지금 세계의 풍력에너지는 육상풍력에서 해상풍력으로 발전하고 있다. 현재 유럽이 세계시장의 70%를 차지하고 있을 정도로 규모가 크지만 앞으로 우리나라도 삼면이 바다인 지역적 이점을 기반으로 기술력을 최대한 활용해 발전시키고 세계화에 발맞춰 나가야 한다. 이에 현재 우리나라의 해상풍력이 어디까지 왔는지 조망해본다. /편집자 주
풍력에너지는 지난 10년간 매년 30% 정도의 성장을 거듭해 2009년말 전 세계적으로 158GW 용량이 설치됐다. 세계풍력협회(GWEC)는 2014년까지 전 세계적으로 400GW 이상의 풍력설비가 설치될 것으로 예상하고 있다.
세계적인 경제침체에도 불구, 신규설치용량이 증가한 것은 향후 풍력산업의 지속적 성장을 뒷받침 해주는 근거로 볼 수 있다.
세계풍력협회에 따르면 유럽의 풍력시장은 2008년과 2009년에 걸쳐 1일 평균 1MW 이상의 해상풍력 시설이 설치돼 2008년말에는 총 1.5GW 수준에 이르렀고 2009년말에는 2GW를 넘었으며 2020년까지 40GW, 2030년까지는 150GW로 늘리는 목표를 갖고 있다. 현재 유럽 해상풍력시장에서는 덴마크, 영국, 독일이 주도적 역할을 하고 있으며 이들의 해상풍력 발전설비는 전세계의 70% 정도를 차지하고 있다.
우리나라는 지경부에서 육상풍력 확대를 제약하면서 해상풍력이 급부상, 수출 Track Record 확보 및 기술경쟁력 확보 시급을 배경으로 ‘해상풍력시장 선점 개발 로드맵’을 수립했다. 100MW 규모의 해상풍력 실증단지 조성 및 개발·제도개선·계통연계 등을 포함한 ‘해상풍력 개발 로드맵’은 이달말 발표예정이며 올해 하반기 중 실증단지 조성지역을 확정해 2012년말까지 단지개발 완료를 목표로 하고 있다.
2012년에는 RPS(신재생에너지 의무할당제)가 도입돼 풍력 및 신재생에너지산업 활성화에 관련업계의 귀추가 주목되고 있다.
지경부에 따르면 현재 우리나라 풍력산업의 경우 고용인원은 2004년 281명에서 2009년 2,301명으로 약 8.2배, 2010년은 2,668명으로 16% 증가할 것이라 예상하고 매출액도 전년 대비 76% 증가한 1조8,210억원이 될 것이라고 전망했다.
한편 육상풍력은 1992년부터 2004년까지 세계풍력산업을 주도하며 큰 성장을 이뤄왔지만 향후 해상풍력의 입지가 커질 것으로 예상돼 육상풍력이 안고 있는 단지개발의 어려움을 해소함과 동시에 해상풍력 단지조성에 큰 이점으로 작용할 전망이다.
해상풍력은 용지확보가 쉬워 대규모 풍력단지의 조성이 가능하고 육상에서보다 비교적 지속적이고 20%정도 강한 바람을 얻을 수 있어 육상풍력발전에 비해 1.5배가량 발전량을 유지할 수 있다.
또한 해상풍력은 고속화, 대형화가 가능하다. 특히 소음공해로부터 자유롭고 육상풍력에서 대두됐던 자연훼손 및 환경오염 우려와 달리 관광지 효과를 누릴 수도 있다. 현재 덴마크 코펜하겐의 미델그룬덴 풍력단지가 관광투어 코스로 성공한 사례다.
해상풍력은 우리나라가 삼면이 바다인 점을 감안하면 발전가능성이 큰 분야다. 특히 서남해안 해역은 빠른 풍속 및 변화가 미비한 점, 얕은 수심이라는 장점이 있어 해상풍력단지로 개발하기 좋은 조건이다.
또한 단지개발에 있어 수심 25~30m 정도로 대단위 단지의 경우 경제성이 좋은 기초 방식인 Monopile방식을 설치해 발전효율을 높일 수 있다.
현재 우리나라는 대기업 및 지자체간 해상풍력단지 조성에 박차를 가하고 있다.
남부발전은 부산시, 한수원은 두산중공업과 ENC(주)와 같이 지자체와 협력해 인천, 충남, 전남, 제주 등 입지조건이 좋게 평가받고 있는 지역별로 해상풍력단지 조성계획을 갖고 활발히 움직이고 있다.
그 외에 삼성중공업, 현대중공업, 유니슨, 동국S&C도 풍력발전 설비개발에 힘을 쏟고 있다. 국내 유일의 풍력발전 인증기관인 한국선급도 해외 진출을 꾀하는 국내기업들을 위해 국제인증을 준비 중에 있으며 현재 풍력발전·풍력터빈형식 및 인증·사업·프로토타입 인증을 하고 있다.
지경부는 풍력분야에 향후 3~5년간 매년 100억원의 투자를 할 계획이라 밝혔고 금호산업, 남부발전, 한수원(두산중공업,NCE), 동국S&C, POSCO 등 대기업들이 해상풍력을 추진하고 있어 국내 해상풍력발전은 밝을 전망이다.
(주)태웅
세계 최대 풍력 부품사 도약
해상풍력 대응… 베어링 국산화 추진
2001년 코스닥에 등록된 태웅은 초기 한국의 플랜트산업과 조선산업 발전에 중추적 역할을 수행해 발전, 조선 및 디젤엔진, 석유화학플랜트, 산업기계 등에 사용되는 고품질의 금속 단조제품을 생산하며 전 세계시장에 수출, 세계 최대의 자유형 단조제품 및 링 단조제품 회사로 자리매김했다.
축적된 기술을 바탕으로 풍력발전산업분야에 진출한 태웅은 메인샤프트, 베어링 부품, 타워플랜지 등을 생산·공급하고 있으며 그린에너지산업 발전에 큰 기여를 하고 있다.
풍력발전용 메인샤프트는 풍력발전기 블레이드의 회전운동에너지를 증속 장치에 전달하는 부품으로서 풍력발전기의 설계수명만큼 건전성이 유지돼야 하므로 초기 제작 시 원소재 선정부터 최종 제품까지 엄격한 관리를 실시하고 있다. 2006년에는 산업자원부에서 주관하는 세계일류 상품으로 선정돼 현재까지 지속되고 있다.
태웅은 현재 전 세계적으로 급성장하고 있는 해상풍력발전에 대응하기 위해 염수환경에 대한 내식성을 강화할 수 있는 타워플랜지의 단조소재 및 제작기술을 개발 중이다. 또한 육상 및 해상풍력발전에 동일하게 적용할 수 있는 ‘주 베어링’과 ‘요 베어링’ 국산화도 병행해 개발 및 추진 중이다.
요 베어링(Yaw bearing)은 바람의 반대방향으로 풍력터빈 로터(rotor)를 회전시키는 역할을 하는 요 시스템에서 고정된 타워와 회전하는 너셀을 연결하고 지지하는 기어타입의 핵심부품이고 주 베어링(Main Bearing)은 풍력터빈의 성능을 좌우할 수 있는 주축(Main shaft)의 강력한 모멘트 하중을 지지하는 역할을 하는 핵심부품이다.
전 세계 그린에너지산업 발전에도 큰 기여를 하고 있으며 현재 국내외 400여 개의 주요고객을 확보, GE, VESTAS, SIEMENS, 도시바, 중국 전력회사 등 세계 초일류 기업과도 직접거래 하고 있다.
태웅은 지난해 국내 단조업계로는 최초로 3억달러 수출의 탑을 수상했으며 자유형 단조업분야에서 수요산업이 높은 성장과 시장경쟁력 우위를 바탕으로 한 단계 앞선 설비를 투자, 높은 성장을 지속하고 있다.
2008년에는 6,153억원의 매출을 달성해 전년대비 72%라는 경이적인 성장을 이뤘으며 최근 4년간 연평균 성장률 50%에 이르고 있다. 이중 수출 비중이 60%나 차지한다. 풍력발전분야는 매출의 50%를 차지해 성장의 주축이 되고 있다.
태웅의 관계자는 “2012년에는 제강공장 설립에 따른 일관생산체제를 구축해 경쟁력 향상에 도움이 될 것”이라며 “원소재 생산-단조-가공의 일관체제 구축을 통해 차별화된 소재의 적합성과 원가경쟁력을 확보하고 고부가가치 대형 단조품의 독점적 공급을 통한 시장지배력을 강화하겠다”고 말했다.
또한 해외 영업소를 설립, 효과적인 근접마케팅을 수행해 가시적인 성과가 진행되고 있으며 신재생에너지의 핵심인 풍력에너지산업에 대한 각국 정부의 지원과 투자 증대로 지속적인 성장을 이어갈 전망이다.
(주)한진산업
국산 풍력브랜드로 세계화 앞장
국내 최초 1.5MW 풍력발전시스템 개발
한진산업의 관계자는 “풍력발전설비 중 국산화가 어려운 부분은 기어박스와 블레이드로 피로파괴 가능성이 높은 만큼 검증된 외국제품을 사용할 수밖에 없는 실정이고 이를 국산화하면 수익타당성이 맞지 않아 안정적인 수주가 보장되지 않는다”라며 “앞으로 한진산업은 국산화에 대한 개선방안을 마련, 풍력발전설비 70%의 국산화를 자랑하는 만큼 100%를 목표로 국산화 개발에 힘쓰겠다”고 강조했다.
한진산업은 2004년 한국에너지기술연구원에 100kW 풍력발전설비 1기를 납품했고 2009년에는 한국수자원공사와 제주도청에 각각 1.5MW 풍력발전설비 2기와 8기를 공급하는 계약을 맺었다. 한국수자원공사에 공급한 설비는 지난 5월 설치해 시험가동 중이고 제주도청에 공급할 8기는 오는 10월 설치완료 예정이다.
제주도에 시공하고 있는 HJWT(한진윈드터빈)1500은 한진산업이 국내 최초로 개발한 MW급 풍력발전시스템으로 설계 초기단계에서부터 국내의 풍향 조건 및 환경 조건, 최적의 시스템 설계에 요구되는 모든 항목들이 최신의 설계기법을 적용해 개발했다.
HJWT1500은 3개의 독립적인 마이크로피치시스템을 탑재해 피치 앵글 전범위에 걸쳐 0.1도라는 획기적인 분해능에 운전시의 시스템 출력특성과 실시간 반응을 구현, Cut-Out 풍속까지 돌풍과 같은 풍향조건, 환경 조건 하에서도 시스템의 안정적인 정격 출력을 유지해 에너지의 변환 손실, 계통에 대한 영향을 최소화하고 시스템의 운전 효율을 극대화 시킬 수 있도록 설계했다.
또한 각 요소 부품의 질량 분포의 최적화를 통해 시스템의 정하중 및 동하중, 운전 시 피크 하중을 최소화시킴으로써 열악한 운전환경조건 하에서도 시스템의 높은 신뢰성과 안전성을 보장한다.
계통 연계 안정성을 자랑하는 이 제품은 블레이드로부터 발전기까지 토크전달 방식을 직접 구동형 방식으로 채택해 운전 시 고주파에 의한 계통의 영향으로부터 시스템을 원천적으로 독립시킴과 동시에 최신의 컨트롤 시스템에 의해 우수한 품질의 전력을 상시 공급할 수 있다.
또한 도서벽지 설치용 소용량 100kW급 개발이 현재 진행 중이며 고용량화 돼가는 추세에 맞춰 1.5MW급 이상의 풍력발전시스템에 대한 연구개발을 병행중이다.
HJWT100의 드라이브트레인은 원거리 단독 전원 시스템 유지 보수의 취약성을 최대한 보상해 줄 수 있도록 구조를 최대한 단순화시키면서도 고도의 신뢰성과 높은 운전효율을 발휘할 수 있도록 설계했다.
한진산업은 지난해 230억원의 매출에서 160억원을 풍력발전설비로 얻은 만큼 풍력사업 비중을 확대하고 있으며 국산화 100%를 목표로 신기술을 연구·개발하고 있다. 2011년에는 2MW급 풍력설비 상용화를 준비, 국내 풍력설비기업의 자존심을 지킨다는 각오를 내비쳤다.