국내 해상풍력발전산업의 최신 정보를 습득하기 위한 자리가 마련됐다.
산업교육연구소 부설 전략품목교육센터(대표 최정윤) 지난 4월 28일과 29일 이틀간 ‘2010 해상풍력발전 산업 제반분석 및 기술개발 세미나’를 개최했다.
이 세미나에서는 차세대 수익사업으로 집중 육성되고 있는 해상풍력발전 사업의 현황 및 기술개발전망과 국내·외 해상풍력발전의 최근 신기술 및 시장동향, 선진업체의 풍력발전 기술사례 등 최신정보를 습득할 수 있는 자리가 됐다.
첫째 날(28일)에는 ▲해상풍력발전 정부정책 및 활성화방안(노상양 에너지관리공단 실장) ▲해상풍력발전 국내·외 산업현황과 기술개발 및 시장 전망(임채환 한국기계연구원 박사) ▲국내·외 해상풍력발전단지조성 및 기술개발사례(송현탁 두산중공업 미래에너지 영업팀 과장) ▲전남 및 서남해안 국내 최대 규모 해상풍력발전실증단지조성 및 구축방안(박현창 전남도청 투자개발과 팀장) ▲국내 풍력발전 관련기업의 해외진출을 위한 지원제도 및 마케팅전략(양국보 KOTRA 그린통상지원처 해외협력개발팀 팀장) ▲해상풍력발전설비기술기준 및 국내·외 표준화 동향(김한수 대한전기협회 박사) ▲풍력발전관련 종목의 투자분석 및 전략(박양주 대신증권 연구원) 등의 주제가 발표됐다.
둘째 날(29일)에는 ▲해상풍력발전사업 전략 및 시스템 주요구성품목 기술개발현황과 국산화 방안(이임택 한국풍력산업협회 회장) ▲풍력발전운영 솔루션 특징 및 기술개발 성과(김용학 슈나이더일렉트릭코리아 상무) ▲해상풍력발전 풍력터빈 및 핵심부품 기술개발동향과 시장전망(주완돈 두산중공업 풍력기술팀 선임) ▲대형해상풍력발전 복합재 블레이드 공탄성 해석시스템 개발 및 응용사례(김동현 경상대학교 교수) ▲해상풍력발전 블레이드 설계 및 신뢰성 평가기술(김범석 한국선급 박사) ▲해상풍력발전용 터빈드라이브 및 HVDC(초고압 직류송전) 기술개발동향(이완주 ABB코리아 박사) ▲대형풍력발전 제어시스템 기술개발동향 및 국산화전망(송승호 광운대학교 교수) 등의 주제가 발표됐다.
국내산업 성장속도 맞춰 탄력적 정책운영 필요
해상풍력발전 정부정책 및 활성화방안에 대해 발표한 노상양 에너지관리공단 실장에 따르면 국내 풍력발전 산업은 중공업, 발전설비, 철강 등 풍력발전기 관련 산업기반이 우수하고, 해양 토목, 조선 등 해상풍력 관련 기술, 국내 관련 기업의 사업 참여 의지가 높은 것으로 나타나고 있다.
또 세계 풍력발전 산업의 고성장세로, 신규 사업 참여자의 기회요인 확대, 2030년까지 풍력시장이 지속적으로 성장할 것으로 예상되고 있으며, 인도, 중국 등 아시아 지역의 풍력보급 잠재량도 우수하다.
하지만 풍력발전 선도 국가나 업체와의 기술 격차가 심화되어 있고, 풍력발전의 기술적 한계에 봉착하게 돼 신뢰성 및 실효성 문제가 제기되고 있으며 건설비용 증가나 환경적 애로 사항 등 풍력발전단지 건설 여건이 악화 등이 위협요인으로 나타나고 있다.
또한 시스템 및 제어기술, 부품관련 기술 등 풍력발전기 관련 핵심 기술이 취약하고, 풍력발전과 관련 국내 보급이나 운용실적이 미흡하고, 복잡한 사업 허가제도 및 해외 의존적 인증제도 등이 국내 풍력발전산업에 약점으로 작용되고 있다.
이에 따라 정부는 국내풍력산업을 육성하기 위해 ‘2030 풍력설비기술개발계획’을 추진하고 있다.
풍력발전기술개발계획은 기술자립 산업화 구축, 가격 저감화 기술개발, 산업화 저변확대 등 3단계로 진행되는데 핵심요소부품 기술개발을 통한 2020년 세계시장 Top5 기술기반을 구축, 높은 신뢰성·고효율 대형 육·해상 풍력발전기 시스템을 개발, 계통안정화 제어기술 및 풍력자원량 평가기술 확보를 목표로 하고 있다.
우선 1단계로 올해까지 ▲2~3MW 육·해상 풍력발전시스템 개발·실증, ▲5MW 풍력발전시스템 개발 ▲국산화 익형 및 고효율 블레이드 기반기술 ▲증속기 경량화 기술, 대형 영구자석 발전기 개발 ▲육·해상 풍력자원지도 구축 ▲중대형 복합발전 기술 ▲저소음화 기술 등을 통한 기술자립 및 산업화구축을 한다.
2단계로 2020년까지 ▲10MW 해상풍력발전시스템 개발 ▲일체형 블레이드 성형기술 ▲레이더 간섭회피기술 ▲부유식 해상 기초기술 ▲풍력·수소 하이브리드 연계기술 ▲풍력 예보 단지 운영기술 등 가격 저감화 기술을 개발한다.
마지막 3단계로 2030년까지 ▲10MW 이상 부유식 대형 해상풍력시스템 ▲고공 풍력 활용시스템 ▲대용량 풍력발전기 하이브리드 발전기술 ▲풍력예보기반 다국간 계통운영기술 ▲빌딩 적용형 소형 풍력발전시스템 등을 통해 산업화 저변 확대를 한다는 계획이다.
현재 정부는 신재생에너지 보급이 부진한 도시지역 및 수송용의 보급 확대에 중점을 두고 지자체의 역할 및 책임을 강화했으며, RPS 도입과 건축물 신재생인증제 등을 통해 보급정책의 효율성을 제고하고 민간참여를 확대하고 있다.
또한, 그린홈 100만호 사업 및 RPS 도입을 통해 통합형 보급정책으로 전환하면서 중장기적으로 전기·열·수송 등 수요부분별 보급정책으로 이행하고 있다.
또 신재생에너지 보급정책의 추진방안의 경우, 일정규모 이상의 발전사업자에게 총 에너지공급량의 일정비율(의무비율) 이상을 신재생에너지로 공급토록 하는 의무부가(RPS) 방안을 추진 중이다. 의무 비율은 2012년 2%로 설정하고 매년 상향조정해 2020년 10%를 적용할 계획이다. RPS 도입을 통해 신재생에너지 공급의 획기적 제고와 함께 사업자간·에너지원간 경쟁을 통한 보급효율성 제고를 기대하고 있다. 또한 RPS 도입에 따라 기존의 발전차액 지원제도는 2012년 RPS로 전환할 예정이다.
이에 따라 정부는 국내 신재생에너지 분야의 비약적인 발전을 위해서는 현재 진행하고 있는 보급보조·융자지원 및 발전차액지원제도 등의 보급지원 기조를 유지하여 각 신재생에너지 분야의 내수시장을 확보하고, 이후 국내 산업이 성장 속도에 맞추어 탄력적인 정책 운영이 절실히 필요하다고 노 실장은 밝혔다.
아울러, 경제성 확보가 가능할 것으로 예상되는 2020년까지 신재생에너지 관련 핵심기술 및 부품의 국산화 및 실증을 위한 모니터링 사업에도 지속적인 투자가 이뤄져야 한다.
장기적으로 에너지안보 확보를 위한 분산전원과 성장 동력 산업으로써 체계적인 전환을 위해 각 신재생에너지 선도국의 사례를 바탕으로 보급목표, 효율개선과 원가절감을 위한 로드맵의 구체적 작성으로 정책의 일관성을 유지하며, 대국민적인 신재생에너지 관심과 함께 관련 산·학·연 등 적극적인 참여 유도가 필요하다.
정부는 향후 5년간 2,900억 원을 투자하여 2020년까지 2,000MW의 국산 풍력발전기를 공급하겠다는 Wind2000 프로젝트를 추진하여 소형풍력발전은 그린홈 100만호 사업, 중형(750kW급)은 지방보급사업, 대형(2,3MW급)은 발전단지조성을 통해 보급. 제주도, 새만금 등 대규모 풍황지를 대상으로 타당성 조사후 풍력발전단지 조성할 예정이다.
육상풍력은 2008년 230MW에서 연평균 12%씩 성장해 2030년까지 누적용량 2.9GW를 달성하고 해상풍력은 2010년 300MW 실증 보급 사업을 시작으로 연평균 25% 성장, 2030년까지 누적용량 4.4GW를 달성하여 2030년에는 1차 에너지 대비 1.4%, 누적 설비용량 7.3GW의 풍력발전을 통한 전력 보급을 계획하고 있다고 노 실장은 밝혔다.
해상풍력은 접근성과 부식을 고려해야
현재 풍력발전단지는 효율을 높이기 위해 대형 단지를 조성하고, 효율이 높은 대형 풍력발전기 사용하고 있다.
해상풍력발전 국내·외 산업현황과 기술개발 및 시장 전망를 주제로 발표한 임채환 한국기계연구원 박사에 따르면 최근 풍력업체들은 7MW 이상의 발전기를 개발하고 있으며 블레이드나 증속기 등 각 서브시스템의 효율화를 높이는 한편, 재료, 제작비, 보수 및 유지비용 등 저비용·고효율을 추구하는 발전추세를 나타내고 있다.
육상풍력발전의 경우 풍력발전단지의 포화, 새로운 부지개발, 육상 환경파괴에 대한 여론, 소음, 미관, 그림자 등의 문제점이 나타나고 있다.
또한 발전기의 대형화 추세로 경제성이 향상됐지만 수송 등의 문제로 육상 설치의 어려움을 겪고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 풍력발전업체들은 해상풍력으로 눈을 돌리고 있다.
육상풍력에 비해 넓은 지역의 단지 확보가 용이하고 소음 등 거주환경에 미치는 영향이 적다.
또 육상보다 약 20% 빠른 풍속과 균일성 등이 고효율 풍력발전을 위한 요구를 충족시켜 풍력의 경쟁력 확보가 용이하다.
하지만 해상풍력은 주로 선박으로 접근하기 때문에 날씨가 좋지 않을 경우 공사가 지연되고 작업하기 어렵다. 또 육상풍력에 비해 초기 건설비용과 유지보수 비용 많이 들고 육지에서멀리 떨어져 있어 접근성이 떨어지고 염분에 대한 부식방지 기술이 필요하다는 단점이 있다.
현재 해상풍력발전기 설치방법에는 고정식과 부유식이 있다.
고정식 발전기는 구조물이 해저 면에 고정되고 환경하중을 구조적 변형으로 대응, 해저면에 고정되어 있어 유리한 조업조건을 제공하지만 수심이 깊어지면 구조물의 규모가 커지고 피로파괴의 위험성이 증가한다.
부유식 발전기는 발전기가 수면에 떠있어서 구조물의 6자유도 운동으로 환경하중에 대응할 수 있고 수심이 깊어져도 구조물의 크기에 제한을 받지 않는다. 하지만 6자유도 운동과 비선형 표류운동으로 인해 조업조건 불리하고 별도의 장치를 이용하여 운동을 억제해야 하는 단점이 있다.
부유식 풍력발전 플랫폼 특징으로 부유식 풍력발전기의 구조물 형태는 해양구조물에서 사용하고 있는 형태를 그대로 이용해 인력 거주가 필요 없다. 하지만 부유식 해상 풍력발전 해석 시스템, 상부구조물의 운동과 하중 고려, 부유 구조물 플랫폼 쪽의 운동과 하중을 연성으로 해석할 수 있어야 전체 발전시스템의 정확한 거동 파악과 최적설계가 가능하다.
국산발전기개발로 풍력산업 활성화 기대
국내·외 해상풍력발전단지조성 및 기술개발사례에 대해 발표한 송현탁 과장에 따르면 국내 풍력발전산업은 저탄소 녹색성장 엔진으로 조기 성장동력화 중점 기술로 선정돼 풍력발전기의 대형화, 해상화에 따라 연평균 14%의 성장률을 기록하고 있고, 2013년 약 120조억 원의 시장규모로 전망되고 있다. 또 교토협약에 따라 CO2 감축이 의무화 되고 탄소배출권 사업이 활황을 맞이하고 있다.
풍력업체가 해상풍력단지를 개발하기 위해서는 우선 사업성이 있는 단지 확보가 중요하다. 우선 어촌계 동의 및 마을 전체와 협정을 체결하고 1년 정도 사업의 타당성을 측정하게 된다. 그리고 사전에 변전소 접속을 확보해야 한다.
단지 인허가와 관련해 해양조사와 단지 기본설계, 해상기초 구조물 설계를 하고 그것으로 개발사업 인허가를 신청한다.
개발사업 인허가를 받게 되면 단지건설에 들어가게 되는데 단지 상세 설계, 착공인허가를 거쳐 단지 시공을 실시하게 되면 풍력발전단지가 조성이 완료된다.
현재 국내에서 운영 중인 해상풍력발전은 단 하나도 없고 두산이 제주도에 2MW 해상풍력 실증단지 건설하는 것이 유일하다.
제주 2MW 해상풍력 실증단지 건설은 풍황 조건이 좋은 제주도에 해상실증단지를 건설함으로써 해상기초구조물 설계는 물론이고 시공 경험을 축적할 수 있다. 또 해상실증단지 건설로 국내 해상풍력 단지개발 시공의 기본적인 경험을 얻을 수 있을 것으로 예상한다.
국내 기술로 개발된 WinDS300의 특징은 한마디로 High RAMS, Low COE이다. RAMS란 Reliability(고장발생률 최소화), Availability(가동률 최대화), Maintainability(유지보수 용이), Serviceability(신속한 A/S)이며, COE는 에너지 생산에 들어가는 비용을 뜻하며 두산은 우수한 성능곡선, 경량화, 최적화된 드라이브 트레인, 낮은 유지보수 비용이 들어가도록 설계 됐다. 국내 기술로 대용량의 해상풍력 발전기가 개발됨으로써 국내 해상풍력발전기 수입 대체는 물론이고 향후 해외 수출로 국내 풍력산업이 활성화 되는 효과가 있을 것으로 기대한다.
앞으로 WinDS3000은 제주 김녕 실증단지 설치를 시작으로 남동발전이 진행 중인 ‘해안 복합 풍력단지 최적 설계 및 신뢰도 향상 기술개발’ 국책과제에 1기를 공급해 설치를 완료했으며, 2011년 제주 월정리 앞바다에서 해상실증을 완료해 모든 실증을 마칠 예정이라고 밝혔다.
한편 전라남도는 전남 및 서남해안에 국내 최대 규모인 5GW급 규모의 풍력발전단지 건설이 추진 중에 있다. 5개 지방자치단체와 8개 풍력업체가 참여하고 37개 기업 및 금융이 투자협약을 했다.이에 따라 올해 11월 200MW 이상급 실증단지 착공을 시작으로 2023년 12월 까지 5GW급 이상 풍력발전단지를 건설할 계획이다.
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