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News/저널 기고

[취재]국내 해상풍력은 순항할 수 있을까?

by R.E.F 15기 김재환 2019.10.12

국내해상풍력은 순항할수있을까?

대학생신재생에너지기자단 13기 윤지혜 

대학생신재생에너지기자단 15기 김재환

 우리는 이제 일상생활 곳곳에서 재생에너지 설비를 마주한다. 길가다 마주하는 여러 태양광 패널 뿐만 아니라, 제주도나 강릉에 여행을 가게 되면 능선을 따라 멋진 터빈이 힘차게 돌고있다. 우리나라의 인구밀도는 세계3위로 매우 높은 인구밀도를 자랑한다. 이와 달리 우리나라의 면적은 세계 109위로 99,7720Km2의 면적을 가지고 있다. 더불어 우리나라는 국토의 대부분이 산지로 이루어져 있기에 넓은 면적을 요구하는 대부분의 재생에너지 설비를 설치하기에 부적합한 상황이다. 그렇기때문에 앞으로 우리나라의 에너지 전환을 담보할 수 있을까에 대한 궁금증이 생긴다. 이에 대한 해답으로 우리는 육지가 아닌 바다로 눈을 돌리고 있다. 

세계가 집중하는 재생에너지 - 해상풍력

 해상풍력은 바다에 풍력발전단지를 건설하여 발전하는 것을 말한다. 육상풍력 대비 높은 입지제약에서 자유롭고, 대형화로 높은 이용률 확보가 가능하다는 장점이 있다. 세계 각국은 에너지 고갈 위험에 대한 능동적인 대처와 온실가스 감축, 일자리 창출의 핵심수단으로 해상풍력으로 인식하고 치열한 시장선점 경쟁을 전개하고 있다. 해상풍력은 육상풍력보다 입지선정에 대한 제약으로부터 자유로워 지며 연관산업 유발효과가 예상되어 큰 해상풍력 발전시장의 급팽창을 예상하고 있다. 덴마크, 독일, 중국, 영국 등 주요국은  미래 성장동력으로 인식, 실증·시범단지를 건설·운영하여 시장 창출과 경제성 확보하고 있다. 

[자료. 육상풍력과 해상풍력의 차이]

출처 : 한국풍력산업협회

 전 세계 해상 풍력발전 설비용량은 2017년 말 기준, 1만 8816MW이며 세계 설비용량은 2030년까지 120GW 규모로 성장할 것으로 전망된다. 그중 유럽이 차지하는 비중은 83.9%다. 영국이 1위, 독일이 2위이며 이어 덴마크, 네덜란드, 벨기에가 뒤따른다. 아시아는 그에 현저히 못 미치는 15.9%이며, 미국은 0.2%다. 그중 한국의 설비용량은 38MW로 미미하지만 재생에너지 3020정책에 따라 12GW 규모의 해상풍력 건설을 계획하고 있다.

 해상풍력 산업에서 선두를 달리고 있는 나라는 덴마크이다. 덴마크는2017년 전력생산량 대비 이산화탄소 배출량을 최저치를 기록하였는데, 2017년 전력 발전원의 40%가 풍력을 차지하고 있다. 덴마크는 정부 차원에서 대규모 풍력발전단지를 계획하고 있다. 덴마크 에너지전력기후부 크리스티안  릴리홀트 장관은 “최근 10년새 재생에너지 발전 비용이 70% 감소했으며, 앞으로 더 떨어지지 않을 이유가 없다”라고 말하며, 정부 목표를 달성하는데 핵심적인 역할을 할 거대한 풍력 발전단지개발에 대한 포부를 들어냈다. 

 

[자료. 2017년 덴마크 전력 발전원 비중]

출처 : Energinet 

 

해상풍력, 우리나라는 얼마만큼 왔을까? 

  우리나라의 해상풍력은 17년말 기준으로 우리나라 최초 상용 해상풍력 단지인 탐라해상풍력단지를 필두로 상업용 단지 1개소, 10기, 30MW 전남 군산등의 실증단지 3개소, 3기, 8MW로 현저히 낮은 운영 상태이다. 하지만 전기위원회 전기사업허가 획득한 9개소 762.2MW 해상풍력을 이용한 발전이 예정으로 상당한 전력량을 얻어 낼 수 있는 발전단지가 들어 설 예정이다. 또한  제주도에서 추진 중인 해상풍력사업은 총 5개소 565MW로 해상풍력에 적합한 환경과 지역을 지닌 만큼 활발한 발전과정에 놓여져 있는 것을 알 수 있다. 

 

[자료. 우리나라 최초 상용 해상풍력 단지인 탐라해상풍력단지 전경]

출처 : 한국남동발전

 최근 우리나라의 해상풍력발전 중 서남해해상풍력의 실증단지 준공을 앞두고 있어 이목이 집중된 상태이다. 서남해 해상풍력발전 단계를 살펴보면 서남해 해상풍력 국책 프로젝트 1단계 60MW 실증단계와 2단계 400MW 시범단지 조성, 3단계 2GW 확산단계 나눠 진행. 3단계는 확산단계로 총 10조원으로 구성돼 민간사 투자로 진행 예정에 있다. 전북 고창군에 위치한 구시포항에서 약 10Km 떨어져 있는 먼 바다에서 진행된 1단계가 3MW 20기, 총 60MW풍력단지조성을 앞 두고있다. 이미 실증단지 총 20개 호기 중 3개 호기의 발전을 개시한상태로 올해 11월 준공을 위해 순차적으로 시운전을 시행할 예정이다. 준공 이후에는 이곳에서 매년 155GWh 약 5만 가구가 사용할 수 있는 전력을 생산한다. 이는 서남해 풍력단지조성에 있어 성공적인 순항을 의미하고 평가 받고 있으며 2단계, 3단계의 성공또한 기대할 수 있는 발판이 될 수 있다고 전망하는 바이다. 

[자료. 서남해 해상풍력 발전단계]

출처 : 한국해상풍력(주)

우리나라 해상풍력의 걸림돌 ; 기술개발로 넘어서다.

 우리나라의 풍력발전의 확대가 어려운 가장 큰 이유중 하나인 풍향조건이 외국에 비해 떨어진다는 단점이 있다. 육상풍력보다 해상풍력이 이것을 극복할 수 있다고 하지만 해상풍력은 그만큼 초기비용이 많이 들어 가기때문에 이는 해결해야할 문제중 하나이다. 이에 우리나라 대응 책으로 내놓은 방안은 유럽과 같이 대용량 풍력터빈개발이 주를 이루지만 지역적 특성에 맞는 터빈기술개발이다.

[자료. 서남해풍력단지 블레이드]

출처 : 일렉트릭파워

1. 블레이드기술 개발

 실증단계에 서 쓰인 기술로 저풍 속에서도 고효율을 낼 수 있는 블레이드기술개발이다. 블레이드의 길이를 증가시키는 것이 대용량 풍력터빈개발의 목적 중 하나이기때문에 우리나라의 기술개발 또한 이에 초점을 둔 것으로 보아진다. 경량탄소섬유로 제작해 날개 직경을 100m에서 134m로 늘렸으며 대부분 국내 기술력으로 설계·제작·시공해 국제 경쟁력 또한 확보했다는 평가를 받고있다.

2. 고도의 지지구조물 개발

 지금까지 국내에 적용된 해상풍력 지지구조물은 Jacket형식으로 강구조물이다. 강구조물의 경우, 풍력터빈의 강한 진동과 무거운 하중피로도를 견딜 수 있게 고도의 설계기법이 필요한상황이다. 바다의 특성상 부식과 변형에 잘 견딜 수 있게 강한 콘크리트 재료를 기초로 하여 새로운 형식의 지지구조 형상을 개발하려 한다. 이에 콘크리트와 석션기초를 조합하여 말뚝기초를 적용한 Jacket 형식 대비 경제적인 지지구조 형식을 제안하고있다. 우리나라의 서해안은 상대적으로 수심이 얕아 콘크리트를 기반으로한 구조물 형태를 고정식 기술로 사용하고 있으며, 이와 달리 동해안의 경우 수심이 깊어 부유식기법으로 풍력발전을 지지 할 수 있도록 개발하고 있다. 우리나라의 해안 특성에 맞는기술개발이 잘 이행되고 있다.

산업부 신임 전기위원장 강승진 교수님께 우리나라 해상풍력의 현황과 미래를 듣다.

[자료. 한국산업기술대 강승진 교수와 인터뷰하고 있는15기 김재환 단원]

“우리나라의 해상풍력발전 강대국이 되기 위해 넘어야 할 산”

 한국산업기술대 강승진 교수는 우리나라의 여러조건을 비추어 볼 때 풍력발전이 중요하다고 강조하였다. 국토가 작고, 태양광과 육상풍력, 바이오에너지 등으로는 제3차 에너지기본계획을 수립하기에 부족하기에 해상풍력 발전이 이루어져야 한다고 하였다. 하지만 우리나라는 넘어야 할 문제점이 몇가지 존재한다. 우리나라는 해상풍력의 선두주자들이 몰려있는 북유럽과 달리 바람조건이 좋지 못하고, 서해안에는 분단국가인 만큼 국가안보적으로 제한될 수 있고 그만큼 국방부의 허가가 선결되어야 하는 상황이다. 

“재생에너지의 간헐성문제, 계통안정성문제 해결방안은 재생에너지관제센터의 기술발달”

 태양광보다 풍력예측이 힘들다는 점으로 백업전원이 필요하며 이것은 계통안정성에 해결되야할 과제이다. 재생에너지의 가장 큰 문제점인 간헐성에 대한 계통안정성 문제는 재생에너지 관제센터의 기술이 발달해야하며 소규모 발전에서 대규모 발전으로 이어질 해상풍력발전의 해결되야할 문제중 하나이다. 

“서남해 해상풍력단지 실증단계는 앞으로의 발전에 고무적인 효과기대”

 이번 서남해 해상풍력단지 실증단계가 이루어진 것은 앞으로의 해상풍력발전에 있어서 많은 의미가 담겨져있다. 실증단계로 부터 많은 데이터와 연구를 통해 해상풍력발전의 앞으로 나아갈 방향성, 해결과제를 이루길 기대하는 바이다. 어업피해와, 수상자원으로 인한 주민들의 반발을 잠재울 수 있는 방법 또한 모색해야한다. 제주도의 경우 환경에 거의 영향이 없다고 하지만 어업의 피해에 대해서는 주민들과 좋은 합의점을 모색하여 해결해야한다. 또한 지금까지의 해상풍력은 육지와 거리가 멀지 않았다. 실증단계또한 10km로 해상변전소를 이용하여 교류로 송전을 할 수 있었지만 앞으로 대규모의 해상풍력발전 확장단계까지가면 30km가 넘어 교류로 송전하기 힘들어지게된다. 이는 송전단계에서 손실전력이 크게 되므로 송전방법에 대해서 해상케이블, 변전소등의 기술개발이 필요한 상황이다. 

 

[자료. 전라북도에 위치한 해상 풍력발전]

출처 : 인더스트리뉴스

“정책적, 기술적 측면의 조화 - 해상풍력의 미래는 긍정적”

 이번 서남해해상풍력실증단계를 통해 많은 데이터수집과 연구개발을 토대로 우리나라의 해상풍력이 발전할 수 있는 발판이 될 수 있다. 육상풍력은 REC가중치를 1을 주지만 해상풍력은 REC가중치를 2를 주는 이유는 그만큼 우리나라의 해상풍력이 필요하고 국가적인 차원에서 많은 지원이 필요한 사업이다. 기술적인 측면과 정책적인 방향이 조화를 잘 이루어진다면 앞으로 우리나라의 많은 해상풍력발전이 탄탄한 조선업을 토대로 긍정적인 발전을 이룰 수 있다고 생각된다.

2019 세계재생에너지총회, 서울에서 개최

[자료. KIREC 2019세계재생에너지총회]

출처 : KIREC

2019 세계재생에너지 총회가 10.23~25일 서울에서 개최된다. 재생에너지의 미래에 대해 세계적인 전문가들이 모여 이야기를 하는 만큼 우리나라의 재생에너지의 미래발전에 있어 좋은 자리가 마련되었다. 이 자리에서 세계가 주목하고 있는 해상풍력 얘기 또한 빠질 수 없다고 생각한다. 세계재생에너지총회를 앞두고 우리나라의 해상풍력이 얼마만큼 진행되었는지 사람들에게 인지 되기를 희망하는 바이다. 그리고 우리나라의 해상풍력이 국제적으로 평가를 받을 수 있는 자리인 만큼 앞으로의 발전방향성과 더불어 좋은평가를 받을 수 있기를 기대한다.

참고자료

-한국해상풍력(주)http://www.kowp.co.kr

- 석션기초를 적용한 해상풍력 콘크리트 지지구조의 설계법 개발, ㈜유신

- 이재용, <[현장을 찾아서]서남해 해상풍력 건설현장을 가다>, EPJ, 

- KIREC http://www.kirec2019.kr

 

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