[단독] 육상 풍력 줄고 해상 풍력 시대 온다···풍력에너지 치킨게임 시작

[이넷뉴스] 해상 풍력 에너지 산업은 청정 에너지원에 대한 수요 증가, 기술 발전 및 효율성 개선으로 인해 중대한 변화의 정점에 서있다. 현재 건설 중인 프로젝트를 기반으로 해상 풍력 터빈의 연간 설치는 2019년 6기가와트(GW)에서 2024년 15GW로 증가할 것으로 예상된다. 그리고 그 속도는 10년 이후까지 가속화될 것으로 예상된다.

국제 재생 에너지 기구(IRENA)에 따르면 풍력에너지의 전 세계 용량은 2050년까지 거의 1000GW에 도달할 것으로 예측됐다. 대부분의 성장은 아시아에서 올 것이다. 하지만 유럽과 북미에서도 상당한 규모의 신규 설비가 있을 것으로 보인다. 남미와 오세아니아에서는 초기 설치가 시작될 예정이다. 동시에 업계는 계속해서 유압 동력 및 피스톤 기반 축압기로 풍력발전 자산 기술을 업그레이드 하고 있다.

급속한 성장과 진화하는 기술은 공급망 전반에 걸쳐 새로운 도전과 기회를 창출하고 있다. 장비는 더 가혹한 조건을 견디고 유지 보수가 필요없으며 더 오래 지속될 수 있는 기술로 진화하고 있다. 이 모든 것이 풍력터빈의 설치 및 사용 중 직면하게 될 소재 문제에 대한 포괄적인 이해를 바탕으로 설계 및 엔지니어링 되고 있다.

단지 해상 풍력이 많이 설치만 되고 있는 것이 아니다. 해상 풍력 터빈도 자체적으로 커지고 있다. 불과 몇년전에 비해 훨씬 더 커졌다. 해양 풍력 터빈의 평균 용량은 2000년 1.6메가와트(MW)에서 2018년 5.5MW로 3배 이상 증가했다. 지난 2년 동안 해양 터빈의 평균 크기는 10MW로 급증했으며 2025년과 2030년까지 신규 설치가 계획돼 있다. IRENA 프로젝트는 각각 평균 ​​12MW 및 최대 15~20MW다.

◇ 치킨게임의 승부수 '기술+규모의 경제'

추세의 원인은 규모의 경제다. 터빈 크기를 늘리는 데 드는 증분 비용은 결합된 용량이 동일한 여러 개의 소규모 설비를 추가하는 것보다 훨씬 적다. 이는 전체 비용을 줄여 해상 풍력 에너지를 기존 화석 연료에 비해 경쟁력을 높이는 데 도움이 된다. 근해 비용은 이미 지난 5년 동안 2/3로 급락했다. 이는 동일한 기간 동안 비용이 비교적 완만하게 20% 감소한 육상 풍력 발전 단지보다 훨씬 더 매력적인 솔루션이다. 육상풍력에 대한 엄격한 환경 규정은 토지 부지를 더욱 제한하고 있다.

한편, 수중 풍력 발전 단지는 더 먼 바다와 더 깊은 바다로 이동하고 있다. 유럽에서는 현재 해안에서 평균 거리는 약 60킬로미터(km)다. 그러나 동아시아의 새로운 장치는 2km 깊이의 수심에서 300km 떨어진 곳에 위치한다. 더 가혹한 환경을 견딜 수 있고 더 정밀한 허용 오차 범위를 가진 더 긴 케이블과 구성 요소가 개발되고 있다. 근해 설치와 달리 더 멀리 떨어진 연안에 위치한 터빈은 더 높고 지속적인 바람을 받기 ​​때문에 더 많은 에너지를 생산한다. 풍력발전은 육지에서 점점 멀어지고 기술의 발전과 자본의 대규모화로 구성돼 가고 있다.

고용량 시스템에는 최신 응용 분야에서 직경이 220미터(m)에 이르는 더 큰 터빈 블레이드가 필요하다. 이러한 대형 시스템은 더 무거워 특히 로터 플레이트가 터빈 타워를 지나갈 때 더 높은 부하 압력을 생성하고 회전 및 전송 구성 요소에 더 많은 스트레스를 가한다.

더 높은 하중을 처리하려면 최적의 위치를 ​​찾고 원활한 작동을 보장하기 위해 지속적인 피칭이 필요하다. 이것은 1턴에 3번, 분당 20번 회전하는 짧은 시간 동안에도 매우 까다로울 수 있다. 터빈의 소재 및 구성 요소가 기능을 발휘할 수 없는 수준에 도달할 수 있다. 현재 1,000개의 해상 풍력 터빈 중 5%의 위험률이 있는 경우 매년 50개의 비가동 장치가 발생할 수 있는 것이다.

지속적인 부하 변동을 더 잘 관리하기 위해 제조업체는 전기 구동식 피칭 시스템 대신 유압식 피칭 시스템을 점점 더 많이 사용하고 있다. 풍력 터빈의 경우 유압 작동이 더 무거운 터빈의 동력을 처리하는 데 더 적합하기 때문이다. 전기 시스템을 유지하려면 더 크고 무거운 기어를 사용해야 한다. 그래서 기술은 이제 전기시스템에서 유압식으로 전환되고 있다. 풍력기술의 목표는 평생 성능 유지다. 

해상 풍력 발전은 오늘날 이용 가능한 가장 유망한 발전 대안 중 하나다. 풍부하고 환경 친화적이며 훨씬 더 경제적이다. 구성 요소의 가장 큰 과제는 극도로 가혹한 조건에서 엄격한 성능 요구 사항을 충족한 다음 점점 더 긴 수명 주기 동안 유지 관리하는 것이다. 풍력에너지 설치가 계속 증가하고 전 세계 에너지 소비를 충족하기 위해서는 기술에 대한 의존도가 높아진다. 따라 이러한 기술적인 기준은 앞으로 훨씬 더 까다로워질 것이다.

새로운 해상 풍력 발전 단지를 개발, 설치 및 완성하는 데 5년에서 10년이 걸릴 수 있다. 그 다음에는 25년 이상의 기대 수명이 따르며 이는 현재 개발 중인 시스템이 2050년 이후에도 여전히 사용 가능하다는 것을 의미한다. 목표는 오늘날의 환경에서 생존하는 것뿐만 아니라 훨씬 더 빈번해지고 있는 100년에 한 번 발생하는 폭풍우를 포함해 미래 요구 사항을 예측하고 초과하는 것이다.

◇ 풍력시장 폭풍에 앞에 선 아시아

청정 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 해상 수상 풍력 시장이 크게 확대될 예정이다. 풍력에너지 시장의 프로젝트 파이프라인은 2030년까지 약 20GW의 생산 설비가 설치될 예정이다. 유럽, 미국 서부 해안 및 아시아 전역에서 기회가 생겨나고 있다. 아시아도 하노이에서 베이징. 서울에서 도쿄. 최근 몇 년 동안 풍력 에너지 발전과 투장 대한 인식이 크게 바뀌고 있다.

아시아 전역에서 각국 정부는 자국의 풍력 발전 용량을 빠르게 구축하기 위해 노력하고 있다. 또 투자자들은 이를 실현하기 위해 돈을 모으고 있다. 중국, 대만, 한국 및 일본과 같은 주요 시장은 풍력 에너지를 저렴한 비용으로 제공하고자 하지만 다양한 장애물이 존재한다. 풍력 에너지에 대한 미래 투자 가능성의 여부는 결국 디지털 관리가 가능한지 여부에 달렸다.

풍력 발전 단지를 건설하는 데 있어 주요 통제 가능한 비용 중 하나는 운영 및 유지 관리 예산이다. 데이터 및 모니터링에 대한 스마트 접근 방식을 사용해 풍력 포트폴리오의 상태에 대한 더 큰 통찰력을 확보함으로써 상당한 비용 절감을 얻을 수 있다. 이에 따라 보다 날카로운 전략적 투자 결정을 내릴 수 있다.

중국과 대만을 먼저 보자. 중국의 풍력 산업은 급성장하고 있다. 작년 중국은 100GW 이상의 풍력에너지 시설을 설치해 전 세계적으로 신규 풍력 설비의 절반 이상을 차지했다. 중국 정부는 또 작년 신규 해상 풍력 설비의 절반 이상을 유치했다. 이제 해상 설비 용량에서 이전 글로벌 리더인 영국을 추월했다.

한편, 대만에서는 15GW 해상 풍력 파이프라인을 건설했다. 하지만 현지 공급망 문제와 노동력 부족으로 인해 개발이 지연되고 있는 상황이다. 새로운 환경에서 중국 풍력 발전 단지는 프로젝트의 생산성을 높이고 낭비를 줄이는 과제가 남았다. 이제 중국 시장 전반에 걸쳐 디지털화가 진행되고 있다. 유럽 시장에서 개발된 고급 '예측 유지 보수' 전략을 그대로 이어가고 있다. 예측 유지 관리는 인공 지능 및 기계 학습 알고리즘을 사용해 풍력 터빈 데이터의 추세를 식별한다. 

한국의 풍력 부문은 기존 시장에 비해 규모가 작지만 현재 성장하고 있다. 제한된 적합한 토지와 풍력 자원의 부족으로 인해 이 지역의 풍력 개발업자들은 국가의 순 제로 목표를 지원하기 위해 연안으로 눈을 돌렸다. 부분적으로 이러한 요인으로 인해 한국의 풍력 에너지 비용은 현재 메가와트시당 220달러로 유럽의 기존 시장보다 훨씬 높다. 그러나 시장에서 부흥의 조짐이 나타나고 있으며 한국 정부는 2030년까지 8.2GW의 해상 풍력 발전 단지를 건설하는 계획을 밀어부치고 있다. 이와 같은 대규모 프로젝트가 증가함에 따라 한국의 풍력 발전 단지는 평준화된 전력 비용을 줄이는 것이 중요할 것이다. 

2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 일본은 원자력 능력의 상당 부분을 복구하는 것을 여전히 경계하고 있다. 일본의 재생 에너지 용량의 급속한 구축은 이러한 격차를 해소하는 데 도움이 될 것이며 일본은 풍력에 상당한 투자를 하고 있다. 풍력 자원과 긴 해안선은 시장의 풍력 발전 단지 소유주와 운영자에게 상당한 기회를 제공한다. 일본은 한국과 대만과 마찬가지로 얕은 바다가 부족해 개발이 제한돼 있다. 생산 및 인건비도 높기 때문에 유러스(Eurus) 및 제이-파워(J-Power)와 같은 주요 업체가 고급 디지털 모니터링 및 분석에 투자해 효율성을 높이고 자산의 유효 수명을 연장하고 있다.

아시아의 풍력 발전은 향후 일자리 창출과 배출 감소의 원동력이 될 것이다. 풍력 발전소에 기회가 있다. 그러나 추가 투자를 확보하기 위해 아시아 풍력 부문은 수익성을 개선하기 위해 사용 가능한 모든 디지털 자산을 사용해야 한다. 앞으로의 모든 것은 디지털 중심이 될 것이다. 디지털 솔루션이 콘트롤하는 세상에서 풍력발전의 디지털화의 진정한 가치를 의식하는 것이 중요하다.

[이넷뉴스=박민호 기자] dducksoi22@enetnews.co.kr