세계가 청정 에너지 요구 사항을 충족하는 방법

바람이 많이 부는 스코틀랜드 북부 해안에서 26km 떨어진 곳에서 재생 에너지의 미래가 구체화되고 있습니다. 산들바람에 리드미컬하게 회전하는 Hywind Scotland 풍력 발전 단지의 5개의 거대한 터빈은 다른 해상 풍력 프로젝트와 매우 흡사하지만 한 가지 주요 차이점은 떠 있다는 것입니다.

기존의 연안 터빈은 해저에 고정된 금속 및 콘크리트 타워 꼭대기에 위치하지만 Hywind의 터빈은 파도와 함께 흔들리는 부력이 있는 강철 용골에 있습니다. 조심스럽게 균형이 잡혀 있어 기복이 심한 조건에도 불구하고 똑바로 서 있습니다. 이 단순해 보이지만 엄청나게 복잡한 디자인은 친환경 개발자들이 해상 풍력을 바라보는 방식을 바꾸고 있습니다.

세계 가 기후 변화에 관한 파리 협정 에서 국가들이 약속한 순 탄소 배출 제로 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라 이는 중요한 발전이 될 수 있습니다 . 에너지 부문은 현재 인간 활동에 의해 배출되는 전체 온실 가스의 약 4분의 3을 차지합니다 .

국제 에너지 기구(International Energy Agency)에 따르면 이러한 배출량을 줄이려면 녹색 전기가 글로벌 에너지의 핵심 원천이 되어야 합니다. 2040년까지 전 세계 에너지 수요의 절반이 순 제로 방식으로 생산된 전기로 충족되어야 한다고 합니다.

전기 자동차의 수가 증가하고 가정 및 산업용 화석 연료를 대체하기 위한 전기 수요 증가와 함께 전기 네트워크는 에너지를 생성하고 저장하는 더 많은 방법으로 훨씬 더 유연해져야 합니다. 이는 2045년까지 우리의 에너지 네트워크가 오늘날과 근본적으로 달라 보일 수 있음을 의미합니다.

방해가 되는 육지가 없으면 바람은 대양에서 더 강하고 일관성이 있는 경향이 있습니다(Credit: Statoil/Oyvind Gravas/Alamy)

Hywind의 수상 풍력 발전 단지와 같은 프로젝트는 그 미래가 어떤 모습일지 현재에 보여줍니다.

그 이유는 두 가지입니다. 첫째, 고정식 터빈과 달리 부유식 터빈은 바람이 더 강하고 일관성이 있는 경향이 있는 해안선에서 멀리 떨어진 심해에서 작동할 수 있습니다 . 부유식 풍력 혁신의 최전선에 있는 덴마크 발명가인 Henrik Steisdal에 따르면, 세계에서 가장 인구 밀도가 높은 해안 지역의 대부분이 이 깊은 바다에 걸쳐 있습니다. 그는 이것이 부유식 풍력에 또 다른 이점을 제공한다고 말합니다. 현재 의미 있는 풍력 발전 용량이 많지 않은 지역 사회에 서비스를 제공할 수 있습니다.

 

Steisdal은 "일부 국가에서는 인구 중심지에 가까운 큰 연안 지역이 있지만 바닥 고정식 터빈에는 너무 깊습니다."라고 설명합니다.

"한국, 대만, 일본, 캘리포니아와 같은 곳에서는 보통의 해상풍력만 관리할 수 있거나 아예 관리할 수 없기 때문에 장기적으로 부유식 터빈이 유일한 옵션입니다."

부유식 터빈은 심해에서 해상 풍력 발전 단지를 불가능하게 만드는 몇 가지 문제를 극복하지만 여전히 극복해야 할 과제가 있습니다. 대형 부유식 풍력 터빈 어레이가 해양 환경에 미칠 수 있는 영향에 대한 몇 가지 우려가 있습니다.

부유식 풍력 프로젝트의 가격 또한 여전히 높기 때문에 바닥 고정식 해상 풍력에 비해 생산된 전력의 메가와트 시당 거의 두 배의 비용이 듭니다 . 그러나 이러한 비용은 다른 풍력 에너지 프로젝트 에서 볼 수 있듯이 기술이 더 확립됨에 따라 떨어질 것으로 예상됩니다 .

그러나 깊고 먼 바다에서 바람을 수확하는 방법과 같은 한 가지 질문에 대한 답이 나오면 또 다른 질문이 생깁니다. 생성된 전기로 무엇을 해야 할까요?

그리드 제약은 조건이 특히 폭주할 때 시스템 과부하에 대한 두려움과 함께 풍력 발전 개발자에게 오랫동안 문제였습니다. 이를 피하기 위해 터빈은 정기적으로 전원을 끄는데, 이를 축소라고 하는 비용이 많이 드는 과정입니다. 그리고 바람이 충분히 세게 불지 않는 기간에는 어떻게 됩니까? 수십 마일의 해저 케이블을 부설해야 하는 물류 문제를 추가하면 다른 접근 방식이 필요하다는 것이 분명합니다.

우리는 전해조가 장착된 부유식 풍력 터빈이 장거리 선박의 연료 보급소 역할을 하는 상황도 가질 수 있습니다 - James Walker

하지만 높은 전압 해저 전력 케이블은 지금 비교적 일반적이다 , 그들은은 설치 및 유지 보수 비용이 비용, 오버 헤드 라인보다 5 ~ 10 배의 일부 추정에 의하면.

우주에서 가장 풍부한 원소이자 많은 사람들에게 미래의 떠다니는 바람의 열쇠인 수소에 대해 알아보십시오.

에너지 컨설팅 회사인 Xodus의 재생에너지 부문 관리자인 Scott Hamilton은 "밖이 특히 바람이 많이 불고 잉여 전력이 생성되고 있다면 시스템을 끄는 대안이 있습니다."라고 말합니다. "그 여분의 전자를 낭비하는 대신 수소 연료를 만드는 데 사용할 수 있습니다."

그렇게 하려면 물을 구성 요소인 산소와 수소로 나누는 기계인 전해조가 필요합니다. 재생 가능한 소스가 이 프로세스에 전력을 공급하는 데 사용되는 경우 후자를 "녹색 수소"라고 합니다.

가연성이 높은 수소는 탄소가 없는 에너지원으로서 화석 연료를 대체할 잠재력이 있습니다. 친환경 수소 개발의 세계적인 선두 주자인 스코틀랜드 오크니(Orkney) 섬에서는   멀지 않은 미래에 수소 연료 페리 에 대한 계획 과 함께 이미 차량에 전력을 공급하고 건물을 난방하는 데 가스가 사용되고  있습니다. 2023년에 완료될 예정인 유사한 파일럿 프로젝트인 Fife의 Buckhaven은 풍력으로 재생 가능한 에너지를 사용  하여 약 300가구의 난방 및 요리용 수소 연료 를 생산할 예정  입니다.

녹색 수소는 에너지 저장 방법을 제공할 뿐만 아니라 가정 난방 및 차량 연료 공급에도 사용할 수 있습니다(제공: Iain Masterton/Alamy)

이것의 기본은 수소가 저장될 수 있다는 사실입니다. 압축되어 탱크로 펌핑되어 휘발유나 디젤처럼 운송될 수 있습니다. 이것이 부유식 풍력 개발자들이 그토록 흥미를 느끼는 이유입니다. 

터빈의 부력 기반에 부착된 전해조는 풍력 발전 전기를 즉시 사용할 수 있게 해 염분이 제거된 해수에서 녹색 수소를 생산할 수 있습니다. 이 과정은 가장 강한 바람에 반응하여 수소 생산량이 증가하면서 그리드 문제와 축소 계산에 의해 방해받지 않을 것입니다.

많은  에너지 회사  들이 이 기술을 추진하고 있으며, 한 개발자인  ERM 은 빠르면 2020년대 중반에 프로토타입이 가동되기를 희망하고 있습니다.

일단 가동되면 부유식 풍력 발전 녹색 수소가 어떻게 사용될 수 있는지에 대한 광대한 범위가 있습니다. 에너지 및 기후 인텔리전스 유닛(Energy and Climate Intelligence Unit)의 Jess Ralston과 같은 분석가는 차량 연료로서  도로, 철도, 해상, 항공 여행 등의 장거리 운송에 적합하다고 말합니다  . 이를 통해 수소는 세기 중반까지 발전을 사용할 수 없는 공백을 메울 수 있습니다.

화석 연료를 대체하려면 다양한 재생 가능 에너지원의 복잡한 혼합이 필요합니다(제공: AFP/Getty Images)

유럽 ​​해양 에너지 센터(European Marine Energy Center)의 수소 개발 관리자인 제임스 워커(James Walker)는 "큰 부유식 풍력 발전 능력을 가진 국가가 녹색 수소를 해외에 판매하여 거대한 유조선 스타일의 선박이나 해저 파이프라인을 통해 운송하는 상황을 상상하는 것은 그리 어렵지 않습니다"라고 말했습니다. . "우리는 전해조가 장착된 부유식 풍력 터빈이 장거리 선박의 연료 보급소 역할을 하는 상황까지 가질 수 있습니다."

그것은 흥미로운 비전이지만 녹색 수소는 채택에 대한 자체 장벽에 직면해 있습니다. 현재는 생산 비용이 많이 들지만 국제 에너지 기구(International Energy Agency)는 재생 에너지 생산이 저렴해짐에 따라 녹색 수소도 저렴해질 것이라고 예측합니다 . 또한 많은 양의 수소를 저장하는 것의 안전성에 대한 지속적인 우려 와 수소 경제로 전환하는 데 필요한 인프라 개발 이 더디게 진행되고 있습니다.

이는 전면적인 순 제로 목표를 달성하기 위해서는 모든 종류의 지속 가능한 발전이 이루어져야 함을 의미합니다. 광범위한 태양광 발전 생산, 해양 및 지열 에너지를 활용하는 새로운 방법, 바이오 연료 및 배터리 기술을 통한 혁신이 모두 제 역할을 할 것입니다.   

그러나 이러한 상승하는 에코이노베이션과 함께 부유식 풍력과 녹색 수소가 그 자리를 찾아 순배출 제로와 탄소 없는 연료로 구동되는 미래를 향한 길을 닦는 데 도움이 될 것입니다.