2030년까지 신재생에너지 비율 20%, 태양광말고 풍력은?

 2030년까지 신재생에너지 비율 20%, 태양광말고 풍력은?

 세계 태양광엑스포가 지난 9월 6일부터 3일동안 일산 킨텍스에서 열렸다. 2030년 까지 신재생에너지 발전비율을 20%로 올리겠다는 문재인정부의 노력에 따라 말 그대로 신재생에너지 붐이 일어나고 있으며 그 중에서도 당연 돋보이는 것은 태양광이라고 할 수 있다. 특히 최근 유럽의 재정악화로 인한 FIT 정책 축소로 태양광시장이 유럽에서 아시아로 이동하는 세계적 추세도 한 몫하고 있다.

 하지만 신재생에너지 발전비율 20%를 달성하기 위해서는 태양광만으로 역부족이다. 적절한 에너지믹스, 즉 우리나라 실정에 맞는 적절한 에너지원의 조화가 반드시 필요한 상황이다. 그렇다면 태양광과 더불어 앞으로 신재생에너지 발전비율에 크게 이바지할 기술에는 무엇이 있을까? 이번기사는 프랑스 물리학자 베크렐이 태양전지를 발견한지 200년이 넘는 태양광에 이어 130년이라는 역사를 자랑하는 풍력의 현재상태와 문제점에 대해 다루고자 한다.

 

- 풍력 에너지의 역사

 풍력이란 바람 에너지를 필요한 곳에 이용하는 것이다. 이런 사실에 입각했을 때, 인류가 풍력을 사용한 가장 오래된 예는 고대 페르시아의 풍차이다. 바람의 운동에너지를 이용해 물을 퍼 올리거나 곡식을 갈았던 페르시아의 수직형 회전풍차는 전기를 발전하지는 못했지만 인류가 이미 6 ~ 10세기경부터 바람 에너지를 인식하고 사용했음을 알 수 있다.

[사진 1. 고대 페르시아 수직형 회전풍차]

출처: 구글 이미지

 풍력을 이용해 최초로 전기를 발전하기 시작한 것은 1888년 미국의 찰스 브러시(Charles Brush)에 의해 개발 된 풍력발전기이며 발전용량이 12kW, 높이 18미터, 죄전자 직경 약 17미터, 무게 약 36톤으로 자가발전을 목적으로 클리블랜드에 위치한 찰스 브러시의 자택에 설치되었다. 주재료는 나무로 이루어졌으며, 배터리와 연계한 독립형 시스템이었다. 찰스 브러쉬의 풍력 발전기로부터 지금의 MW급 풍력 발전기에 이르기 까지 약 130년이 소요되었다.

[사진 2. 인류 최초의 풍력 발전기]

출처: 구글 이미지 

- 육상/해상 풍력발전

 풍력발전기는 회전축 방향에 의한 분류, 증속이 유무에 의한 분류, 공기역학적 방식에 의한 분류, 운전속도에 의한 분류 등 그 종류를 구분하기 위한 기준이 여러 가지가 존재한다. 그 중에서도 풍력발전기 설치 장소에 따라 육상 풍력발전기(Onshore type), 해상 풍력발전기(Offshore type)로 나눌 수 있다.

       

 

[사진 3, 4. (좌) 육상 풍력 발전, (우) 해상 풍력 발전기]

출처: 구글 이미지

 육상 풍력발전은 물 속이 아닌 내륙지역에 풍력발전설비를 건설하여 발전하는 것을 말하며, 육상 풍력은 건설이 용이하고 경제성이 높다는 장점이 있어 지금까지 건설된 국내외 대부분의 풍력발전단지는 이 형식에 속한다. 하지만 육상 단지의 포화, 소음으로 인한 민원 발생, 풍력효율 저하, 대형화의 한계성 등 건설 상의 제약 요인이 많아 지금은 점차 해상풍력으로 이행하는 추세에 있다.

 해상 풍력발전은 넓은 부지 확보가 가능하고 민원이 적어 풍력단지의 대형화가 가능하며, 바람의 품질이나 풍속이 양호하여 풍력발전기의 안전성과 효율성 측면에서도 유리할 뿐 아니라, 설비의 대형화 추세에도 적합하다는 장점이 있다. 하지만 해상 풍력발전단지는 육상에 비해 많은 초기 투자비용이 소요되며, 고장 발생 시 접근성 제약으로 인해 고장 상태로 더 오래 지속되어 영향이 크다. 따라서 해상 풍력발전단지의 설계 시 단지 내 설비의 고장을 고려한 설계가 수행될 필요가 있다.

 

- 국내외 풍력 발전 동향

 세계적으로 풍력 발전비율이 가장 높은 나라는 중국이다. 아시아는 2015년까지 7년 연속 세계 최대 규모의 풍력발전시장으로서 33.9GW가 신규 설치되었다. 그러나 중국의 신규 설치용량이 30.8GW로써 아시아 전체 시장의 약 91%를 점하고 있다. 2015년 중국의 신규 용량은 2013년 신규 설치용량인 16GW의 거의 두 배에 이르는 사상 최대 규모이다. 또한 중국은 남미지역 시장 진출을 위해 현지 은행들 보다 50% 가량 저렴한 이자로 파이낸싱을 제공하면서 자국의 풍력발전기를 브라질과 아르헨티나 등에 수출하고 있다.

 터키에서 지난 7월에 풍력발전 프로젝트를 위한 입찰 참가자 모집이 있었다. 이번 프로젝트는 1000MW 규모의 풍력 발전소로, 세계 10위안에 드는 풍력 기업들인 덴마크의 베스타스(Vestas), 미국의 GE(General Electric), 중국의 금풍테크놀로지(Goldwind)와 밍양(Mingyang), 독일의 시멘스(Siemens), 에너콘(Enercon), 센비온(Senvion Wind Energy Solutions)이 참가했다. 이번 프로젝트 입찰 참가기업만으로 전세계 풍력 터빈 제조의 90%를 담당한다는 사실은 프로젝트 규모가 얼마나 큰지 알 수 있다.

[표. 1 2015년 전세계 풍력 시장 비율]

출처: Global Wind Energy Council

 국내 풍력 발전 동향은 지난 6월 8일 개최된 국회신재생에너지포럼을 되돌아보며 그 방향과 문제점들을 알 수 있었다. 포럼의 주제는 ‘해상풍력 산업화 전망과 과제’였으며 이 포럼의 사회를 맡은 오정배 한국풍력에너지학회 부회장은 “국내에는 지난 2011년만 해도 MW급 풍력 터빈을 제조할 수 있는 기업이 10개 있었지만 지금은 불과 4개만 남아 있습니다.”라고 말하며 현재 국내 풍력 산업이 그리 녹록치 않다는 것을 암시했다. 서남해상풍력에 참여하는 풍력터빈 기업은 3MW급 용량의 풍력터빈을 앞세운 두산중공업뿐이다. 삼성중공업, 현대중공업 및 효성 및 두산 등이 각각 7MW, 5.5MW, 5MW 및 3MW의 해상용 풍력발전기를 개발하였으나 삼성중공업 및 현대중공업은 풍력사업 구조조정을 통해 철수하였으며, 현재 국내에서 조달 가능한 최대 용량의 풍력 발전기는 효성의 5MW이다. 하지만 효성중공업도 서남해상풍력사업을 막판까지 저울질하다가 끝내 사업을 철수하고 말았다. 5.5MW 해상풍력터빈을 개발한 현대중공업 풍력사업부는 두산중공업으로 흡수됐다.

 그 사이 중국은 세계 3대 풍력대국으로 성장했으며 덴마크의 베스타스(Vestas)나 시멘스(Siemens)와 같은 세계 유수 풍력터빈 제조사들은 상업용 8MW급 풍력터빈 제작에서 승전보를 울렸다. 두산중공업이 진행하는 3MW급은 그들에게 땡처리 대상의 재고품에 불과하다.

 한국 풍력터빈산업의 전망이 어둡다는 이유는 여기에서 비롯된다. 선진국은 저만치 달려가며 신제품 개발을 위해 재고품을 싸게 처분하는데 한국은 선진국에서 재고품으로 분류되는 제품을 시장에 내놓기에 급급한 실정이다. 가격경쟁력에서 밀릴 수 밖에 없다. 국회신재생에너지포럼 참석자들은 한국 해상풍력이 다시 일어서려면 국가해상풍력단지를 개발해 국산 기자재와 부품을 집중 육성해야 한다고 이구동성으로 주문했다.

 

- 국내 해상 풍력발전 동향

 국내에도 해상풍력의 바람이 불고 있다. 서남해상 풍력발전단지는 올해 3MW용량 3기 설치로부터 출발해 실증단계(60MW), 시범단계(400MW), 확산단계(2000MW)를 거치며 서남해상 2.5GW 규모의 해상발전단지로 건설될 예정이다. 하지만 서남해상 풍력발전단지가 착공에 들어가기까지 우여곡절이 많았다. 가장 큰 문제는 주민들과의 소통이었다. 무려 7~8년이나 공전을 거듭한 이유는 주민 수용성 문제를 간과했기 때문이었다. 앞서 언급했던 국회신재생에너지포럼에서 권혁수 에너지산업진흥원 이사장은 “당시 2.5GW라는 세계적 규모의 대형 풍력사업을 주민들의 의사와 상관없이 탑-다운 방식으로 밀어붙인 일방적인 의사소통의 결과”라고 강조했다.

 우리나라의 풍력은 중국 등 선진국에 비해 규모와 기술이 미비한 단계이다. 하지만 ‘단계’란 '일의 차례를 따라 나아가는 과정’이며 분명 다음이 존재하고 아직 성장할 여지가 있다는 것을 뜻하기도 한다. 현재 대한민국은 그 과정 중에 있다. 서남해상 풍력발전단지도 결국 주민들과의 소통이 얼마나 중요한지 깨달았던 ‘전 단계’로 남았고 지금은 순조롭게 착공에 들어갔으며 앞으로 해상풍력 발전사업이 성장하기위해 서남해상 풍력발전단지 추진과정에서 겪었던 시행착오를 반복하지 않는 것이 중요하다는 의견이 나오고 있다. 대한민국이 2030년까지 신재생에너지 발전비율 20%를 달성하기 위해, 풍력 발전이 큰 역할을 할 다음 단계가 기다려진다.

[표 2. 국내 풍력산업 SWOT 분석]

출처: 산업부 R&D 전략기획단 2014 R&BD 기획보고서

 

 

참고자료

- 신재생에너지 백서 2016, 산업통상부/한국에너지공단

- 서남해 해상풍력 개발사업, 한국해상풍력(주) 홈페이지

- HANYANG UNIVERSITY RESEARCH, POWER SYSTEM LAB (http://power.hanyang.ac.kr/research.html) 

- 국회 신재생에너지포럼, 8일'해상풍력산업화 전망과 과제' 토론회, 이데일리

- [기획]'주민 수용성 제고', 해상풍력발전사업의 키워드로 떠오르다, 데일리한국

- 2014 R&BD 기획보고서, 산업부 R&D 전략기획단