濟州市 한경면 두모리 海岸가에서 60~120m 떨어진 바다에 設置된 3MW級 風力發電機. 2017年 國內에서 처음 運營된 海上風力發電 施設인 耽羅海上風力發電團地의 風力發電機들이다. 이규철 提供
1月 8日 秒速 11~12m의 거센 바람이 濟州 全域을 휘감고 있었다. 이 時期 濟州島는 이 程度 世紀의 强한 바람이 늘 부는 것일까. 궁금症을 품은 채 濟州空港에서 車로 約 50分 떨어진 한경면 두모리로 向했다.
이곳에는 2017年 9月 國內 最初로 바다 위에 3MW(메가와트·1MW는 1000kW)級 風力發電機 10基를 세워 電氣를 生産하는 耽羅海上風力發電團地가 있다. 風力發電機들은 海岸가에서 60~120m 떨어진 바다 위에 銃 2.7km에 걸쳐 늘어서 있다. 發電所에 가까워질수록 海上風力發電機의 輪廓이 漸漸 뚜렷해졌다.
“10號基는 왜 發電量이 0이죠?”
“네, 現在 요잉(yawing) 中입니다.”
시스템 運營 狀況을 지켜보던 김동영 耽羅海上風力發展 本部長의 質問에 朴議長 斗山重工業 新재생에너지 O&M팀 課長이 對答했다. 海上風力發電機 建設施工을 맡았던 두산중공업은 現在 施設物 維持 補修와 모니터링을 擔當하고 있다.
最新 風力發電機의 核心 機能을 꼽으라면 바로 이들이 말한 요잉 裝置를 빼놓을 수 없다. 風力發電機의 回轉날개(블레이드) 뒤로 連結된 타워의 上端部에는 요잉 裝置가 있는데, 이 裝置가 作動하는 것을 ‘요잉’이라고 한다. 風力發電機가 自動으로 最適의 바람 方向을 찾아 回轉날개의 角度를 調節할 때(이를 ‘避치 制御’라고 부른다) 요잉 過程을 통해 內部 戰線의 꼬임을 防止하는 等 實際 運用에서 問題가 생기지 않도록 調節한다.
金 本部長은 “요잉과 避치 制御는 自動化됐다”며 “暫時 뒤면 10號基는 바로 電力 生産을 再開할 것”이라고 말했다. 實際로 그가 電力 生産量에 對해 說明하는 5分餘 사이에 10號基의 電力 生産 모니터링 數値가 秒當 2600kW로 바뀌었다.
陸上보다 작지만 强해
濟州 耽羅海上風力發電團地를 建設한 두산중공업의 朴議長 新재생에너지O&M팀 誇張(가운데)李 風力發電機 總 10基의 發電量과 狀態를 點檢하고 있다. 이규철 提供
陸地든 海上이든 風力發電機는 基本的으로 타워와 3個의 回轉날개, 제어부로 構成된다. 제어부에는 回轉날개 앞쪽에 있는 避치 制御 裝置를 包含한 허브시스템과 그 뒤쪽으로 回轉速度를 높이는 增速機, 에너지 變換 裝置인 發電機, 베어링, 主軸 等을 包含한 發展시스템이 있다.
參考로 風力發電機의 回轉날개가 3個뿐인 理由는 바람이 秒速 12m로 분다고 假定할 때 理論的으로 이보다 回轉날개의 數가 많아도 發電量에서는 큰 差異가 없기 때문이다. 發電量의 差異가 없는 狀況에서 가장 安全한 構造를 保障하는 날개 數가 3個다.
海上風力發電機는 바다 밑에 追加로 支持體를 심거나(고정식), 바닥에 닻(앵커)을 심어 特定 位置에 發電機가 떠 있게 만드는(부유식) 等 타워를 支持하는 構造物(블랭킷)을 設置해야 한다. 金 本部長은 “海上風力發電機 한 氣를 세우는 데는 約 150億 원이 드는데, 블랭킷 때문”이라며 “陸上風力發電機 建設 費用(70億 원)의 2倍쯤 된다”고 說明했다.
耽羅海上風力發電團地에 들어선 風力發電機 10期는 모두 水深 20m 海底에 앵커兄의 블랭킷을 박았고, 그 위로 80m 높이의 타워와 지름 91.4m인 回轉날개를 設置했다. 여기에는 總 1625億 원이 投入됐다.
金 本部長은 “블랭킷의 安定性을 考慮해야 하는 만큼 大槪 海上風力發電機가 陸上風力發電기에 比해 타워와 回轉날개 規模가 20% 程度 작다”면서도 “海上風力의 電力 生産量이 陸上에 못 미치는 것은 아니다”라고 强調했다.
風力發電機는 設置 場所에 關係 없이 秒速 3m 以上의 바람만 불면 運營할 수 있다. 秒速 75m의 바람까지 견디도록 設計되지만, 實際로는 安全賞 秒速 25m 以上의 바람이 불면 運營을 中斷한다.
金 本部長은 “2年間 運營해 본 結果 發電機의 年間利用率이 30% 以上”이라며 “陸上風力發電의 境遇 平均 25% 未滿인 만큼 電力 生産量에서는 海上風力發電이 더 앞선다”고 說明했다. 現在 耽羅海上風力發電은 年間 2萬5000家口가 使用할 수 있는 電力을 生産하고 있다.
國內 海上風力團地 48곳 推進 中
事實 耽羅海上風力發電團地가 完工되기까지 住民과 事業者 사이에서는 熾烈한 攻防이 이어졌다. 첫 論議가 進行된 2005年부터 2015年 4月 着工까지 꼬박 10年이 걸렸다. 漁民들은 海上風力發電機 때문에 漁場이 사라질 수 있다고 憂慮했고, 濟州 바다를 찾아오는 南方큰돌고래와 같은 魚族資源이 減少할 수 있다는 指摘도 나왔다.
海上風力을 開發할 때 가장 重要하게 考慮해야 할 要素는 바람의 狀態를 의미하는 風黃이다. 新規 風力發電 事業許可를 위해서는 一次的으로 1年 以上 該當 地域의 風黃 資料가 必要하다.
風黃 資料를 土臺로 事業許可가 나더라도 實際로 事業을 進行하기 위해서는 漁民과의 合意가 이뤄져야 한다. 우광호 耽羅海上風力發展 代表는 “海上風力發電이 現實化되려면 風黃과 漁民과의 合意 外에 生態系 毁損 與否도 따져봐야 한다”며 “現在 海底 生態系 毁損에 對한 憂慮는 많이 解消됐다”고 말했다.
2017年 9月 耽羅海上風力發電團地 完工 以後 海洋水産部가 年間 네 次例씩 海底 生態系를 調査하고 있고, 現在까지는 南方큰돌고래가 觀測되는 等 生態系 異常 徵候는 發見되지 않고 있다. 블랭킷은 오히려 魚類의 棲息地 役割을 했다. 結果的으로 海洋 生態系가 더 豐富해진 것으로 調査됐다.
于 代表는 “海上風力과 함께 觀光 效果까지 經驗한 두모리 住民들은 海上風力發電機 數를 늘리는 데 同意하는 雰圍氣”라며 “濟州에너지公社 等과 海上風力發展 規模를 擴張하기 위한 論議를 이어갈 計劃”이라고 말했다.
2019年 11月 竣工한 서남해 海上風力 實證團地 建設을 總括한 정익중 前(前) 韓國海上風力 事業本部長은 “海上風力發電의 많은 長點에도 不拘하고 政府 政策上 海上風力發展 地域에서는 漁撈가 永久的으로 制限되는 等 漁民 立場에서는 不安 要素가 많은 게 事實”이라며 “解決策을 찾아 新再生에너지 發展을 늘리기 위해 努力하는 게 最善”이라고 말했다.
이런 雰圍氣는 海上風力發展을 擴大하는 海外 先進國도 마찬가지다. 에너지市場 調査業體인 블룸버그 뉴에너지파이낸스(BNEF)에 따르면 2030年 前 世界 海上風力發電量은 177GW(기가와트·1GW는 100萬kW)에 이를 것으로 豫測됐다. 原子力發電所 한 기가 1~1.5GW級인 點을 考慮하면 最少 原電 100基에서 生産되는 電力量을 海上風力으로 充當할 수 있다는 얘기다.
産業通商資源部度 2019年 12月 4次 에너지 需給 計劃을 發表하며 海上風力을 主要 發展源으로 꼽았다. 海上風力 컨설팅 業體인 블루 윈드 엔지니어링에 따르면 現在 海上風力發電은 濟州와 西海에서 總 3곳이 運營 中이며, 2019年 11月 竣工한 서남해 實證團地까지 包含하면 早晩間 4곳이 運營된다. 이 밖에도 事業許可를 獲得한 17곳을 包含해 總 44個 地域에서 海上風力發展 計劃이 論議되고 있다.
美國에서는 12MW級 海上風力發電機가 運營되고 있다. 斗山重工業度 8MW級 風力發電機를 自體 開發하기 위해 硏究 中이다. 鄭 前 事業本部長은 “國內 바다에 無分別하게 風力發電機를 지을 수는 없다”며 “가장 적합한 地域을 찾고 高效率 風力發電機를 開發하는 것이 核心”이라고 强調했다.
海上風力發展 얼마나 비쌀까
海上風力發電이 生産한 電氣의 價格은 얼마나 될까. 2018年 1~10月 한국전력의 購入 單價 基準 海上風力發電은 1kWh當 311원이다. 1kW當 60.85원인 原子力發電이나 火力發電(84.9원), LNG(118.07원)보다 높다. 太陽光 發電(173.38원)보다는 約 1.8倍 비싸다. 이는 新再生에너지 供給認證書(REC) 制度 때문이다.
REC는 政府에서 事業者가 負擔하는 비싼 發電 原價를 保全해주기 위해 提供하는 證書다. 新재생에너지를 利用해 에너지를 供給한 事實을 認證하는 證明書인 同時에 實際 供給量에 加重値를 곱해 發給되며 發展事業者에게 販賣할 수 있다. REC 價格은 需要와 供給에 따라 決定된다. 現在 海上風力의 REC 加重値는 2.5로 陸上風力(加重値 1)에 비해 비싼 값에 電力會社에 팔리고 있다.
金 本部長은 “消費者 立場에서 當場은 海上風力의 單價가 다른 發展과 比較할 때 競爭力이 없는 것이 事實”이라면서도 “海上風力을 包含한 新再生에너지는 向後 人類의 安全과 氣候變化 問題를 생각하면 決코 比較할 수 없는 價値를 가지고 있다”고 强調했다.
美國 에너지情報廳(EIA)은 2022年이면 1MWh(메가와트視·1MWh는 1000kWh)當 發電 費用이 風力은 55.2달러(藥6萬3900원), 太陽光은 66.8달러(藥 7萬7220원)로 原子力(99.1달러·約 11萬4560원)을 크게 밑돌 것이라는 報告書를 發表했다.
英國 企業에너지産業戰略部(BEIS)의 展望도 비슷하다. 2025年 1MWh當 發電 費用이 陸上風力은 61파운드(藥 9萬1870원), 太陽光은 63파운드(藥 9萬4880원)로 모두 原子力(95파운드·14萬3080원)보다 낮아진다는 것이다. 이는 實際 發電 費用에 環境 保護 等 外部費用까지 모두 考慮하는 發展源別 ‘均等化 發電費用(LCOE)’ 槪念을 導入한 結果다.
金 本部長는 “技術的인 進展과 함께 制度的인 補完策이 마련되면 차츰 價格 隔差가 줄어들 것”이라며 “더 나은 來日을 위해 只今 우리가 무엇을 選擇해야 할지 넓은 視角으로 接近해 論議를 進行해야 한다”고 말했다.
濟州 앞바다에 棲息하는 南方큰돌고래. 海上風力發電은 海洋 生態系를 毁損하지 않는 範圍에서 開發되는 게 重要하다. 國立水産科學院 고래硏究所
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