[커버] ‘해상풍력 세미나’ 주요 발표자료 요약
[커버] ‘해상풍력 세미나’ 주요 발표자료 요약
  • 박윤석 기자
  • 승인 2013.07.08 11:16
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전력문화사(회장 고인석)는 6월 20일 라마다서울호텔에서 한국풍력산업협회(회장 이임택)와 목포대학교 LINC사업단(단장 박순영)과 공동으로 ‘6.15 풍력의 날 기념 해상풍력 세미나’를 가졌다.

세미나 주제 발표에 나선 12명의 강연자를 비롯한 200여 명의 참석자 모두 풍력산업이 국가 신성장동력 창출의 새로운 바람 역할을 할 것이라는 데 인식을 같이했다.

이날 세미나 발표내용 가운데 주요 자료를 정리해봤다.

 

해상풍력단지 내 어업 검토 필요

강금석 전력연구원 책임연구원

해상풍력은 육상풍력에 비해 발전시스템 간 이격거리 멀어 환경적 영향이나 주민생활에 미치는 직접적 영향은 적은 것으로 평가된다. 또 새로운 관광자원으로 활용 가능한 동시에 어류와 해양생물에게 서식과 산란처를 제공하는 어초 역할을 한다는 점에서 긍정적이다.

하지만 기초구조물 설치 시 발생하는 소음, 저서생물 등 해저 생태계에 대한 영향, 대규모 단지 조성 영향, 풍력시스템 운전에 따른 소음, 해저케이블에 의한 퇴적 등이 발생할 수 있다는 단점이 있다. 그래서 해상풍력단지 건설에 따른 이와 같은 피해요소 가운데 어업과 관련된 환경영향에 대해 해외사례를 연구·조사했다.

유럽풍력에너지협회(EWEA)가 발표한 해상풍력의 해양생태계 영향 보고서에 따르면 터빈 주변의 어류 개체수는 실제로 증가했다. 또 해상풍력 구조물이 인공어초나 집어 기능을 해 해양생태계에 오히려 긍정적인 영향을 주고 있다.

특히 영국 Kentish Flat의 경우 해상풍력단지 내에서 어업을 허용하고 있어 우리가 눈여겨 볼 대목이다. 영국은 이곳 해상풍력단지에 설치된 터빈 주변 반경 50m이내 접근을 금지하고 있다. 하지만 그 이외 지역에서는 자유롭게 어업활동을 할 수 있도록 허용하고 있다. 또 단지 내 어업방식의 적합성에 대해 어민들과 꾸준히 논의함으로써 상생을 길을 찾고 있다.

현재 추진 중이 국내 해상풍력단지 건설에도 불가피한 부정적 영향은 저감방안 마련이나 보상 등을 통해 산업과 어민이 공존할 수 있는 논의가 필요하다.

 

RPS제도, 시장서 가격 결정되는 수요조정제도

곽왕신 전력거래소 팀장

지난해부터 도입된 신재생에너지의무할당제도(RPS)는 50만kW 이상의 발전설비를 보유한 발전사업자에게 총 발전량의 일정량 이상을 신재생에너지로 공급하도록 의무화한 제도다.

기존 발전차액지원제도(FIT)의 경우 정부가 가격을 책정하면 시장에서 발전량이 결정되는 가격조정제도의 성격을 가진 반면, RPS제도는 정부가 발전의무량을 부과하면 시장에서 가격이 결정되는 수요조정제도의 특성을 가진다.

지난해 2.0%의 의무비율을 시작으로 올해 2.5%, 2017년 5.0%, 그리고 2022년 10.0%를 신재생에너지로 공급할 계획이다. 이 가운데 태양광은 별도 의무공급량이 정해져있다.

13개 공급의무 발전사업자는 신재생에너지 공급인증서(REC)를 확보, 공급인증기관에 제출함으로써 의무이행 사실을 증명하게 된다. 의무공급량 이행방법은 태양광과 비태양광으로 나뉜다.

태양광 의무공급량 이행방법은 ▲현물시장(월1회) ▲계약시장(연중) ▲자체건설 ▲판매사업자 선정제도(년2회) 등을 활용하면 된다. 5GW 이상 공급의무자는 태양광 의무량의 50% 이상을 이와 같은 방식으로 반드시 구매해야한다. 특히 5GW 이상 공급의무자 가운데 20GW 이상 공급의무자는 매년 20MW 이상을 판매사업자 선정제도를 통해 REC를 구매해야한다.

비태양광 의무공급량 방식은 태양광과 달리 판매사업자 선정제도가 없다. 나머지는 태양광 이행방법과 동일하다.

 

발주법 개정·REC 판매가격 인상 추진

김숙철 한국해상풍력 본부장

전 세계적으로 해상풍력에 대한 관심이 높아지고 있어 시장성 또한 높은 상태다. 우리나라도 조선과 중공업 분야 기술력을 기반으로 경쟁력을 키울 필요가 있다. 이제는 선택과 집중을 통해 해상풍력사업을 추진해야한다.

2019년까지 총 2.5GW 규모의 해상풍력단지를 건설하는 서남해 해상풍력 프로젝트는 현재 송배전설비 이용 신청서 접수를 마치고, 전기사업 허가신청서를 제출한 상태다. 실증단지(80~100MW), 시범단지(400MW), 확산단지(2GW) 단계로 건설 예정이며, 오는 9월 지역주민 의견수렴을 반영, 전원개발사업 승인신청을 추진할 계획이다.

2014년 4월 1단계 실증단지의 기초설치 작업 착수를 시작으로, 2015년 6월 시운전을 거쳐 12월 상업운전에 들어갈 방침이다.

현재 풍력시스템 공급업체로 참여하고 있는 기업은 삼성중공업, 현대중공업, 두산중공업, 효성 등 4개 기업으로 실증단지 건설 후 성능과 가격에 따라 시범단지 추진 시 배정물량에 차등을 둘 계획이다.

전력계통연계는 한전에 위탁 수행한다. 지난 4월 한국해상풍력과 한전은 서남해 해상풍력단지 개발과 관련해 전력계통 EPC 및 운영업무 수행을 위한 위수탁 협약을 체결한 바 있다. 또 해상변전소와 해저전력망 기본설계는 정부의 R&D 결과물을 활용할 방침이다.

현재 해상풍력 분야 기술력 확보를 위해 추진되고 있는 R&D 과제는 ▲서남해 2.5GW 해상풍력 개발을 위한 실증단계 연구(실증단지 인허가 용역, 실증단지 프로젝트 인증, 기초구조물 디자인 베이시스, CMS시스템) ▲그리드적응형 해상풍력발전단지 전력시스템설계 및 제어기술 개발(경과지 탐사 및 전력망 기본설계, 출력제어 시스템) ▲천해용 해상풍력 Substructure System 개발연구(실증단지 EPC 기본설계) 등으로 총 136억원 예산이 투입된다.

유지보수에 필요한 통합감시센터도 건설된다. 한전 고창전력시험센터 부지 내에 건설될 통합감시센터는 1,056제곱미터 부지에 3층 규모로 지어진다. 총 40억원 예산이 투입되며, 오는 8월 착공될 예정이다.

현재 서남해 해상풍력단지 개발에는 풀어야 할 몇 가지 현안들이 있다.

우선 산업부와 국방부가 합동으로 레이더 사각지대를 최소화하는 문제를 검토 중이다. 시범단지와 확산단지의 레이더 영향 검토는 정부 R&D로 추진할 예정이다.

서남해 해상풍력단지는 이격거리가 5km를 초과하는 관계로 전력산업기반기금 지원을 받을 수 없는 상태다. 어업피해보상을 비롯한 입지개발 촉진을 위해서라도 발주법 개정이 필요한 상황이다. 이에 따라 해상풍력시스템으로부터 반지름 5km 이내 해역을 관할하는 지자체에서 관련 사업을 지원할 수 있도록 발주법 개정을 추진할 방침이다.

수익률 확보에도 노력 중이다. 서남해 해상풍력사업은 사업성 재검토 결과 풍속이 약하고, 비용 발생이 증가했다. 추가적인 연구개발과제 발굴과 경쟁입찰을 통해 사업비 절감에 노력할 계획이다. 또 CDM UN 등록으로 탄소배출권을 확보하는 한편 REC 판매가격 인상을 추진할 예정이다.

 

해상풍력단지, HVAC로 계통연계

백남길 한국전력 신재생실 부장

해상풍력단지 건설에서 또 다른 중요한 핵심은 계통연계다. 생산된 전력을 어떤 방식을 이용해 효율적으로 육지로 끌어오느냐는 것이다.

해상풍력 계통연계 설계 시 고려할 사항은 ▲풍력터빈 용량·풍력단지 레이아웃 ▲계통연계 거리·발전용량·연계전압 ▲연계방식 결정 등이다.

해상풍력단지의 계통연계 구성방식에는 MVAC, HVDC, HVAC 등이 있는데 현재까지 대부분의 해상풍력단지는 HVAC로 계통연계를 하고 있다. 향후 대용량과 원거리 단지로 개발되는 추세에 따라 HVDC 방식이 증가할 것으로 전망된다.

HVDC 방식은 원거리 해상풍력단지에 유리한 계통연계 방식으로 HVAC와 비교해 초기 투자비용이 적게 드는 장점이 있다. 하지만 유지보수 비용 측면에서는 HVAC에 비해 불리하다.

일반적으로 200MW급 해상풍력단지 조성 시 대부분 1개 이상의 해상변전소를 설치해 계통연계에 활용하고 있다. 이는 배전급 해저케이블 사용에 따라 공사비용이 많이 발생하기 때문이다. 200MW급 이하로 개발된 해상풍력단지의 경우 해상변전소를 건설하지 않은 사례도 있다.

해상변전소는 해상풍력단지 용량의 1.1배에서 1.4배에 달하는 용량으로 건설되는데 대부분 1~2개의 주변압기가 설치된다. 현재 진행 중인 서남해 해상풍력 실증단지(100MW)에는 60MVA×2Bank 용량의 해상변전소가 설치될 예정이다.

서남해 실증단지의 계통연계 비용 구성비를 살펴보면 해저케이블 시공비(37%)가 가장 많이 소요되며 해저케이블 자재비(23.6%), 해상변전소 시공비(17.1%), 변전자재(16.2%) 등의 순이다.

 

해상풍력단지 통합 SCADA 시스템 개발 박차

이준신 전력연구원 책임연구원

전력연구원은 2011년 7월부터 서남해 2.5GW 해상풍력 개발을 위한 실증단계 연구를 진행하고 있다. 2014년 6월까지 총 260억원의 연구비가 들어가는 대규모 국책과제다.

최종목표는 국산 해상풍력시스템 실증시험장 구축지원과 성능평가에 있다. 또 해상풍력사업의 경제성, 안전성 확보, 보급 확대 등을 위한 기반기술을 개발하는데 연구의 초점이 맞춰져 있다. 아울러 확산단계(2GW)를 위한 해상풍력 자원분석과 입지평가 기술 개발도 병행 중이다.

하지만 국내에서 처음 시도되는 연구과제라 여러 가지 문제점들이 나타나고 있다.

우선 풍력시스템 공급협약 체결이 계속 지연되고 있어 단지 상세설계 용역이 순연되고 있고, 군 레이더 영향 최소화를 위한 단지배치(안)의 수정·보완이 불가피한 상황이다.

또 지지구조물 실시설계 단계에서 센서 수량, 부착위치, 기본 제원 등의 협의가 필요하고, 실증사업 지연으로 이번 과제가 종료되는 2014년 7월까지 단지 내 해상풍력시스템 설치가 불가능해 통합 SCADA 현장적용 일정을 조정할 필요가 있다.

전력연구원은 앞으로 지지구조물 건전성평가 시스템(CMS) 현장 적용 및 검증·보완을 수행하는 동시에 확산단지 기상타워 현장설치를 추진할 계획이다. 또 해양과학기술원과 공동으로 지지구조물 설계요건 검증 및 보완도 추진할 방침이다.

해상풍력단지용 통합 SCADA 시스템 개발에 더욱 박차를 가할 예정이다. 지금까지 진행한 해상풍력단지 SCADA 시스템 설계 및 제작을 지속하는 동시에 적합성 검증 시스템을 이용한 단위기기용 통합 SCADA 시스템의 시험 운용을 계획하고 있다.

 

풍력시스템 내부에 크레인 적용 유지보수 탁월

하호원 두산중공업 차장

두산중공업은 국내 풍력발전시스템 제작사 가운데 유일하게 해상풍력시스템을 직접 운영하고 있는 기업이다. 현제 제주 월정 앞바다에서 자체 개발한 3MW급 해상풍력시스템을 실증하고 있다. 지금까지 2.8GWh의 전력을 생산했으며, 실증이 끝나는 즉시 계통에 연결시켜 전력을 판매할 계획이다.

현재 두산중공업은 포스코에너지와 공동으로 제주 한경면 앞바다에 30MW 규모의 탐라해상풍력단지 건설을 추진하고 있다. 올해 4기에 이어 내년에 6기를 건설할 계획이지만 지역주민 동의에 어려움을 겪고 있는 상황이다.

두산중공업이 개발한 3MW급 풍력시스템 WinDS3000 모델은 육·해상 공용으로 개발된 제품으로 단지 풍황에 따른 터빈 적합성 평가는 물론 해상기초구조물을 포함한 부품 최적화 설계를 마쳤다. 또 발전시스템 원격제어와 운전 시 시스템 상태감시 및 운전 데이터관리를 지원하며, 태풍 피해가 많은 국내 자연환경에 적합하도록 각종 태풍 상황 시 안정적인 운전과 정상출력 운전 기록을 보유하고 있다. 아울러 염분 피해 방지를 위해 나셀냉각장치를 밀폐형으로 구성했다. 육·해상풍력시스템에 동시 적용 가능하며, 별도의 설계변경이 필요 없다.

특히 해상풍력시스템의 단점 가운데 하나인 유지보수 비용을 절약할 수 있도록 나셀 내부에 독자 개발한 크레인을 적용했다. 일반적으로 터빈에 이상이 발생하면 전용 선박과 대형 크레인을 이용하게 되는데, WinDS3000 모델은 나셀 내부에 있는 크레인을 내려 작업할 수 있어 소형 선박으로도 충분히 작업 가능하다.

 

경제성 높은 기초구조물 기술개발 필요

정광회 현대건설 차장

신재생에너지원으로서 풍력발전의 경쟁력은 대용량·대단지화에 따른 그리드 패리티 달성이다. 이 가운데 해상풍력은 기술력 면에서 어느 정도 성숙단계에 도달했기 때문에 비용을 낮출 수 있는 분야는 지지구조물 뿐이다. 지지구조물 제작과 설치비용 절감 폭을 최대 40%까지 늘릴 수 있을 것으로 예상된다.

지지구조물 기술개발이 필요한 이유 가운데 하나는 해상장비 대형화에 따른 비용 증가 때문이다. 일반적으로 5MW 해상풍력시스템 설치에 1,000톤급 전용선이 필요하다. 해상풍력 전용선의 경우 하루 대여에만 수억원이 들고, 1척당 가격이 수천억원에 달해 일반 기업에서 보유하기란 큰 부담이다.

지지구조물 형식에는 모노파일, 중력식(GBS), 쟈켓방식 등이 있는데 현재까지는 모노파일 방식이 가장 많이 사용되고 있다. 세계적으로 다양한 지지구조물 기술개발이 이뤄지고 있는데 육상에서 아예 블레이드까지 조립해서 시공하는 방식에 관심이 모아지고 있다.

국내에서는 수심 50m 정도 조건에서 버켓기초시스템을 개발해 체계화한 대구경 대수심 기초구조물 시공시스템 개발과 수심 40m 이내 해상에서 5MW 이상급 풍력발전시스템 및 타워를 안전하고 경제적으로 지지할 수 있는 고정식 Substructure시스템이 개발 중이다.

특히 콘크리트를 베이스로하고 중력식과 파일식을 혼합한 하이브리드 지지구조시스템도 각광을 받고 있다. 이 형식은 분할시공이 가능해 전체 중량을 줄일 수 있으며, 진동과 소음이 적어 해양 생물 피해를 최소할 수 있다. 또 시공과 해체작업이 용이해 경제적이다.


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