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- 해상 풍력 발전 시설이 대규모로 확장될 경우 해안 지역의 기상 패턴이 바뀔 수 있다
- "해상 풍력 터빈이 더 많이 설치될수록 풍속이 감소하는 것으로 나타났다"
- 해상 풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 일부 흡수하고 동시에 기류를 교란시킨다
- 풍력 발전 단지 주변과 바로 뒤쪽에서 습한 공기가 상승하여 냉각되고 응결
- 구름 속의 수증기가 바다 위로 방출되면서 풍력 발전 단지 지역에 더 많은 비

해상 풍력 발전소, 해안 강우량 감소에 기여

북해와 발트해에 해상 풍력 발전 시설이 대규모로 확장될 경우 해안 지역의 기상 패턴이 바뀔 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 연구에 따르면 해상 풍력 발전 단지 위에는 구름과 비가 더 많이 형성되는 반면, 해안에는 강우량이 감소하는 것으로 나타났다. 그 결과, 독일 북해와 발트해 연안 지역은 해상 풍력 발전 시설이 설치되지 않았을 때보다 2050년까지 월평균 강우량이 최대 8mm까지 줄어들 수 있다고 한다. 하지만 이는 해상 풍력 발전 시설이 최대 용량까지 확장될 경우에만 해당된다. 

▲ 해상 풍력 발전소는 에너지 전환의 핵심 축으로 여겨지지만, 날씨를 변화시킬 수도 있다.

해상 풍력 발전 시설은 에너지 전환의 핵심 축으로 여겨진다. 이러한 발전소에서 생산된 전기는 전력망에 공급될 뿐만 아니라 친환경 수소 생산에도 사용될 수 있다. 독일 북해의 해상 풍력 발전 용량은 2050년까지 최대 300기가와트(GW)까지 ​​증가할 예정이다. 그러나 풍력 발전 시설은 기후와 해양 환경에도 영향을 미친다. 바람의 속도를 늦추고, 해수 온도와 성층 구조를 변화시키며, 해양 생태계를 교란할 수 있다.

하지만 해상 풍력 발전 단지는 강수 패턴에도 변화를 줄 수 있다는 사실을 게스탁트의 헬름홀츠 헤레온 센터의 나비드 악타르(Naveed Akhta) 연구원과 동료 연구진이 밝혀냈다. 연구팀은 고해상도 지역 기후 모델을 사용해 북해와 발트해의 다양한 풍력 발전 단지 확장 단계가 지역 날씨, 특히 강수량에 미치는 영향을 조사했다. 이 모델은 2023년 당시의 해상 풍력 발전 단지뿐만 아니라 2030년과 2050년의 최대 확장 시나리오를 시뮬레이션했다.

바람과 강수량의 변화

연구 결과는 해상 바람에 미치는 영향을 처음으로 확인시켜 주었다. 연구진은 "해상 풍력 터빈이 더 많이 설치될수록 풍속이 감소하는 것으로 나타났다"며, "이러한 국지적인 풍속 감소는 해수면과 대기 사이의 운동량, 열, 수분 교환에 변화를 일으킨다"고 보고했다.

▲ 북해와 발트해에 설치되었거나 설치 예정인 해상 풍력 발전 단지 지역. 빨간색: 2023년 기준 이미 운영 중인 풍력 발전 단지, 파란색: 2030년까지 설치 예정인 시설, 회색: 2050년까지 지정된 해상 풍력 발전 단지 지역. — © Akhtar et al. / Communications Earth & Environment, CC-by 4.0

결과적으로, 풍력 발전 단지로 인해 변화된 바람과 교환 과정은 구름 형성 및 강수량에도 영향을 미친다. 그 결과, 아크타르와 그의 동료들이 밝혀낸 바와 같이 해상 풍력 발전 단지에는 더 많은 비가 직접 내리는 반면, 주변 해안에는 강수량이 줄어든다. 그러나 현재 운영 중인 풍력 발전 단지와 2030년까지 건설될 예정인 풍력 발전 단지의 경우, 이러한 영향은 아직 미미하며 풍력 발전 단지 주변의 강수량이 국지적으로 약간 증가하는 수준에 그친다.

북해와 발트해 연안의 강수량 감소

2050년까지 해상 풍력 발전이 최대 용량으로 확대될 경우, 강수량 변화는 훨씬 더 두드러질 것이다. 북해와 발트해의 풍력 발전 단지 지역에는 12~18% 더 많은 비가 내릴 것으로 예상된다. 연구팀은 "반면, 덴마크, 독일, 네덜란드, 그리고 영국 서부 해안의 주변 지역에는 강수량이 상당히 감소할 것"이라고 보고했다.

구체적으로, 이는 덴마크와 네덜란드의 해당 해안 지역이 해상 풍력 발전 단지가 없을 때보다 월평균 6~10mm, 즉 최대 15% 적은 강수량을 기록할 수 있음을 의미한다. 연구진은 "독일 북서부 슐레스비히홀슈타인 주와 니더작센 주의 해안 지역에서는 매달 5~8mm의 강우량 감소가 예상된다"고 보고했다. 이는 풍력 발전 단지가 없는 북해와 발트해 지역에 비해 강수량이 최대 12%까지 감소하는 것과 같다.

▲ 풍력 발전소가 없는 대조 시나리오와 비교한 2050년 강우량 차이 (해상 풍력 발전 최대 확장 가정) — © Akhtar et al. / Communications Earth & Environment, CC-by 4.0

이러한 현상의 원인은 무엇일까?

해상 풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 일부 흡수하고 동시에 기류를 교란시키기 때문에 이러한 기상 현상이 발생한다. 이로 인해 풍력 발전 단지 주변과 바로 뒤쪽에서 습한 공기가 상승하여 냉각되고 응결된다. 이러한 과정은 구름 형성을 촉진하고, 구름 속의 수증기가 바다 위로 방출되면서 풍력 발전 단지 지역에 더 많은 비가 내리게 된다.

반면, 해안 지역에서는 해상 풍력 발전 단지의 영향이 반대로 나타난다. 바다와 연안 지역에서 육지로 불어오는 공기는 더 건조하고 난류가 적어 구름 형성과 강수량이 감소한다. 특히 북해와 발트해 연안의 중유럽 지역에서 강수량 감소 효과가 두드러진다.

이 수치들은 최대 시나리오에 적용된다.

그러나 연구진이 강조하듯이, 이러한 기상학적 영향은 해상 풍력 에너지의 최대 확장을 가정했을 때만 발생한다. 2050년 시나리오에서 연구진은 북해와 발트해의 잠재적 해상 풍력 발전 지역 전체에 가상의 풍력 발전 단지를 배치했다. 하지만 아크타르와 그의 동료들이 지적했듯이, 제곱킬로미터당 8MW(메가와트)라는 최대 확장량은 2050년까지 총 300GW(기가와트)라는 EU의 확장 목표를 초과한다.

연구진은 "따라서 더 넓은 범위의 발전 밀도와 풍력 발전 단지 규모를 고려한 추가 연구가 필요하다"고 설명했다. 그들은 잠재적인 기후 영향을 가시화하고 정량화하기 위해 의도적으로 극단적인 시나리오를 선택했다. 더욱이, 가까운 미래에 실제로 얼마나 많은 해상 풍력 발전이 확장될지, 그리고 어디에 확장될지는 아직 불분명하다.

출처: Naveed Akhtar 외 (Helmholtz Centre Hereon, Geesthacht), Communications Earth & Environment, 2026; doi: 10.1038/s43247-026-03852-x

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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