기후 변화와 및 에너지 프로그램에 3,700억 달러가 포함된 인플레 감소법이 통과되면서 정책 전문가들은 청정 전력 생산이 크게 확대될 것으로 예상하고 있다.
지속 가능 성장을 위해 준비된 에너지 방식은 해상 풍력이다.
오늘날 미국은 로드 아일랜드와 노스캐롤라이나 연안에 단 2개의 해상 풍력 발전 단지를 운영하고 있고 총 발전 용량은 42 메가와트다. 내륙 풍력과 비교하면 오클라호마의 새로운 트래버스 풍력 에너지 센터에는 356개의 터빈과 998 메가와트의 발전 용량이 있다. 그러나 대부분 대서양 연안을 따라 더 많은 프로젝트가 새로이 개발 중이다.
바이든 행정부는 지금까지 석유와 가스 생산으로 확고하게 자리잡은 멕시코만에서 해상 풍력 발전을 위한 2개의 구역을 정했다. 바이든 대통령은 기후 전략의 일환으로 2030년까지 30기가와트 (30,000 메가와트)의 해상 풍력 발전 용량을 배치하는 목표를 세웠다. 이는 탄소가 없는 전기를 1,000만 가구에 전력을 공급할 수 있는 양이다.
시작 단계의 청정 수소 경제
"청정 수소"는 청정 에너지를 사용해 생산되는 수소를 말한다.
특히 해상 풍력은 수소가 해상에서 생산되어 해안으로 다시 보내질 수 있으므로 잠재적으로 혼잡한 전력망을 완화할 수 있기 때문에 매력적인 선택이다. 근해 개념에서 수소는 재생 가능한 풍력 에너지로 작동하는 전해조를 사용해 염분이 제거된 해수에서 생성되므로 "녹색" 라벨을 부여한다.
유럽은 이미 해상 풍력 기술을 그린 수소 생산 방식으로 활용하기 시작했고 전략 개발, 정책과 실증 프로젝트를 통해 그린 수소를 발전시키고 있다.
이미 상당한 규모의 해상 풍력 시설이 설치되어 있고 2028년까지 70기가와트를 목표로 하고 있으며 이는 전 세계적으로 녹색 수소 생산에 중요한 역할을 할 수 있다. 녹색 수소 지지자들은 저감하기 어려운 부문과 산업을 탈탄소화하는 수단이자 미래를 위한 신뢰성, 유연성 그리고 안정성 이점을 제공할 수 있는 그리드 규모의 에너지 저장 솔루션 역할을 한다고 주장한다. 북해와 같은 파일럿 프로젝트가 진행 중이지만 전 세계적으로 주로 비용과 제작 측면에서 대규모 구현에 상당한 장애물이 남아 있는 것이 현실이다.
미국은 이제 막 해상 풍력과 친환경 수소 분야에 진출하기 시작해 현재 연간 1,000만 톤 이상의 수소를 생산하고 있고 이는 전 세계 공급량의 약 7분의 1에 해당한다.
천연 가스는 현재 수소를 생산하는 데 사용되는 주요 연료 공급원이다.
수소는 풍력이나 원자력과 같은 청정 에너지원에서 생성된 전류를 사용해 물 분자가 산소와 수소로 분리되는 물 전기분해를 통해 생성할 수도 있다. 전기분해에 사용되는 전기가 재생 가능 에너지 자원에서 나오는 경우 환경으로 탄소 배출이 방출되지 않는다. 많은 재생 가능 에너지원이 수소 생산에 사용될 수 있지만, 전 세계의 국가와 에너지 회사는 특히 산업 부문의 탈탄소화를 위해 이 용도로 해상 풍력에 관심을 보이고 있고 개발 초기 단계에 있다.
청정 수소는 미래에 중요한 에너지원이 될 수 있지만 여전히 한계가 있다.
현재는 생산 비용이 더 많이 들기 때문에 재생 에너지의 수소는 연간 수소 생산의 1% 미만을 차지하는 반면 천연 가스의 수소는 95%를 차지한다. 수소 생산과정에서의 탄소 배출을 줄이고 대규모 수소 사용을 가능하게 하기 위해 연방 에너지부는 깨끗한 수소 비용을 1kg당 1 달러로 80% 줄이는 것을 목표로 하고 있다.
수소는 다른 기체 연료와 유사하게 가연성이며 에너지 밀도가 낮기 때문에 넓은 물리적 공간을 차지해 저장과 운송이 문제다. 수소의 대량 수송은 가압, 냉각, 수송 파이프라인이나 직접 사용을 위한 지역 수소 생산에 대한 추가 투자가 필요하다.
재생 가능 수소는 현재 전기 분해 과정에서 일부 에너지가 손실되는 변환 프로세스로 인해 효율성이 떨어진다. 그러나 이 문제를 해결하고 전력 변환 프로세스의 효율성을 개선하기 위한 지속적인 개발 연구가 진행 중이다.
내륙이 아닌 연안 해상으로 가는 이유
연안 해상으로 나가는 것을 미국의 지속적인 청정 전력 전환을 위한 새로운 단계로 보고 있다.
멕시코만의 해상 풍력은 안정적인 저탄소 에너지에 대한 사회의 요구를 충족하는 강력한 에너지 인력과 기반 시설을 갖춘 지역에 독특한 기회를 제공한다.
내륙 풍력은 미국에서 풍력을 가장 많이 생산하는 주인 텍사스를 포함해 지난 15년 동안 괄목할 만한 성장을 보였다. 풍력의 비교적 쉬운 허가와 부지 선정, 저렴한 설치 비용, 풍부한 자원, 무료 연료와 낮은 운영 비용으로 인해 소비자의 전기 비용이 절감되었다. 그리고 풍력 발전은 석탄, 석유 또는 천연 가스를 태우는 발전소와 관련된 상당한 양의 대기 오염, 온실 가스 배출 그리고 냉각을 위한 물 수요를 방지한다.
그러나 내륙 풍력에는 단점이 있다.
바람은 종종 에어컨이 사람들을 시원하게 유지하기 위해 열심히 작동하는 여름의 가장 더운 시간에 가장 약하다. 그리고 대부분의 최고의 풍력 에너지 구역은 전력 수요중심 도시와 멀리 떨어져 있다. 예를 들어, 텍사스 주에 있는 대부분의 풍력 발전소는 서쪽의 고지대에 위치하고 있다.
이로 인해 필요한 곳으로 전력을 이동하기 위해 장거리 송전선에 수십억 달러를 지출했다. 태양광 발전과 배터리는 이런 문제 중 일부를 해결할 수 있으나 해상에서 풍력을 생산하는 것도 많은 이점을 제공한다.
미국 인구의 절반 이상이 해안에서 50 마일 이내에 거주하기 때문에 해상 풍력 발전소는 전력 집중 소비 지역과 가깝다.
특히 휴스턴, 뉴올리언스 등의 주요 도시와 석유화학 시설과 항구가 밀집해 있는 멕시코만 지역에서는 더욱 그렇다. 전력 회사는 관련 통행권과 토지 접근 분쟁과 함께 수백 마일의 가공선을 건설하는 대신 해저 케이블을 사용해 풍력 에너지를 산업 시설로 가져올 수 있다. 중요한 것은 해상 풍력이 내륙 풍력을 보완한다는 점이다. 더운 여름 오후에 서부 텍사스에서 공기 속도가 느려지면 해안 바람이 불어 여름 피크 수요를 충족하고 그리드 신뢰성을 개선할 수 있다.
해상 풍력 시장은 이미 전 세계적으로 호황을 누리고 있지만, 지금까지 미국에서는 거의 존재하지 않았다.
국토 면적이 넓어 풍부한 토지는 내륙 풍력의 성장을 촉진했지만 해상으로의 진출을 억제했다. 아이오와와 같은 주요 풍력 주에서는 터빈을 가정에 얼마나 가깝게 배치할 수 있는지를 제한하는 보다 엄격한 차압 규칙으로 바꾸고 있다.
이로 인해 건설 비용이 증가하고 수용 가능한 부지의 가용성이 제한되고 있다. 미국 전력망의 전송 용량 제한도 풍력 발전을 시장에 출시하는 것을 어렵게 만들고 있다.
멕시코 만이 새로이 부상
이런 개발 동향과 연안 풍력에 대한 지원을 증가시키는 기후 법안의 조치 덕분에 해상 풍력 산업이 마침내 황금기를 맞이할 준비가 된 것처럼 보인다. 멕시코 만이 해상 풍력 사업을 하기에 특히 매력적인 곳으로 보고 있다. 이미 해상 풍력 발전이 일어나고 있는 북해, 북대서양 그리고 일본 연안과 같은 지역의 춥고 혹독한 조건에 비해 만의 수심이 얕고 온도가 더 높고 파도가 잔잔해 비교적 관리하기 쉽다.
현재 바닥 고정 풍력 터빈의 최대 깊이인 최대 160 피트의 수심은 텍사스 남동부와 루이지애나 남부 해안에서 거의 90 마일까지 뻗어 있다. 멕시코 만의 해저 지형은 버지니아 연안에서 이미 개발을 고려 중인 지역보다 더 고르고 완만한 경사를 특징으로 한다.
즉, 바닥 고정 풍력 터빈은 부유 시스템보다 더 많은 장소에서 사용될 수 있어 복잡성이 줄어든다. 중요한 것은 걸프 연안에는 석유와 가스 생산업체에 서비스를 제공하기 위해 설립된 강력한 해양 산업이 있어서 많은 전문 회사가 수중 용접, 플랫폼 제조, 헬리콥터와 보트 같은 서비스를 제공해 사람과 장비를 바다로 운송하는 서비스를 쉽게 제공한다는 점이다.
멕시코 만의 석유와 가스 생산은 2019년에 약 345,000개의 일자리를 지원했다. 멕시코 만 지역의 풍력 발전 단지는 기존 인프라를 활용할 수 있다. 풍력 에너지를 해안으로 전달할 수 있는 기존 해저 전력 케이블의 길이는 거의 1,200 마일에 달한다.
풍력 발전은 또한 청정 수소 생성과 저장 그리고 탄소 분리를 포함하는 더 큰 에너지 시스템에 통합시킬 수 있다.
취약한 지역사회의 고용과 경제 지원
해상 풍력 에너지가 환경 정의 목표를 달성하는 데 도움이 될 수 있다. 더 깨끗하고 탄소가 없는 전기를 생산하면 화석 연료를 처리하고 그로부터 전력을 생산하는 정유 공장과 공장을 대체할 수 있다. 이런 시설은 휴스턴과 같은 도시와 미국 전역의 유색 인종 커뮤니티의 건강에 불균형적으로 해를 끼친다. 걸프 지역의 풍력 발전은 화석 연료에 대한 의존도를 점차 낮추면서 원활한 노동 전환의 기회를 제공한다.
루이지애나는 이미 주 해역에서 해상 풍력에 대한 규칙을 설정하기 위해 움직이고 있고 지역 청정 수소 허브를 위해 아칸소, 오클라호마와 함께 연방 자금을 모색하고 있다. 연방 수준에서 에너지 프로젝트에 대한 허가는 악명이 높아서 연방 수역의 풍력 에너지 프로젝트는 수년의 시간이 필요할 수 있다. 그러나 대부분의 지역에서 해안에서 최대 3 해리, 텍사스 해안에서 9 마일까지 확장되는 주 수역에서의 프로젝트는 더 빠르게 진행될 수 있다.