전쟁의 마무리를 위해 유럽의 열강들이 모인 베스트팔렌 조약에서 스위스와 함께 독립하였음) 세계를 주릅 잡았다. 조선에 온 하멜 일행도 무역차 일본으로 가던 길이었다. 그는 나중에 탈출하여 귀국한 후 유명한 하멜 표류기를 남겨 은둔의 나라 조선을 서양에 소개하였다고 한다. 그 당시 일본과 조선은 쇄국정책을 펼쳤다. 그러나 일본은 네덜란드와의 무역은 계속하여 나가사키를 통해 서양의 문물을 받아들였지만 조선은 아예 문을 굳게 닫았고 이 차이가 본격적인 서세동점 시대에 일본은 열강에 합류하였지만 조선은 일본의 지배를 받는 수모를 겪게 되는 결과를 맞게 된 것이다.

다시 풍차로 돌아오면 바람이 일정하게 계속하여 불고 있는 지상 10m이상의 높이에 풍차를 설치하여 바람의 힘을 전기로 변환시킨다. 해안이나 섬 및 고산지대는 온도의 차이에 의하여 풍속이 커지므로 제주도를 비롯한 남해, 서해, 동해 및 대관령, 진부령 등에 대규모 풍력발전 단지가 조성되어 전력을 만들고 있다. 해안 지대와 산악지대에 바람이 강하게 그리고 계속 발생하는 것은 바다와 육지 (해안 지대), 산 정상과 골짜기의 기온 차이에 (산악 지대) 의한 것이다. 바다와 육지의 비열이 서로 다르므로 빛이 강한 낮에는 육지의 온도가 더 높으므로 바다에서 육지로 바람이 불고 어두워진 밤에는 반대로 육지가 더 빨리 식어 바다의 온도가 더 높아지므로 육지에서 바다로 바람이 불게 된다.

풍력발전기를 간단하게 설명하면 10 m이상의 높이에 날개가 둘 내지 셋 달린 큰 회전익이 장치되어있으며 회전익의 크기와 지상에서의 높이에 의해 발전 가능량이 결정된다. 또한 바람의 속도 역시 중요한 변수이다. 지상에서 높이 올라갈수록 바람이 세게 불고 회전익이 받는 풍량은 날개의 길이ㅢ 제곱에 비례하기 때문이다. 또한 풍력은 풍속의 세제곱에 비례한다. 대부분의 풍력발전기는 보퍼트 풍력계급으로 3 ～ 10계급 (12 ～ 102km/h)이 작동하도록 설계되어 있다.

보퍼트 풍력계급은 19세기 초에 영국의 보퍼트에 의하여 고안되었고 1962년부터 공식적으로 사용되고 있다.

표. 보퍼트 풍력계급

풍력발전은 자연적으로 만들어지는 바람의 힘을 이용하므로 환경 친화적이며 전체 던지 면적의 약 1%만 차지하여 나머지 공간은 목축 농업 등에 이용될 수 있다. 그러나 작년에 목격된 바에 의하면 강원도 용평 인근이 산들에 풍력발전기들이 건설되는 것을 현지 주민들이 달가워하지 않는 다는 문제가 있다. 산이나 해안가에 풍력발전기들이 즐비하게 늘어진 것을 좋아하지는 않을 것이다. 이 문제는 정부와 현지 주민들이 현명하게 해결할 수 잇을 것이다. 항상 문제는 주민들에게 충분히 설명과 이해를 구하지 않고 그대로 밀어 붙이는 정부의 관행이 만들고 있지만 무난히 해결되리라 낙관한다. 풍력발전은 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 많은 관심을 보이는 분야이므로 우리가 연구 개발에 과감히 투자하여 이 분야에 많은 첨단 기술을 가지게 된다면 우리의 경제와 아울러 국익 및 국제적인 위상에도 큰 영향을 미칠 것이다. 석탄의 매장량이 충분하지 않고 특히 석유와 천연가스는 전부를 수입하여야 하는 우리의 현실에 비추어 볼 때 풍력 발전소 건설은 미래에 대한 부가가치가 극히 높은 사업이 될 것이다.