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[기고] 미래 에너지 산업의 중심으로 기대되는 풍력 발전
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[기고] 미래 에너지 산업의 중심으로 기대되는 풍력 발전
  • CCTV뉴스 편집부
  • 승인 2022.06.20 15:10
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국내 풍력 발전 기술 현황과 시장성 분석 및 정책 동향

[글=박세환 Ph.D.]
(주)기술법인 엔펌 전문위원(Chief Consultant) | 한국산업기술진흥협회-ReSEAT프로그램 전문위원 | 한국과학 기술정보연구원 KOSEN전문가 | 한국산업 기술평가 관리원 CS-서포터즈, 사회적가치추진위원 | 한국CCTV연구소 영상보안CCTV산업발전연구회장 | 한국생산기술연구원 클린팩토리 진단전문가, 국제환경규제모니터링전문가 | 과학 기술정보통신부 연구자권익보호위원회 위원 | 한국철도공사연구원 철도차량부품개발사업 6분과위원장

 

우리나라 정부는 2008년부터 재생 에너지 중심의 청정 에너지 체제로의 전환을 목표로 에너지 정책을 추진하고 있으며, 특히 풍력 발전 투자를 대폭 늘릴 계획이다.

이에 본고에서는 기계, 전기, 제어 시스템으로 구성된 풍력 터빈 부품별 공급망 현황 및 부품별 기술 현황과 라이프 시이클 내 신뢰성·가용성·유지보수성을 구현할 수 있는 풍력 발전 설비의 RAMS 이슈에 대해 설명한다.

아울러 입지 규제 및 주민 수용성 등 개발 요인과 외산 터빈의 내수 시장 진출 등으로 인해 아직은 열악한 시장 상황인 풍력 발전 시장 개요, 국내외 풍력 발전 시장의 성장 추이 정보를 제시한다.

 

재생 에너지 3020 이행 계획

정부는 2017년 10월 공개한 ‘에너지 전환 로드맵’에서 2030년까지 재생 에너지 비율을 20%로 높이겠다는 목표를 제시하고, 같은 해 12월에는 ‘재생 에너지 3020 이행 계획’을 발표했다. 이어 2019년 4월 ‘제3차 에너지 기본 계획’과 6월 ‘재생 에너지 산업 경쟁력 강화 방안’을 통해 재생 에너지 3020 이행 계획을 구현하기 위한 Action plan이 제시됐다.

재생 에너지 3020 이행 계획의 핵심은 ▲2030년까지 재생 에너지 발전량 비중을 20%까지 확대 ▲누적 설비 용량을 64GW까지 보급 ▲신규 설비 용량의 95% 이상을 청정 에너지(태양광, 풍력 등)로 공급하는 것이다. 특히 풍력 발전 용량을 17.7GW로 대폭 확대할 계획이며, 이를 위한 풍력 발전 설비도 늘릴 예정이다.

풍력 발전을 통한 안정적인 전력 수급을 위해서는 관련 설비 및 부품에 대한 재고 및 이력 관리 등 유지보수 체계와 아울러 RAMS(Reliability, Availability, Maintainability, Safety) 기반의 통합 관리 기술 개발이 필수적으로 요구된다. 이를 위해서는 수많은 부품의 구매, 관리, 공급사 선정 등 비용 최적화를 위한 의사 결정을 효율적으로 지원할 수 있는 SCM(Supply Chain Management) 시스템이 필요하다.

현재는 각 풍력 발전 단지 운영자 및 시스템 공급자가 개별적으로 이들을 관리하고 있으나, 국가 차원의 안정적인 전력 공급망을 구축하기 위해서는 풍력 발전 설비 및 부품 공급망에 대한 통합 관리 시스템을 구축할 필요가 있다. 이를 통해 풍력 발전 설비에 자연재해 등의 위험 요인 발생 시 핵심 부품의 공급망 중단으로 인한 완성품 생산 차질을 예방할 수 있을 것으로 기대된다.

 

국내 풍력 발전 공급망 및 기술 현황

풍력 발전기는 기계, 전기 및 제어 시스템으로 구성되어 있다. 풍력 발전 터빈은 두산중공업, 유니슨 등이, 기타 부품은 태웅, 현진소재, 동국 S&C, 씨에스윈드 등이 제작해 공급하고 있다.

국내 풍력 터빈 각 부품별(블레이드·발전기·제어 시스템·베어링·변압기·타워 등) 기술 현황을 보면 블레이드를 제외한 대부분의 부품들이 자체기술로 개발되고 있는 상황이다

풍력 터빈과 관제 시스템 간 데이터 통신을 담당하는 게이트웨이는 DDS(Data Distribution Service) 통신 미들웨어를 통해 실시간 원격으로 풍력 발전 상황을 모니터링 및 제어함으로써 데이터의 신뢰성과 안전성을 확보하고 있다.

현재 전남 영광의 풍력 발전소에서 시험 운영을 진행하고 있다. 특히 네트워크 환경이 불안정하고 데이터 유실이 발생하는 경우를 대비해 시험한 결과 TCP(Transmission Control Protocol) 통신 대비 우수한 성능을 갖는 것으로 나타났다.

 

국내 풍력 발전 설비의 RAMS 이슈

풍력 발전 설비는 라이프 사이클 내 신뢰성, 가용성 및 유지보수성을 구현할 수 있는 신뢰성·안전성(RAMS) 분석 결과 기반의 클라우드 네트워크를 통한 설비 공급망 통합 관리 시스템이 필요하다. 이를 통해 초기 투자 비용을 최소화하고, 소요 시간을 절감하여 빠른 의사 결정과 공급망 전체의 효율성을 향상시킬 수 있다.

나아가 풍력 발전 설비 고장 발생 시 정비 시간을 최소화할 수 있는 공정 시스템의 최적화를 구현할 수 있는 통합 구매·공급 관리 시스템을 구축할 필요가 있다.

풍력 발전 설비의 신뢰성·안전성을 보장하는 RAMS의 경우 발전 단가에 대한 경제성 분석은 전력 시장 구조 개편 이전 한국전력공사에서 발전소 및 발전기별 회계적 발전 원가를 계산하여 공표한 바 있다.

그러나 경제성 분석 관련 솔루션 및 기반 기술은 일부 대학에서 수행 중이긴 하나, 아직 상용화 단계의 솔루션은 개발되지 않아 이에 관련 기관의 개발 노력이 요구된다.

 

풍력 발전 시장성 분석

국내 풍력 발전 시장은 입지 규제 및 주민 수용성 등 개발 요인과 외산 터빈의 내수 시장 진출로 인해 시장 상황이 아직은 열악한 상황이다. 특히 풍력 발전기 관련 트랙 레코드(Track record)가 절대 부족하여 국제 경쟁 입찰 참여가 제한되고 있는 실정이다.

이에 정부는 ▲재생 에너지 3020이행 계획(2017.12.) ▲제3차 에너지 기본 계획(2019,04) ▲재생 에너지 산업 경쟁력 강화 방안(2019.06) 등 전략적인 산업 활성화에 주력하고 있다.

1998년 제주 행원 지역에 국내 1호 풍력 발전 단지 구축 이후 2014년까지(16년 동안) 누적 설비용량은 600MW 이하였으나, 2019년 말에는 누적 1490MW(신규 191MW, 육상 풍력 1417.7MW, 해상 풍력 72.5MW)의 설비 용량을 기록하였다.

2030년까지 약 88조 원 규모의 예산을 투입하여 재생 에너지 발전량 비중을 20%로 확대하는 가운데 16.5GW(해상 풍력 12GW, 육상 풍력 4.5GW)로 풍력 발전 설비 용량이 대폭 확대 보급될 것으로 전망된다.

글로벌 풍력 발전 시장은 베스타스(덴마크), 지멘스(독일), GE(미국) 등 주요 업체들이 약 50% 점유율을 기록하고 있으며, 중국 기업도 원가 절감과 기술 격차 축소에 힘입어 세계 시장의 약 20%를 차지하고 있다. 특히 해상 풍력 발전 글로벌 보급 용량은 2016년까지 연평균 신규 용량 28%의 증가를 지속하여 14.4GW의 용량이 보급되었다.

글로벌 해상 풍력 설비의 대부분을 차지하는 12.63GW가 유럽 지역에 설치되어 있으며, 이 중 72%가 북해 연안에 설치되어 있다. 특히 북해 및 지중해는 9m/s 이상의 연간 평균 풍속 영역을 보유하고 있어 풍력 자원이 매우 우수한 것으로 나타났다.

2017년 기준 국가별 풍력 발전 설치 규모는 중국이 19.5GW로 1위, 미국이 7.0GW로 2위, 독일은 6.6GW로 3위였으며, 영국이 4.3GW, 인도가 4.1GW로 뒤를 잇고 있다. 한국은 1.4GW로 7위로 랭크되어 있다.

해상 풍력 발전 설비의 확대 추세에 따라 매년 설비가 5% 증가하여 2022년에는 840.9GW가 설치될 것으로 예상된다. 아울러 풍력 발전 설비가 점차 대형화되면서 10MW급 이상의 해상 풍력 시스템이 보급될 것으로 전망된다.

2018년 기준 국내 풍력 발전 설비는 태양광 7.18GW의 20% 수준인 1.42GW 정도로 아직은 매우 미미한 상황이다. 국내 풍력 발전 산업은 정책적 지원과 함께 풍력 터빈 등의 제품 가격 하락으로 꾸준히 성장하고 있다. 재생 에너지 3020 이행 계획 이후 2040년까지 재생 에너지 발전 비중을 30∼35%로 설정한 ‘제3차 에너지 기본 계획’을 바탕으로 향후 지속적으로 확대될 것으로 전망된다.

국내 메이저 기업으로는 두산중공업, 유니슨, 한진, 효성중공업 등이 있으나 아직 세계 시장에서의 점유율은 크지 않은 상황이다.

 

해상 풍력 정책 동향

정부의 2019년 6월 재생 에너지 산업 경쟁력 강화 방안과 신재생 에너지 기술 개발 및 보급 실행 계획에 따르면 향후 3년간 6조 3000억 원을 투자하여 해상 풍력 19개 단지(640MW)를 설치하고 최대 8MW급 부유식 해상 풍력 시스템을 개발한다. 특히 풍력 타워 부문 세계 점유율 1위를 목표로 하는 등 산업 경쟁력을 획기적으로 높일 예정이다.

아울러 현재 5.5MW 수준에서 2030년에는 12MW급 이상의 초대형 해상 풍력 터빈을 개발하고 부품 패키지 국산화 기술과 스마트 O&M 기술 국산화를 통해 운영 비용을 30% 절감할 계획이다. 특히 풍력 터빈 부품 중 길이 100m 8MW급의 초대형 블레이드, 카본 복합재, 증속기, 발전기, 변압기, 제어 시스템 등 핵심 부품의 국산화에 주력하고 있다.

단기적으로는 2022년까지 4대 핵심 부품(블레이드·발전기·증속기·변압기)의 국산화 및 풍력 서비스(단지 시공 O&M 등) 핵심 기술을 조기에 개발하여 글로벌 시장 진출을 위한 계기를 마련해가고 있다.

특히 해상 풍력 발전 산업은 인프라 투자 비용이 매우 높아 태양광과 같은 시장 확대로 인한 경제 효과가 낮을 것으로 예상된다. 이에 취약한 국내 해상 풍력 경쟁력을 극복하기 위해서는 우선적으로 가격 경쟁력 확보 전략이 시급하다.

아울러 인허가 비용의 축소, 사업 경험 부족으로 인한 리스크를 최소화하여 내수 부품 시장의 수급 정상화에 주력할 필요가 있다.


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