기초설계, 풍력 성장 ‘열쇠’
[투데이에너지 송명규 기자] 2010년을 기준으로 풍력발전기의 국내 보급은 225기 이상 설치돼 약 359MW 이상을 확보하고 있다. 국토가 좁은 우리나라 여건상 풍황이 유리한 지역이 포화상태에 놓여있다는 우려가 나오고 있지만 국내 육상단지 개발을 통한 풍력발전기 설치는 당분간 계속될 전망이다. 특히 2012년 RPS시행과 함께 국내 발전사들을 중심으로 의무적으로 확보해야 할 신재생에너지량이 점차 늘어날 계획이기 때문에 풍력발전단지 조성은 지속해서 추진해야할 주요사업으로 각인되고 있다. 이를 통해 풍력발전시스템의 성장과 함께 부지선정 및 풍향, 풍량 조사, 환경성 검토 등 풍력 기초설계기술의 중요성도 강조되고 있는 상황이다.
여기서는 풍력발전단지 조성을 위해 거치는 맨 처음 해야할 업무이자 가장 기초적인 단계인 풍력 기초설계 공사 과정 등 풍력발전사업 초기 과정을 들여다보면서 녹색에너지원 확보의 선두주자라는 자부심 하나로 보이지 않는 곳에서 땀 흘리며 풍력단지 조성에 매진하는 발전사, 지자체, 설계용역회사 등을 통해 국내 풍력산업의 희망적인 미래를 전망해보고자 한다. /편집자주
기초설계사업 중요성과 과제
풍력 기초설계사업이란 풍력발전단지 건설 계획이 확정되면 해당 선정 부지에서 풍량 및 풍속 등 기초적인 자원 확보량 등을 점검하는 풍황계측설비 설치 및 측정, 주변 환경 및 지질자원 조사를 진행하는 건설부지 조사와 각 관할 기관 인허가, 단지 내 발전기 설치 위치 및 계통연계를 위한 송전선로 등을 측량하는 설계기술 조사를 비롯해 기초적인 발전소 설계 및 적당한 기자재 선정 및 운송계획 등 풍력조성단지 후보지역의 사업타당성을 확인하는 사업을 의미한다.
국내에서 풍력발전단지는 강원도와 동해, 제주도를 중심으로 개발돼 왔으며 수도권 및 서해안으로는 난지도와 새만금 지대에서 진행되고 있다. 발전사와 풍력기업들의 향후 풍력발전단지 개발계획을 살펴보면 공사 중인 영양 석보면 160MW 단지를 포함해 약 30개 단지 1,630MW 규모로 전망된다.
정부의 그린에너지 발전 전략 중 해상풍력은 2020년까지 2GW를 목표로 2015년에 30MW 단지조성을 계획하고 있다. 또한 국내 6개 발전사들은 태백, 평창, 무주, 창죽, 철원 등에서 풍력발전단지 조성사업을 위해 부지매입, 인허가 과정을 진행 중이거나 건설을 앞두고 있다.
이와 같은 풍력발전단지 확보에 정부와 발전사 등이 총력을 기울일 예정인만큼 기초설계사업의 중요성도 높아지고 있다. 특히 좁은 국토내에서 풍황자원이 우수한 지역을 찾아내기가 더욱 어려운 국내 여건을 감안하면 적절한 풍력조성단지를 확보하려는 움직임도 분주해질 전망이다. 이로 인해 실증단지 선정에 중요한 자료가 될 풍력 기초설계작업의 최신 기술력 확보에 정부와 업체 모두가 앞장서야 할 것으로 보인다.
특히 정부는 서해안 해상풍력 조성사업과 병행해 단계적으로 건설, 토목, 풍력시스템, 플랜트 등 분야별 기술력 확보에 주력할 방침이다. 실증·시범단계가 종료된 이후 확산 단계에서는 국내기업뿐만 아니라 해외기업에게도 사업이 오픈돼 본격적인 경쟁 체제로 돌입하게 돼 시장경쟁력, 네트워크 경쟁력, 수출 경쟁력 등을 키우기 위한 기술력 확보를 위한 관련 기관 및 국내기업들과의 협력은 기초설계분야에서도 집중 추진돼야 할 부분이다.
풍력단지 조성 어떻게 시작하나
일반적으로 발전사는 풍력발전단지 조성지역의 지자체와 공동사업개발 양해각서를 체결함으로써 본격적인 사업진행에 들어간다. 우선 한국에너지기술연구원에 사업 타당성분석과 관련된 기술 자문을 하게 되면 2달 정도 검토과정 후 건설기본계획를 수립한다.
풍력발전기 설치가 용이할 것으로 판단되는 부지를 선정한 후 사업타당성 조사를 진행하게 된다. 이 과정은 보통 외주업체를 선정해 기초 풍황, 풍향 등을 측량 및 조사하면서 풍력발전기가 들어서는데 적합한 지역인지 풍력발전조성단지 후보지역의 환경성을 검토하게 된다.
풍력발전 계측설비 기업에서 정부, 업체가 진행하는 풍력발전 후보지에서 풍황 및 풍속 등을 측정하는 풍력자원조사용 계측타워 설치공사와 측정 데이터 수집·분석사업을 하게 된다.
풍력자원조사는 풍황계측기를 이용해 4계절 동안 육상, 해상의 풍력발전 후보지에서 풍향, 풍속 등을 측정하고 데이터를 분석해 풍력사업의 타당성과 경제성을 검토하는 기초조사 과정이다.
특히 주변 민간지역으로부터 발생하는 민원에 대비해 민가에 어느정도의 영향을 미치는지 여부를 세밀하게 확인하는 과정이 주요 업무다. 민원 발생의 유·무가 인허가 과정에서 가장 큰 걸림돌이 되기 때문에 가장 중요시되는 부분이다.
국내 전문기업들은 풍력자원조사용 계측타워 설계 및 시공 외에도 발전기 송·배전 공사, 풍력발전기 시스템 공사, 풍력자원 기초분석, 인허가관련 업무 대행 서비스 등을 병행하는 경우도 많다
기초설계사업
발전사는 풍력조성단지의 사업환경성 검토와 함께 단지 건설을 위한 기초설계기술 조사에 착수한다. 이 과정에서 풍력발전소 부지 내 어떤 위치에 발전기를 세울 것인지가 가장 중요한 포인트다. 특히 발전기 설치 간격과 블레이드 방향에 따라 확보할 수 있는 에너지 효율성과 강풍, 산사태 등 외부요인으로 인한 발전기 사고 예방 등 세부적인 대비책이 결정되기 때문에 가장 많은 시간을 필요로 한다.
또한 일반적으로 조성 후보지역이 개인 사유지에 해당할 경우 소유주가 필요할 때 풍력조성단지와 연계한 골프장, MBT(산악 모터 자전거) 등 관광상품과 연계해 사업을 진행하고자 하는 희망의사를 밝히는 경우가 있기 때문에 부지 내 활용계획에 맞춰 풍력발전기 설치 위치를 고려해야하는 상황도 발생한다.
특히 육상풍력은 750kW~2MW급의 대형 풍력발전기를 사용하게 되기 때문에 관련 기자재가 원활하게 부지 내에 접근할 수 있도록 유용한 진입도로 설계가 중요하다. 또한 확보한 에너지원을 전력계통에 연결할 송전선로를 비롯한 기초 전기공사 설계와 측량도 함께 진행된다.
풍력 기초설계를 맡는 기업들 대부분이 엔지니어링업체로서 기계, 전기 등 기초건설분야 사업을 병행하고 있기 때문에 공사를 진행하는데 적절한 곳인지 확인할 수 있는 기초전기공사 설계와 지질조사도 함께 처리하고 있다.
쉽게 표현하자면 해당지역에서 풍력발전단지를 건설하기에 적합하다는 것을 지방환경청에 증명하는 인허가 과정이라고 생각하면 된다.
일반적으로 약 40MW 미만의 풍력단지를 조성할 때 투입되는 사업비를 500억원, 공사기간을 1년 정도로 잡을 경우 풍력 발전단지 기초 설계 과정을 통한 사업환경성 검토에 사업비 약 100억원과 90일 정도의 기간이 소요된다.
이에 따라 도화엔지니어링, 건화엔지니어링, 한국종합기술주식회사 등 기초 토목 설계 업계에서는 사업성이 높기 때문에 발전사 및 대기업의 풍력발전단지 조성을 위한 기초설계사업은 업계에서도 높은 경쟁률을 보이고 있다.
사업타당성 조사 및 설계기술용역이 마무리되면 본격적으로 발전소를 준공하기 위한 기초작업에 돌입한다. 일반적으로 발전사에서는 발전소 설계사업에 제출된 각 기업별 제안서 선정과정에서 설계기술용역을 통해 확보한 적정 설치 발전기 개수, 풍황, 풍량 등 현장 측정 결과에 적합한 풍력발전기 및 기자재 등을 선정하게 된다.
이에 따라 발전소 건설에 참여하려는 시공사와 설계용역사가 사업타당성 조사 이후 기술용역과정 입찰시 컨소시엄을 구성해 입찰에 참여하는 경우도 있을 만큼 사업성이 높다. 특히 정부의 녹색성장 정책에 힘 입어 발전사 및 대기업들이 풍력을 중심으로 한 사업 추진에 열을 올리고 있고 특히 해상풍력사업과의 연계를 통한 수익성도 보장돼 많이 알려져있지 않지만 높은 사업성을 보이는 사업이라고 볼 수 있다.
산악지역 등 차량이 진입하지 못하는 곳에서는 인력으로 장비를 운반하고 계절에 상관없이 구리스 등 기름에 오염된 채 작업을 진행하는 경우가 많다. 이에 국내에서 풍황계측기 타워 설치와 풍황 측정 및 분석 등을 전문으로 하는 기업은 3개 업체에 불과하며 국내 엔지니어링 업체에서도 풍력 초기 계측사업 및 기초설계 사업에 뛰어들지 않는 경우가 많지만 어려운 작업환경 속에서도 우리나라 풍력에너지 성장에 기여하고 있다는 점에 자부심을 느끼고 있다.
인허가 과정
풍력조성단지 사업타당성 및 기초기술설계용역을 중심으로 한 사전환경성 검토가 마무리되면 조성지역 관련 지자체, 문화재청을 중심으로 공사지역이 문화재와 관련된 곳인지 여부를 확인하기 위해 문화재지표조사를 진행하게 된다. 예를 들어 해당 지역에서 관련 유물이 발견될 경우 조성단지 사업은 중단된다.
문화재지표조사를 마치게 되면 지경부는 발전사가 제출한 기초설계기술용역 자료, 사업타당성 자료 등을 약 60일간 검토한 후 발전사업 허가를 내준다. 사업이 허가되면 공사 시작 7개월전까지 송전용전기설비 이용신청을 해야 된다.
이 과정에서 발전사는 지자체, 군부대, 항공청 등과의 사전협의를 진행한다.
우선 지자체에서는 20일간 건축허가 여부를 결정한 후 결과를 통보하게 되며 관할 지역 군부대(사단급) 작전처에서는 조성지역의 군사시설 보호구역 여부, 레이더 등 군용통신 및 설비에 지장을 주는 지 여부를 협의한다.
또한 공사지역 지방항공청에 항공장애등 및 주간장애표시 설치를 신고한 후 지자체에 문화재 현상변경허가 및 상수원 보호구역 굴착허가를 신고해야 하는 등 사업착공 전 거쳐야할 허가 및 협의기관이 많으며 이 과정에서 소요되는 시간도 상당하다.
각 기관과의 사전협의를 마친 후 지자체에 다시 개발행위허가를 요청하게 된다. 이 요청을 위해 해당 지역 국유림 관리소로부터 산지 전용허가를 받은 후 지자체로부터 농지전용허가 및 농어촌 도로점용허가까지 받아야 한다. 또한 공사 과정에서 필요한 용수 사용을 위해 소하천 및 지방2급하천 점용허가도 필수다.
특히 대형 풍력발전기의 이동을 위해서는 대형 크레인, 대형 화물 트레일러 등 자동차 통행에 영향을 주는 대형 장비가 동원되기 때문에 국도유지 관리사무소로부터 국도 및 지방도 도로 점용허가도 진행된다.
복잡하지만 반드시 필요한 인허가 및 협의 과정 후 전기안전공사에 전기설비 공사계획을 신고한 후 지자체에 발전소 사업착공신고까지 마치게 되면 시공 용역 및 기자재 발주 등 본격적인 풍력조성단지 준공을 위한 공사에 착수하게 된다.
풍력 기초설계사업 향후 전망
금융위기와 경제위기의 해결방안으로 신재생에너지에 대한 투자가 기대되고 있으며 이중 풍력발전의 비중이 높을 것으로 전망되는 현실에서 기초 설계 및 인허가과정의 중요성도 높아지고 있다.
특히 최근 전세계적으로 대규모의 경제 성과를 실현하기 위해 육상풍력에서 해상풍력으로 진출하는 사례가 많아지고 있어 해상풍력 사업과 연계한 성장도 기대되고 있다.
해상에서는 60m 이상의 크기를 갖는 로터블레이드 사용이 가능한 만큼 발전효율이 높은 대형 풍력발전기 개발도 확대돼 해상풍력단지 기초설계사업 다각화에도 영향을 줄 것으로 보인다.
육상풍력과 해상풍력의 기초설계는 큰 차이점을 보이긴 하지만 기존 육상풍력에서 진행해온 경험을 바탕으로 해상풍력 기초 조성과정에 국내 기초설계 전문기업들이 진출할 확률이 높다.
풍력 기초설계사업을 도맡을 전문기업과 직접 시공을 하는 전문인력 양성에 더욱 주력할 필요성도 높아지고 있다.
기초설계와 인허가, 풍황계측 등 대부분의 업무가 3D업종으로 불릴만큼 고되고 험난하기도 하지만 기술이 미비한 인력이 투입될 경우 사업 자체에 큰 영향을 줄 수 있기 때문이다.
또한 풍력발전기는 현장 수리가 매우 어렵고 비용이 많이 들어가기 때문에 품질이 매우 중요하지만 손상되는 원인 중 51%가 설계나 제작에서의 문제로 발생하고 있어 기초 설계과정은 세밀하면서도 꼼꼼하게 진행돼야 한다.
특히 설계해석만으로 완전히 터빈, 블레이드 등 각 기자재별 세부 건설 계획을 진행하는 것은 어렵기 때문에 경험적 기술이 상당히 축적되는 분야이며 설계와 생산공정 및 시설 등이 서로 영향을 주고 조성단지내 운송과정 조차도 기자재별 강도 등의 성능에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다.
특히 정부 주도로 산·학·연 연계를 강화하고 현장중심의 지식을 함양할 수 있는 프로그램 및 교과 과정을 개발해야 하며 실제 현장에 적용될 수 있는 설계 S/W를 활용하고 우수 강사진 확보와 업계와의 소통을 증대해 업계에서 필요한 부문을 해소하고 교육내용을 알차게 담는데 역점을 둬야할 것이다.
풍력은 국내시장은 비록 작지만 중단기적인 투자 활성화가 기대되며 매년 500MW 수준으로 추가 증설될 것으로 전망된다. 최근 정부의 해상풍력 마스터플랜 발표와 함께 해상풍력단지 조성사업 본격화가 기대되는 만큼 기초설계사업을 도맡아온 엔지니어링 업체들의 트랙레코드 확보에도 도움이 될 것으로 보인다.
2012년까지 2,250MW 규모로 확대되면서 대기업의 풍력발전시장 참여가 꾸준히 이뤄지고 있어 풍력시스템 및 기자재뿐만이 아닌 풍황 및 풍속 측정, 토지조사 등 기초설계분야에서의 경쟁도 치열해질 가능성이 높다.
특히 풍력발전기와 단지조성 등에는 토목, 해양플랜트와 연계돼 있기 때문에 플랜트 및 조선업을 이끌어온 대기업 위주로 재편될 가능성이 높을 만큼 풍력단지 조성사업의 시작이라고 할 수 있는 기초 설계사업의 기술력 상승도 기대되는 부분이다.
향후 경험과 노하우면에서 밀리지 않으면서도 대기업과 어깨를 나란히 할 수 있는 기술력 발전에 매진한다면 경쟁력 확보를 통한 기업의 이익 상승과 함께 풍력발전단지 조성 기술발전의 핵심으로 떠오르고 있는 기초설계분야의 성장으로 이어질 것이다.
