풍력발전 싸이클 ⓒ rawpixel

바다와 전기의 공존! 해상풍력발전

 풍차의 원리를 이용해 바람의 힘을 사용하여 전기를 생산하는 시스템인 풍력발전은 이제는 해상풍력이 대세라고 합니다. 처음 세워진 해상풍력 발전기 1대의 전력은 최대 450KW(킬로와트, 1KW는 1000W). 지금은 3MW(메가와트, 1MW는 100만W) 전력의 발전기가 우후죽순처럼 늘어나고 있습니다. 육지에서 바다로, 새로운 삶의 터전으로 바삐 이사 갈 채비 중이죠.

해상에서의 풍력발전은 육지에서보다 바람도 일정하고 세기도 센 편이며 일조권 및 소음 문제도 해결할 수 있는 방식입니다. 풍황자원의 품질이 육지에 비해 나은 바다에 풍력터빈을 설치함으로써 더 많은 발전량을 얻을 수 있고, 인구가 밀집되어 있는 해안지역 인근에 GW급의 발전설비를 설치할 수 있다는 장점이 있으며, 해상풍력은 전 세계적으로 아직까지는 새로운 재생에너지 분야로 인식되고 있으며 각국 정부의 정책적 지원과 재정적 인센티브 부여 등을 통해 성장 가능성이 커지고 있습니다.

해상풍력발전기 ⓒ rawpixel

< 해상풍력발전이 육상풍력과 다른 점 >

ⓒ 한국풍력산업협회

 육상풍력 발전은 설치 운반의 어려움과 소음, 경관에 대한 민원 등으로 인해 대형으로 만들기가 어려운 반면 해상풍력은 바람의 질(풍량, 풍속, 연속성 등)이 육상에 비해 훨씬 좋으며, 바다로의 운반과 설치가 용이해 대형화가 가능하다는 장점이 있습니다. 또한 해상풍력은 육상풍력보다 입지 제약에 있어 비교적 자유로우며, 해상풍력은 해안에서 멀어질수록 풍속이 높고 바람이 균일해진다는 점에서 외해에도 적합하죠. 이를 종합하면 외해에 대규모 단지 조성이 가능하고, 수명이 긴 장점도 갖게 되며 풍력터빈이 설치되는 위치에서 바람 품질도 해상이 육상보다 좋아 에너지 효율이 높다고 합니다. 

해상풍력발전 건물 ⓒ rawpixel

그러나 단점도 있습니다. 해상풍력발전 방식은 설계, 기초조사, 설치, 그리고 운전 비용 등 제반 비용 측면에서 불리하면서 자연스럽게 전기 소비지역까지의 거리가 멀어져 전력 운송의 손실이 커지는 문제가 있습니다. 해상풍력의 전력망이 육상에서 멀어질수록 설치, 보강 비용도 커져 비용효과성에서 열세인 것이죠. 또한 바다에 풍력 단지가 생기면 그 근처의 어항이 이동하고, 어선 역시 지나갈 수 없어 어업에 지장을 받는 문제점도 있습니다.

바다에 설치하는 풍력발전기는 육상에서는 크게 문제가 되지 않는 두 가지를 해결해야 합니다. 높이 50~100m, 무게 수백 톤에 달하는 풍력발전기를 바다의 거친 풍랑에도 끄떡없도록 단단하게 설치하는 것과 바다에서 생산한 전기를 1~10km 떨어진 육지로 손실 없이 전달하는 것입니다. 아무리 좋은 터빈이 있더라도 바다에 단단하게 세우지 못하면 기둥이 흔들려 발전기 효율이 떨어지므로 전기를 육지로 전달하는 과정에서 손실이 발생하면 어렵게 바다에 설치한 풍력발전기는 커다란 바람개비가 될 뿐이지요.

해상풍력의 형태(자료 출처: US Offshore Wind Conferance)

해상풍력발전의 두 가지 방식, 고정식과 부유식

해상풍력 발전은 다시 고정식 해상풍력 발전과 부유식 해상풍력 발전으로 나뉩니다.

고정식 해상풍력은 콘크리트와 쇠기둥을 이용해 풍력 터빈을 해저에 고정하는 방식으로, 경제성 측면에서 수심 40~50m 이내의 얕은 수심에서만 진행이 되고 있으며 이보다 수심이 깊어져서 60~70m 이상이 되면 경제성 측면에서 고정식 풍력발전기를 투입하기가 어렵습니다. 그래서 대부분의 고정식 해상풍력은 해안 근처에서 진행되는 경우가 많죠.

반면 부유식 해상풍력은 부유체에 풍력터빈이 거치되고, 부유체는 지반에 고정된 앵커(anchor)와 계류라인(mooring line)을 통해 연결하여 운영하는 방식의 풍력발전기입니다. 바람은 강해 가용풍속이 양질이지만 수심이 깊어 기존의 고정식 해상풍력발전을 설치할 수 없는 곳에 설치할 수 있습니다.

부유식 해상풍력과 고정식 해상풍력과 비교해서 가장 큰 차이점은 초기 투자비용 차이입니다. 업계마다 차이는 있지만 고정식의 경우 MW 당 50~60억 원 정도의 비용이 필요하다면 부유식의 경우 적게는 70억~80억 원, 많게는 100억 원까지 초기 투자비용이 필요하다는 것이 전문가들의 분석입니다.

풍력터빈 노동자 ⓒ rawpixel

세계적으로 해상풍력발전은 지속적인 성장세를 보여 왔습니다. 한국전력공사에 따르면 2030년까지 전 세계에 약 237GW 규모의 해상풍력발전단지가 설치된다고 하는데, 현재까지 영국, 독일, 중국 등 주요국이 해상풍력 전체 시장의 82%를 점유하고 있으나, 후발국도 늘어나는 추세입니다. 해상풍력 터빈 1기의 평균 용량은 2010년 3MW 수준이었으나 최근 10MW급 터빈이 상용화가 된 후 추후 12MW 급 터빈이 도입될 예정이니 기술적으로 터빈이 대형화되면서 발전량도 증대되고 경제성도 커지고 있습니다. 해상풍력이 미래 에너지의 핵심이라 해도 무방할 만큼 시장규모가 커질 전망인 것이죠. 

오뚝이처럼 움직이는 부유체의 움직임을 최소화하는 원천 기술을 누가 먼저 확보할지가 앞으로의 해상풍력발전의 핵심이기에 세계 최고 수준인 우리나라의 조선해양 인프라와 선박 기술을 해상풍력 기술에 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

우리나라 해상풍력 설치용량은 작년 말 기준 0.14GW로 아직 걸음마 단계입니다. 작년 정부의 에너지 3020 정책에 따르면 해상풍력 보급목표는 2030년까지 12GW였습니다. 전남 신안 앞바다에 약 48조 원을 투자해 8.2GW란 세계 최대규모 풍력단지를 조성하는 계획도 포함되어 있는 등 해상풍력발전 사업이 우리나라 에너지 정책의 주인공이든 조연이든, 미래에너지 산업의 한 축임은 분명한 사실일 것입니다.

ⓒ SK ECOPLANT NEWSROOM, 풍력발전기가 바다 위에 떠 있다고? 부유식 해상풍력 발전

ⓒ 한겨레, 바다서 떠오르는 재생에너지, 부유식 해상풍력발전

ⓒ 전기저널, 해상풍력발전 현황 및 전망

ⓒ 한국풍력산업협회

ⓒ 한국에너지공단 블로그

좋은 정신에 좋은 일들이 찾아온다고 믿는 물류인입니다.