국내 소형풍력, 아직 죽지 않았다

[투데이에너지 송명규 기자] 문재인 정부가 태양광과 풍력을 중심으로 신재생에너지 확대를 정책으로 표명한 가운데 풍력의 경우 해상과 육상을 모두 포함해서 관련부지 확보와 인허가에 어려움이 있다는 문제를 항상 안고 있다.

반면 국내의 경우 시제품 제작수준에 머물러 있다. 이에 따라 국내시장뿐만 아니라 해외시장 진출에도 어려움을 겪고 있다. 해외와 비교해 기술격차가 크게 떨어지지 않는 국내 소형풍력산업이 활성화되지 않는 가장 큰 이유는 단순히 용량을 높이기 위한 기술경쟁에만 급급하고 효율성과 안정적인 전원공급으로 활용하기 위한 표준기술 확보에 미흡했기 때문이라는 분석이다. 이에 현 시점에서의 소형풍력 활성화를 위한 과제는 어떤 것이 있는지 들여다보고자 한다. /편집자 주

현 정부의 신재생에너지 3020 정책 추진이 진행되면서 MW급 대규모 태양광과 풍력사업에 대한 이목이 집중되고 있는 것이 사실이다. 그러나 태양광의 사례를 보듯 대규모 단지사업에만 의존해선 에너지전환이라고 불리는 신재생에너지 확대가 현실화되기는 사실상 어려운 점이 많다.

넓은 규모의 단지뿐만이 아니라 주택의 옥상, 베란다 등을 활용한 스마트그리드 및 마이크로그리드 기반 분산형전원시스템 구축이 미래전력을 친환경에너지로 바꿔나갈 수 있는 가장 수월하고 가능성이 높은 해결책으로 주목되고 있다.

대규모 단지의 경우 사업 경제성과 함께 효율성이나 전력량에서 이점을 보이고 있지만 사실상 인허가 과정이 길고 지역주민들의 수용성 확보가 없으면 민원으로 인해 사업시행이 지연되는 사례가 발생할 확률이 높기 때문에 이익공유제도 등의 정책적인 밑받침이 없이 물흐르듯이 사업이 진행되긴 어렵다.

이에 태양광과 더불어 소규모 풍력발전기의 활용이 동반돼야 화석연료 및 원전을 신재생에너지로 바꿔나가는 과정이 현실화될 수 있다는 것이다.

■전세계는 소형풍력 ‘신바람’
소형풍력발전기는 설치지역에 따라 문제점을 완벽하게 보완 설계할 경우 단순히 크기가 작다는 의미뿐만 아니라 설치장소 마련이 어려운 대형 풍력발전기시장의 미비점을 보완하고 가장 효율적인 신재생시스템으로 주목받고 있다.

전세계적으로 제조분야에서 캐나다, 중국, 독일, 영국, 미국이 전세계 소형풍력 제조업의 50%를 차지하고 있으며 전세계적으로 시스템 개념의 완성품을 공급하는 제조기업은 330개 이상이다.

특히 관련 부품, 기술, 컨설팅, 판매 서비스를 제공하는 기업은 약 300개 이상으로 유지되는 등 소형풍력은 발전설비뿐만이 아닌 관련 기자재 및 부품시장까지 성장시킬 수 있는 에너지원으로 평가받고 있다. 특히 중국은 연간 18만대의 생산 능력을 갖추고 있는 상황이다.

최근 2~3MW급 대형풍력발전기가 발전단지 인허가 등이 어렵고 복잡한 과정을 거치는 데 비해 소형풍력은 장소선정에서도 대형풍력과 비교해 큰 어려움이 없다는 점이 큰 장점이다. 이에 일부 지자체에서 소형풍력 중심의 신재생에너지 확보에 적극 나설 의사를 밝히기도 했으며 이에 따른 설치사업도 확대될 것으로 전망된다.

신기후변화체제에 돌입하면서 온실가스 배출 감소를 위해선 태양광만으로는 한계가 있고 대형풍력은 활성화가 어려운 빈틈을 소형풍력발전기가 채워주는 인프라가 구축될 수 있다는 것이다.

가까운 일본은 기본적인 3kW 제품 외에도 19.5kW 등 장소에 따라 다양한 용량과 사이즈의 제품들을 선보여 일본의 신재생에너지산업이 태양광 외에도 소형풍력분야에서도 큰 시장확대가 이어지고 있으며 이를 선점하기 위한 전세계 기업들의 경쟁 허브로 성장했다.

일본에서 소형풍력이 주목받은 이유 중의 하나는 일본의 제도적인 변화가 한 몫을 한다. 일본 정부는 올해부터 태양광에 집중된 정책적인 혜택을 축소하는 대신 풍력 등 타 신재생에너지원에 대한 가격확대를 추진하도록 변경한 FIT(고정가격매입제도)를 시행하고 있다.

이에 단독주택이 많은 일본에서 확대된 태양광과 더불어 소형풍력 등 분산형전원에 걸맞는 신재생에너지원의 수요확대가 계속 이어질 것으로 기대되고 있다.

일본은 본격적으로 신재생에너지 FIT(고정가격매입제도)가 시행된 2012년부터 소형풍력도 전력시장과의 연계를 위한 용량확대와 고효율 출력 등의 기술개발이 본격화됐다.

이를 위한 일본 정부의 기술기준과 인증제도가 도입되면서 일본의 소형풍력발전기는 안전성 및 신뢰성의 향상, 시스템 단가의 원가절감 등에 집중한 제품들이 확대됐다. 특히 인증기기 확대를 중요시하면서 주택을 중심으로 한 분산형전원으로서의 역할도 강조돼 현재의 시장확대로 이어진 것으로 해석되고 있다.

일본 경제산업성은 소형풍력발전기의 일본 국내시장을 육성하기 위해 2009년도부터 표준적인 성능평가수법 확립을 위한 라벨링제도를 도입했다. 이 제도는 내구성이나 성능 등을 동일조건으로 평가한 후 그 결과를 제품에 표시함으로써 지자체나 기업 등이 안심하고 양질의 소형 풍차를 구입할 수 있도록 했다.

특히 회사마다 출력 특성이나 내구성 등의 표시가 다양해 도입 시 발생할 수 있는 혼선을 막기 위해 통일적인 성능평가기업을 구축하는데 많은 비용을 투입했다. 또한 소음이나 연간 발전량 등을 상정하고 일본 특유의 풍황 등에 맞는 평가제도로 인해 업체가 제품을 시장에 맞게 최적화하는데 좋은 가이드라인을 만들어냈다.

이를 기반으로 일본 내에선 소형풍력시장 확대를 위해 단순한 독립형 전원을 넘어 전력회사의 계통에 연계해 활용할 수 있는 실용형 제품의 양산을 위한 투자가 확대되기도 했다.

■국내 소형풍력 위기, 시작부터 틀렸다
반면 수출시장은 고사하고 일본만큼 내수시장조차 확보하지 못한 국내 소형풍력업계엔 아쉬움이 남을 수밖에 없는 상황이다. 양국의 기술수준이 크게 다르지 않다는 점을 생각하면 거의 사양된 것이나 다름없다는 평가를 받는 한국의 소형풍력산업이 여기서 주저앉아야 할 이유도 없다는 평가다.

그러나 국내의 경우 중소기업을 중심으로 한 수많은 소형풍력제품들을 선 보였지만 국내산업실정에 맞게 양산화하거나 최적화하는데 실패하게 된다. 사업 경제성의 미흡, 사업 지속성 약화 등의 이유로 풍력발전시장에서 사실상 천대받고 있으며 대부분의 소형풍력업체들은 수입산 풍력발전기로 사업을 추진해온 점도 있었다.

특히 제대로 된 공장시설이나 제조시설을 확보하지 못했고 사업참여에 있어서도 기술적 문제 발생과 유지보수에 대한 우려가 있어왔다. 또한 풍력발전 제조기술의 핵심이라 할 수 있는 제너레이터 생산 부분에서도 일부 소형풍력기업을 제외하고 1차원적인 수작업과 더불어 간단한 설비로 제작하는 등 대량생산에 따른 체계적 생산과 원가절감에도 미흡한 기업들이 대부분이었다.

또한 사업초기 소형풍력발전기는 태풍 등 갑작스런 센 바람에 부셔지는 일이 발생하는 등 안정성에서 신뢰를 얻지 못했으며 소음문제로 인해 주택 등 정부가 주도하는 보급사업에서 소비자들이 외면하는 경우가 많았다. 가장 큰 문제는 막상 설치를 해도 기업이 도산하거나 전문기업이 아닌 하청업체에 떠맡기는 컨설팅식 불법회사들이 많아 유지보수 등에서 소비자들을 실망시키다 보니 소형풍력발전이 국내에서 성공하기 어려웠던 점이 있었다.

또한 일부 기업들은 정부가 추진하는 신재생에너지 보급사업에서 보조금이 너무 낮게 책정돼 사업을 진행할 수 없는 등 정부가 타 신재생에너지원에 비해 홀대한다는 비판을 이어갔지만 정작 정부인증절차도 거치지 않고 입증되지 않은 효율을 내세우며 시장흐름까지 무시하는 가격요구에 정부도 마땅한 대책을 세울 방법이 없었던 것이 사실이다. 

한국에너지공단의 관계자는 “몇년전 소형풍력 기업들이 사실상 정부 지원사업 외에 시장이 형성되지 않은 점을 고려해 보조금을 상향시켜달라고 요구했었는데 현장실사를 나가보면 업체들이 주장하는 효율을 보이는 발전기는 전혀 없고 가동조차 제대로 안되는 설비도 많은 등 업체 자격여부조차 의심되는 경우가 많았다”라며 “특히 당시 진행된 국감에서 소형풍력 보급사업으로 설치된 발전기 대부분이 정상가동되지 않은 점과 전력발전량이 기대에 미치지 못한 점 등이 거론되면서 소형풍력에 대한 불신이 커진 것이 사실”이라고 토로했다.

이 관계자는 또한 “당시 직접적인 풍황조사 과정 없이 기존의 자료만으로 설치기준을 마련하는 등 초기 사업활성화를 위한 준비에 기업과 정부도 소홀했던 점이 있었으며 설치업체 대부분 중소기업이어서 어느 순간 자금난으로 도산할 지 모른다는 점을 감안하지 않을 수도 없어 난처했던 상황”이라며 “설치조건만 맞으면 업체에 대한 조사없이 무작정 사업허가를 남발했던 것도 문제지만 소형풍력업체 스스로도 지적된 부분을 보완하기 위한 기술개발을 소홀히 했던 점이 결과적으로 현재 소형풍력산업의 현실을 만들어냈다고 볼 수 있다”고 덧붙였다.

돌이켜보면 2011년 당시 가동이 중지된 소형풍력발전기 대부분이 도산한 업체들 것으로 유지보수를 진행할 수 없어 효율성과 신뢰성을 크게 의심받기도 했다. 이에 정부에서 감사원의 지적으로 미비점을 보완하기 위한 많은 노력을 기울였음에도 일부 업계에선 정부기관이 소형풍력사업 자체에 희망을 걸지 않는다는 목소리도 나올 정도였다.

당시 정부기관과 업체들은 소형풍력의 타당성을 입증하기 위해 합리적이면서도 강화된 소음관련 이격거리 등 설치조건 규제안을 마련하는데 집중했고 미비된 점을 보완할 수 있는 기술개발을 위한 노력을 계속했지만 활성화로 이어가는데는 실패했다.

최근에도 소형풍력발전기의 효율이 떨어진다며 설치기준의 강화가 요구되기도 했다. 지난해 7월 감사원은 에너지자립섬 조성, 융복합지원사업 등에서 활용되고 있는 소형풍력발전기가 예상보다 효율이 떨어지는 문제를 방지한다며 향후 설치사업시 풍속과 풍향 등 실제 높이에서 풍황을 측정하도록 설치기준을 강화할 것을 통보했다.

소형풍력발전기는 현재 설비지침에서 연평균 풍속 4.5% 이상인 지역에 대해서만 설치하도록 돼 있으며 직접 조사가 아닌 한국에너지기술연구원과 기상청의 설치지역 풍속자료를 서면으로 확인하는 과정만 의무화돼있다.

감사원은 높이 30~50m 이상 풍력발전기를 대상으로 3kmX3km 지역 내 평균풍속이 동일한 것으로 가정한 한국에너지기술연구원과 기상청의 풍속자료를 30m 미만의 소형풍력발전기에 기준으로 적용하는 것은 적합하지 않다고 지적했다.

이에 따라 소형풍력발전기의 입지를 결정할 때 에너지기술연구원과 기상청의 풍속자료로만 활용할 수 없는 만큼 설치예정 지역의 실제 높이에서 풍속 등 풍황을 직접 조사해 설치여부를 결정해야 한다고 강조했다. 특히 에너지공단이 보급지원사업 추진시 실제 설치높이가 아닌 해당지역 바람자원지도상의 평균풍속만을 적용해 설치여부를 결정하는 시공기준은 불합리하다고 판정했다.

또한 일부 서면평가만 하고 전문가가 입회한 현장평가를 실시하지 않아 지난 2014년 진행된 백아도 소형풍력발전 지원사업시 풍력발전기의 그림자가 태양광발전소에 미치는 영향을 고려하지 않고 설치해 효율저하가 발생하고 결국 소형풍력발전기 높이를 재조정하면서 발전량이 감소하는 결과를 야기했다고 지적했다.

당시 업계에서는 중소기업이 대부분인 소형풍력분야에서 설치전 풍황조사를 의무화하는 것은 사업을 접으라는 의미로 받아들이는 등 갈등이 증폭되기도 했다. 실제 30m 미만의 높이라고 하더라도 계측기를 실제로 설치하고 풍황조사를 진행하는 기간동안 유지보수 등을 진행하려면 최대 8,000만원 이상의 비용이 소모되는 것으로 알려졌다.

주택과 건물 등의 수요가 적고 지자체와 공공기관 설치사업에서도 태양광만큼의 선택을 받지 못해 원활한 매출도 이뤄지지 않는 판국에 설치지역마다 풍황조사를 하라는 것은 업계에 사업을 접으라는 의미와 같다는 것이다.

또한 최근에는 융복합지원사업과 에너지자립섬 지원, 지자체별 마을단위 지원사업 등으로 사업이 다양화되긴 했지만 기본적으로 주택과 일반건물을 대상으로 설치사업을 진행하고 있는데 주택에 설치할때마다 일일이 풍황을 측정하기 위해 계측기를 설치하는 것도 상식적으로 납득하기 어렵다는 주장이었다.

이에 따라 에너지공단은 감사결과를 수용하고 직접 풍속과 풍향 등을 조사해 객관적인 자료와 전문가의 충분한 검토를 통해 위치를 선정하는 등 구체적인 기준을 마련하게 된다. 또한 현장설치 과정에서 반드시 해당 에너지원 전문가를 동행해 조사하도록 하는 등 현장평가를 강화했다

이토록 강화된 시공 및 설치기준을 보완해나가고 있음에도 소형풍력에 대한 문제가 지속적으로 발생하는 건 왜일까? 이는 처음시작부터 소형풍력을 단순히 용량뿐만이 아닌 안정성과 효율성을 엄격히 한 기준대로 시행하지 않았던 결과라고 보여진다. 안정적이지 못하니 설치수요는 없고 설치경험이 부족하다보니 가격경쟁력을 높일 수가 없어 기술이 진일보하지 못한 것이다.

이에 정부나 기업이 지속적으로 타 에너지원과의 경쟁력을 높이기 위한 노력과 지원을 계속하지 않으면 소형풍력의 부활은 어렵다는 평가다.

실제 국내 설비인증은 2007년 이후 6개 업체 9개 모델에 불과할 정도로 지지부진한 상황이며 정부 주도로 기술개발된 제품의 인증획득이 1개에 불과한 것이 현실이다. 이는 정부 지원으로 개발된 시제품을 제조업체의 자체자금과 기술력으로 최적화시키는 데 실패했기 때문으로 평가된다.

특히 가격 경쟁력을 향상시킬 비용 최적화를 위한 기술 등 세계시장과 경쟁할 수 있는 기술확보와 제품 원가절감조차도 최근에서야 시도되는 등 시작은 화려했지만 지속적인 산업성장을 위한 지원과 준비에는 아직 미흡하다.

국내 한 풍력전문가는 “국내기업들의 경우 기술개발에는 문제가 없지만 시장확보를 통한 설치경험이 부족하다보니 가격대비 효율성을 인정받지 못하는 등 가격경쟁력을 높이는 데 실패한 상황이며 10년이 지나도 고장이나 파손이 없는 제품안정성을 통해 시장활성화로 이끌 ‘노력’이 절실한 시점”이라며 “순수 국내기술 개발 뿐만 아니라 우수한 기술로 만들어진 제품을 국내에 많이 꽂을 수 있어야 해외시장 진출 등 더 큰 시장에 도전할 수 있는 만큼 관련된 인프라 구축이 중요한 시점”이라고 강조했다.

■업체 기술지원, 3차년도 진행 중
이에 따라 정부에선 지난 2015년부터 국내 소형풍력발전시스템의 최적화된 기술확보와 기업들의 시장 확대를 지원하기 위한 기술개발사업을 진행하고 있으며 올해로 3차년도 사업을 진행 중이다.

강원대학교 풍력에너지 고급인력양성사업단과 한국에너지기술평가원이 주도로 소형풍력발전시스템 최적화 엔지니어링 기술개발 연구과제를 진행하고 있다.

지난 2015년 1차년도에 미래기술을 지향 ‘선도적 교육·연구 인프라’ 구축을 완료한데 이어 2차년도에 ‘핵심기술 고도화’ 기술개발과 ‘미래기술 선제대응’ 기술개발을 수행했다. 이를 기반으로 올해 3차년도에는 신규기업을 대상으로 기술개발을 제공하고 있다.

특히 △블레이드 공력하중 해석 및 설계, 타워구조물 하중 및 구조해석, 발전기 및 인버터 최적설계 및 제어기술, 오버스피드 방지를 위한 시스템 보호기술, 설계하중 해석 및 시뮬레이션 기술 등 최적화 설계지원 △소형풍력발전기 주요 구조물에 대한 기계하중 측정기술, 발전기 및 인버터 연계출력 및 전력품질 측정기술, 풍력발전기 소음 측정 및 저감기술 등 시스템·부품 성능시험 기술개발 △풍동시험을 통한 블레이드 공력성능 및 소음수준 평가기술 지원, 블레이드 정하중 시험 기술지원, 다이나모를 이용한 발전기 시험, 인버터 안전기능시험 기술지원 등 제작사 엔지니어링 기술지원 등을 진행할 방침이다.

국내 소형풍력 제조사나 개발업체가 시스템최적화를 위한 고가의 시뮬레이션 장비구축 및 프로그램 구입이 어려운 상황인 만큼 과제수행기관의 장비를 활용해 국내 제조사의 발전기 최적화를 지원할 방침이다. 특히 50% 이상의 추가적인 인증가능 모델을 발굴해 전주기적인 지원을 통한 인증완료를 이뤄낸다는 전략이다.

이를 통해 개발비용절감, 제품의 경량화, 생산단가 절감, 공정단축 등을 유도해 제품의 가격경쟁력을 높인다는 것이다.

■단순한 지원만으론 안된다
소형풍력 제조사들이 경쟁력 확보에 어려움을 겪는 원인은 국내 제조사들의 영세성, 전문인력 부족, 서플라이체인 부재 등이 있다. 이에 국내 소형풍력산업의 성장을 위해선 제품의 기술성과 신뢰성 확보가 전제돼야 하며 이를 위해 시스템의 최적화를 컨설팅할 수 있는 전문적이고 체계적인 기술지원이 시급하다는 것이다.

이에 따라 소형풍력 제조사들이 우수한 기술과 최적화 엔지니어링을 제공받을 수 있도록 해 표준적인 기술인증을 취득할 수 있도록 지원하면 신뢰성이 높은 제품이 늘어나 국내 기술경쟁력 향상 및 시장확대도 이어질 수 있다는 전망이다.

특히 최근 에너지자립섬 구축 등 분산전원의 확대 필요성이 강조되고 있는 가운데 국내 소형풍력 제조사에 대한 전주기적 지원체계가 성공적으로 구축될 경우 소형풍력발전기의 효율 및 신뢰성 향상까지 이어져 기업들의 경쟁력 강화와 동남아시아와 아프리카, 남미 등을 대상으로 한 전략적 수출산업으로 자리잡을 수 있다는 평가다.

전세계적으로 성장 중인 소형풍력시장에서 국내산업이 밀리지 않기 위해서는 영세성, 전문인력 부족, 서플라이체인 부재로 지속적인 사업과 기술확보가 어려운 국내 제조사들의 제품 기술력과 신뢰성 확보가 중요한 상황이다. 결국 많이 꽂을 수 있고 많이 가동시켜볼 수 있는 여건이 필요하다.