환경 기후 과학이 재생 에너지의 다음 동력원이 될 수 있을까?
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기후 과학이 재생 에너지의 다음 동력원이 될 수 있을까?
태양광, 풍력, 수력 발전이 확대됨에 따라 과학자들은 기후 데이터와 예측을 통합하는 것이 재생 에너지 시스템을 강화하는 데 중요하다고 말합니다.
재생 에너지에 대한 경쟁이 가속화되고 있습니다. 그리고 기후 위기의 모든 난관에도 불구하고 진전의 징후는 분명합니다. 태양광 패널이 사막을 뒤덮기 시작했고, 풍력 터빈이 해안선을 점재하고 있으며, 수력 발전 댐은 강력한 강을 활용하여 화석 연료를 지구 온난화의 가장 큰 원인으로 만든 탄소 오염 없이 전기를 생산하고 있습니다.
사실, 국제 재생 에너지 기구(IRENA)의 새로운 데이터 에 따르면 2024년에 전 세계 재생 에너지 용량이 기록적인 585기가와트 증가하여 전 세계적으로 추가된 모든 신규 전력의 90% 이상을 차지하며 20년 만에 가장 빠른 연간 성장률을 기록했습니다.
그러나 비용 감소와 석유, 가스, 석탄 단계적 폐지에 대한 시급한 필요성에 힘입어 재생 에너지에 대한 추진이 가속화되면서 전문가들은 수십 년간의 화석 연료 연소로 인해 발생한 기후 변화가 이제 점점 더 깨끗한 에너지 생산 방식을 형성하고 있으며 어떤 경우에는 위협하고 있다고 경고하고 있습니다.
이러한 추세는 2023년에 더욱 두드러졌으며, 전 세계적으로 재생 에너지 생산을 방해한 변동성으로 특징지어졌습니다. 기온은 산업화 이전 수준보다 1.45°C나 치솟았고, 라니냐에서 엘니뇨로 의 전환으로 강수량, 바람 패턴, 태양 복사가 변화했습니다.
세계 기상 기구( WMO )의 기후 및 에너지 전문가인 하미드 바스타니는 이러한 영향에 대한 뚜렷한 사례를 제공했습니다. 그는 UN 뉴스와의 인터뷰에서 "수단과 나미비아에서는 강수량이 비정상적으로 적어 수력 발전량이 50% 이상 감소했습니다."라고 말했습니다.
수단의 2023년 강수량은 100mm(4인치 미만)에 불과했는데, 이는 국가 장기 평균의 절반에도 못 미칩니다. 바스타니 씨는
"수단은 수력 발전이 전기 혼합의 약 60%를 차지하는 나라입니다. 이러한 감소는 상당한 영향을 미칠 수 있습니다."라고 설명하면서, 전력 시스템이 약 4,800만 명에 달하는 크고 빠르게 성장하는 인구를 지원한다고 언급했습니다.
이러한 변화는 수력 발전에만 국한되지 않았습니다. 풍력 에너지도 기후 조건의 변화에 따라 스트레스의 징후를 보였습니다.
세계 육상 풍력 발전 용량의 40%를 차지하는 중국은 풍력 이상 현상으로 발전이 중단되면서 2023년 출력이 4~8%만 증가했습니다. 인도에서는 계절풍이 약해지면서 생산이 감소했고, 아프리카의 일부 지역에서는 풍력 발전량이 최대 20~30% 감소하면서 훨씬 더 큰 손실을 겪었습니다.
한편, 남미에서는 규모가 반대로 기울었습니다. 맑은 하늘과 높은 태양 복사열로 인해 태양광 패널의 성능이 향상되었는데, 이는 특히 브라질, 콜롬비아, 볼리비아 등의 국가에서 두드러졌습니다.
따라서 이 지역은 태양광 발전이 4~6% 증가했습니다.기후 변화로 인해 약 3테라와트시의 추가 전기가 생산되어 평균 소비량으로 1년 동안 200만 가구에 전력을 공급할 수 있었습니다.WMO
뉴욕 사무소를 이끌고 이전에 이 기관의 기후 및 에너지 업무를 맡았던 로베르타 보스콜로는 "이것은 기후 변동성이 어떻게 기회를 만들어낼 수 있는지 보여주는 좋은 예입니다."라고 설명합니다. "유럽에서도 태양 복사열이 강한 날이 늘어나고 있습니다. 즉, 태양광 발전은 시간이 지남에 따라 더욱 효율적이 되고 있습니다." 보스콜로 여사와 바스타니 씨는 엘니뇨, 지구 온난화, 지역적 극한 현상으로 형성된 2023년의 기후 조건이 전 세계의 재생 에너지 발전과 에너지 수요에 어떤 영향을 미치는지 조사한 최근 WMO-IRENA
연구 에 기여한 사람들 중 한 명입니다 . ADB/파타라폴 툴라락 태양광 발전은 2023년 전 세계적으로 추가된 모든 신규 재생 에너지 용량의 73% 이상을 차지하여 전 세계에서 가장 빠르게 성장하는 에너지원이 되었습니다. 안정성을 기반으로 구축된 시스템, 전혀 다른 세상에서 기후 과학과 에너지 정책의 교차점에서 수년간 일해온 보스콜로 여사는 재생 에너지 인프라의 취약성을 빠르게 지적합니다. 댐, 태양광 농장, 풍력 터빈은 모두 과거 기후 패턴을 기반으로 설계되어 기후 변화에 취약합니다. 수력 발전을 살펴보겠습니다. 댐은 종종 눈 녹거나 빙하 유출수로 공급되는 예측 가능한 계절적 흐름에 의존합니다. 그녀는 "빙하가 녹으면서 수력 발전이 단기적으로 증가할 것입니다."라고 말했습니다. "하지만 빙하가 사라지면 물도 사라집니다. 그리고 그것은 되돌릴 수 없습니다. 적어도 인간의 시간 척도에서는 그렇습니다." 이러한 패턴은 이미 안데스와 히말라야와 같은 지역에서 전개되고 있습니다 . 녹은 물이 사라지면 국가는 전력을 생산하는 방식을 대체해야 하거나 장기적인 에너지 부족에 직면하게 될 것입니다. 예를 들어, 유엔 환경 계획( UNEP )의 최근 보고서는 해수면 상승과 폭풍우가 해안 근처에 위치한 태양광 농장을 포함한 에너지 생산 시설에 점점 더 큰 위험을 초래한다고 지적했습니다. 마찬가지로 점점 더 강렬하고 빈번해지는 산불은 전선을 끊고 지역 전체를 정전시킬 수 있으며, 극심한 더위는 태양광 패널의 효율성을 떨어뜨리고 송전망 인프라에 부담을 줄 수 있습니다. 이는 냉각 수요가 정점에 도달하는 것과 마찬가지입니다. 원자력 발전소도 기후 변화로 인해 위험에 처해 있습니다. 보스콜로 씨는 "냉각을 위한 물이 부족하여 가동할 수 없는 원자력 발전소를 보았습니다."라고 말했습니다. 더위가 더 빈번해지고 강 수위가 떨어지면서 일부 오래된 원자력 시설은 현재 위치에서 더 이상 실행 가능하지 않을 수 있습니다.
"이것은 미래에 다른 시각으로 보아야 할 또 다른 사항입니다. 우리가 설계하고, 건설하고, 발전 인프라를 투사할 때, 우리는 과거의 기후가 아닌 미래의 기후가 어떨지에 대해 생각해야 합니다."
IMF/크리스핀 로드웰
전 세계 재생 에너지 발전 용량은 2023년에 약 50% 증가했습니다. 이는 20년 만에 가장 큰 연간 증가이며, 대부분은 태양광과 풍력에서 증가했습니다.
데이터, AI 및 기술을 통해 미래에 적응
전문가는 한 가지 확실한 사실을 강조합니다. 우리 지구는 특히 재생 에너지원에서 생산된 전기가 중심이 되는 미래로 향하고 있습니다.
"우리의 교통 수단은 전기가 될 것입니다. 우리의 요리는 전기가 될 것입니다. 우리의 난방도 전기가 될 것입니다. 따라서 안정적인 전기 시스템이 없다면 모든 것이 무너질 것입니다. 우리는 에너지 시스템을 어떻게 바꿀지, 미래에 우리 에너지 시스템의 안정성과 회복력을 어떻게 바꿀지 생각할 때 이러한 기후 지능이 필요할 것입니다."
실제로 두 전문가는 적응하기 위해 기후 예측, 데이터, 과학을 모든 수준의 에너지 계획에 통합하는 것을 기후 인텔리전스라고 부르는 것을 수용해야 한다고 강조했습니다.
바스타니 씨는 "과거에는 에너지 계획자들이 과거 평균을 사용하여 작업했습니다."라고 설명했습니다. "하지만 과거는 더 이상 신뢰할 수 있는 지침이 아닙니다. 우리는 다음 시즌에 바람이 어떻게 될지, 내년에 강우량이 어떻게 될지 알아야 합니다. 10년 전의 모습만 알 필요가 없습니다."
예를 들어 칠레에서는 비정상적으로 높은 강우량으로 인해 2023년 11월에 수력 발전량이 최대 80%나 급증했습니다. 이러한 증가는 기후에 따른 것이지만 전문가들은 고급 계절 예측을 통해 댐 운영자가 미래에 이러한 사건을 더 잘 예측하고 저수지를 관리하여 물을 보다 효과적으로 저장하는 데 도움이 될 수 있다고 말합니다.
마찬가지로 풍력 발전소 근로자는 예측을 사용하여 바람이 약한 기간 동안 유지 관리를 예약하여 가동 중단 시간을 최소화하고 손실을 피할 수 있습니다. 그리드 운영자도 더위나 가뭄 동안 에너지 급증을 계획할 수 있습니다.
바스타니 씨는 "이제 몇 초 앞부터 몇 달 앞까지 예측이 가능합니다."라고 말했습니다. "각 예측은 즉각적인 그리드 밸런싱에서 장기 투자 결정에 이르기까지 특정 용도가 있습니다."
WMO/산드로 푼셋
개선된 기후 예측은 에너지 시스템이 며칠에서 계절 앞까지 계획하는 데 도움이 될 수 있습니다.
인공지능(AI)이 도움을 줍니다. 기후 및 에너지 데이터로 훈련된 머신 러닝 모델은 이제 더 높은 해상도와 정확도로 자원 변동을 예측할 수 있습니다. 이러한 도구는 배터리 저장 장치를 배치하거나 지역 간에 에너지를 이동할 시기를 최적화하는 데 도움이 되어 시스템을 더 유연하고 대응력 있게 만들 수 있습니다.
"이러한 모델은 운영자가 바람, 강우량 또는 태양 복사량의 변동을 더 잘 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 바스타인 씨는 설명했습니다.
예를 들어, 최근의 두 가지 WMO 에너지 미니 프로젝트는 인공 지능이 실제 재생 에너지 계획에 어떻게 적용될 수 있는지 보여주었습니다. 코스타리카에서 이 기관은 국가 에너지 당국과 협력하여 단기 풍속 예측을 위한 AI 기반 모델을 개발하고 구현했습니다. 이 도구는 현재 코스타리카 전기 연구소의 내부 에너지 예측 플랫폼에 통합되어 선택된 풍력 발전소의 운영을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
칠레에서는 또 다른 프로젝트가 AI를 사용하여 저수지의 증발률을 추정하는 부유형 태양열 기술에 초점을 맞추었습니다. 현재 칠레의 공식 Solar Energy Explorer 플랫폼에 통합된 결과에 따르면 부유형 태양열 패널은 여름에 물 증발을 최대 85%까지 줄일 수 있으며 국가 평균은 77%입니다.
실제로 기후에 스마트한 재생 에너지 계획의 약속과 과제는 남반구에서 가장 분명하게 드러납니다. 예를 들어 아프리카는 지구상에서 가장 뛰어난 태양열 잠재력을 자랑하지만, 전 세계 설치된 재생 에너지 용량의 2%만이 이 대륙에 있습니다.
왜 이런 격차가 있을까요? 보스콜로 여사는 데이터와 투자 부족을 지적합니다.
그녀는 "글로벌 사우스의 많은 지역에서 정확한 예측을 하거나 에너지 프로젝트를 은행에서 처리할 수 있을 만큼 관측 데이터가 충분하지 않습니다."라고 말했습니다. "투자자들은 신뢰할 수 있는 장기 예측을 볼 필요가 있습니다. 그렇지 않으면 위험이 너무 커집니다."
WMO는 서비스가 부족한 지역의 날씨와 에너지 모니터링을 개선하기 위해 노력하고 있지만 진전은 고르지 않습니다. 이 기관은 지역 데이터 네트워크, 국경 간 에너지 계획, 지역적 필요에 맞는 기후 서비스에 대한 추가 자금을 요구하고 있습니다.
보스콜로 여사는 "이것은 단순히 기후 완화에 관한 것이 아닙니다."라고 덧붙였습니다. "개발 기회입니다. 재생 에너지는 시스템이 올바르게 설계되면 지역 사회에 전기를 공급하고 산업 성장을 촉진하며 일자리를 창출할 수 있습니다."
바스타니 씨는 에너지 회사와 기후 과학자 간의 글로벌 데이터 공유가 필요하다고 생각합니다.
"민간 부문에서 수집한 데이터에는 엄청난 미개척 잠재력이 있습니다... 태양광, 풍력, 수력, 심지어 원자력 발전소의 과거 및 실시간 관측치를 통합하면 날씨 및 기후 모델을 크게 개선할 수 있습니다. 이는 윈윈 상황입니다."
IMF/Lisa Marie David
기후 예측은 에너지 회사가 날씨로 인한 공급 및 수요 변화를 예측하여 신뢰성을 높이고 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.
적응을 위한 에너지 포트폴리오 다각화
가까운 미래에 깨끗한 에너지를 보장하기 위한 또 다른 핵심 조치는 다각화입니다. 단 하나의 재생 에너지원에만 지나치게 의존하면 국가가 계절적 또는 장기적 기후 변화에 노출될 수 있다고 Bastani 씨는 설명합니다.
예를 들어 유럽에서는 에너지 기획자들이 "dunkelflaute"라고 불리는 것에 대해 점점 더 우려하고 있습니다. 이는 겨울에 흐리고 바람이 없는 기간으로, 태양광 발전과 풍력 발전을 모두 약화시킵니다. 고기압성 우울로 알려진 고압 시스템과 관련된 이 현상은 더 많은 에너지 저장 및 백업 전력에 대한 요구를 촉발했습니다.
Bastani 씨는 "태양광, 풍력, 수력, 배터리 저장, 심지어 저탄소 에너지원(지열 등)을 포함하는 다양한 조합이 필수적입니다."라고 말했습니다. "특히 극한 날씨가 더 빈번해짐에 따라요."
미래로
세계가 재생 에너지로 구동되는 미래를 향해 달려가면서 기후 변화로 인한 과제를 해결하는 것이 필수적입니다. 2023년에 경험한 변동성은 예측할 수 없는 기상 패턴의 변화를 견딜 수 있는 기후에 스마트한 계획과 인프라의 필요성을 강조합니다.
재생 에너지가 약속을 진정으로 이행하려면 세계는 용량 확장에 투자할 뿐만 아니라 회복성 있고 적응 가능하며 최상의 기후 과학을 기반으로 하는 시스템을 구축하는 데 투자해야 합니다.
WMO 전문가 하미드 바스타니와 로베르타 보스콜로는 에너지 시스템에 기후 정보를 통합하여 신뢰성과 회복력을 보장하는 것이 중요하다고 강조합니다. 고급 예측과 인공 지능을 활용하면 이러한 변화를 더 잘 예상하고 적응하여 재생 에너지 생산을 최적화하고 미래를 보호할 수 있습니다.
에너지의 미래는 더 많은 풍력 터빈과 태양광 패널에 관한 것이 아니라 완화해야 할 바로 그 힘을 견딜 수 있도록 하는 것입니다.
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