신재생에너지 중 가장 경제적인 에너지원으로 각광받고 있는 풍력에너지가 점점 대형화 되면서 해상으로 옮겨가고 있다. 풍력발전기의 대형화에 따라 설치장소의 한계 및 소음, 조망권 침해 등 여러 문제점이 발생하자 이를 해결할 수 있는 공간으로 자연스럽게 ‘바다’가 가장 적합한 대안으로 떠오르고 있기 때문이다.

바다는 방대한 영역과 주기적으로 부는 강한 바람, 소음과 시각적인 위압감을 염려할 필요가 없는 공간이라는 점에서 향후 풍력발전기 건립의 최적지로 급부상하고 있는 것이다.

풍력발전의 최적지로 바다로 이동

해상에 풍력발전기를 설치하면 난류가 적고 풍속이 육상보다 빨라 발전량이 늘고 피로하중을 줄일 수 있는 장점을 갖고 있다. 또한 유사한 조건의 육상 풍력발전과 비교해서도 1.5배의 발전량을 얻을 수 있다.

이 같은 장점을 무기로 육상풍력단지에서 해상풍력단지로 시선이 바뀌어 가고 있고 풍력산업의 중심이 바로 ‘해상풍력’이 될 것이라는 주장에 설득력을 얻어가고 있다.


해상풍력 중심의 유럽

지금까지 해상풍력은 유럽을 중심으로 시장이 형성됐다. 지난 1991년 덴마크의 Vindeby에 세계 최초로 450kW급 풍력발전기 11기의 해상풍력단지가 설치된 이후, 지난해까지 전 세계적으로 1422.6MW에 총 610기의 해상풍력발전기가 설치돼 꾸준한 발전을 보이고 있다.

이 가운데 영국과 덴마크가 각각 588.4MW, 398.55MW로 가장 큰 설치용량을 보여하고 있다. 이밖에 네덜란드, 프랑스, 독일, 스페인, 이탈리아 등 유럽 국가들의 해상풍력발전단지 개발이 계획돼 있거나 추진되고 있는 상황이다. 오는 2013년 이후에는 미국과 중국, 아시아 국가들도 해상풍력시장에 뛰어들 것으로 예상되고 있다.

2007년 유럽풍력에너지협회(EWEA) 보고서에 의하면 정부의 적극적인 지원을 등에 업고 유럽에만 모두 40GW의 해상풍력시장이 형성될 것으로 전망하고 있다.

덴마크, 해상풍력 포함한 풍력강국으로 우뚝

해상풍력단지를 운영하고 있거나 계획 중인 몇몇 나라를 살펴보면 다음과 같다.

우선 세계 풍력발전시장 점유율 1위를 달리고 있는 덴마크는 석유 ‘제로’ 프로젝트를 추진하며 2050년까지 필요전력의 100%를 신재생에너지로 충당하려는 야심찬 계획을 갖고 있다.

그 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있는 것이 풍력산업이며, 현재 육상풍력의 입지적 한계와 소음, 환경적인 문제에 대한 해답을 해상풍력에서 찾았다. 세계 최대 Nested 해상풍력단지를 포함해 육해상에 모두 5500기, 3150MW의 풍력발전기를 가동 중인 명실상부한 세계 최고의 풍력발전국 대열에 서 있다.

북해와 발트해를 중심으로 2030년까지 20-25GW의 해상풍력 설치용량을 추진 중인 독일은 연간 1억kWh를 생산하도록 해 국내 전력사용량의 최대 15%를 해상풍력으로 충당한다는 계획이다. 특히 얕은 수심 연안에 설치돼 있던 해상풍력단지의 한계를 넘어 1억4500만 유로를 투자해 해상 12마일(19.3km)지점에 단지를 설치하려는 야심찬 계획을 마련해 놓고 있다.

현재 총 8개의 가장 많은 해상풍력단지를 보유한 영국은 연간 1.54TWh의 전기를 발전하고 있으며 32만5000가구의 전력을 생산, 130만 톤의 이산화탄소 저감, 2000명의 고용효과를 창출하고 있다. 여기에 그치지 않고 지난 2001년부터 시작된 Round 1-3개발 계획에 따라 2020년까지 33GW의 발전용량을 확충하는 것으로 목표로 하고 있다.

풍력에너지는 무공해, 무연료 에너지원이자 신재생에너지 중 가장 경제적인 에너지원으로 각광받고 있다. 특히 기술,사업적으로도 성숙돼 있어 전 세계 시장규모가 매년 20%씩 증가하고 있는 것으로 예상되고 있다.


중국, 한국 등 아시아도 해상풍력 적극 추진

아시아 최초로 해상풍력단지를 완공할 예정인 중국은 2010년 상하이박람회 개최를 계기로 전력을 공급할 예정이며, 3MW급 풍력발전기 34기로 총 100MW를 발전해 10만 가구에 전력을 공급할 계획이다. 최근에는 풍력발전기술의 급속한 성장을 보이고 있으며 향후 해상풍력 발전 10대 국가에 진입할 것으로 예상된다.

한국의 해상풍력단지 조성을 통한 발전량은 연간 20.1TWh에 달한다. 특히 제주도와 남해상의 해상풍력자원이 우수한 것으로 나타났다. 현재 정부는 지식경제부를 중심으로 풍력에너지 분야를 신성장동력산업의 하나로 선정, 전략 로드맵을 확정했고 적극적인 지원을 아끼지 않고 있다. 특히 미래시장 선점을 위한 원천기술로 ‘부유식 해상풍력 시스템 개발’을 선정, 향후 벌어질 해상풍력산업의 국제 경쟁력을 갖춰 나가고 있는 실정이다.

또한 국내 기업 및 지자체의 해상풍력단지 추진을 위한 다양한 투자협약도 활발하게 진행하고 있다. 이런 지원과 노력이 맞물려 풍력발전 산업은 2012년 5만개의 일자리를 새롭게 창출할 것으로 보고 있다. 수출액만 18조원에 달해 세계 시장 점유율도 5%에 이르게 된다. 나아가 2030년에는 50만명의 일자리와 500조원의 수출, 30%에 이른 세계시장 점유율을 기록하는 등 엄청난 성장동력이 될 것으로 기대하고 있다.

해상용 풍력발전기는 육상용 풍력발전기와 동일한 설계 및 제조기술이 적용된다. 수명은 20년에 달한다. 각 요소는 염분으로 인한 부식을 방지하도록 특별히 설계되고 코팅된다. 대체적으로 육상보다 대용량의 풍력발전기가 적용되며 3-5MW급이 대부분을 차지한다. 5MW급 풍력발전기의 회전익(로터) 직경은 126m에 이른다.

해상용 풍력발전기는 설치되는 해양의 수심과 파도, 지반의 상황에 다라 지지하는 기초구조물의 특징이 달라지며, 고정식과 부유식 등으로 나눠진다. 현재 기술 수준에서는 다양한 고정식 기초 중에서도 25-30m 수심의 해저면에 대구경의 파일을 고정하는 모노파일이 가장 많이 적용되고 있다. 대단위로 단지를 조성할 경우 경제성이 좋으나 부재에 대한 피로 하중이나 부식문제가 발생하기도 한다.

기술선점 통한 해상풍력 경쟁력 갖춰야

또 다른 고정식으로 자켓(Jacket)식이 있으며 보다 깊은 수심(20-80m)에 자켓식 구조물로 지지하는 방식이다. 기존 해양 구조물에 있어 성공사례들이 많아 신뢰도가 높은 편이며 영국에서 이를 적용한 프로젝트가 진행되고 있다.

그러나 미래 심해상 풍력발전에 있어 가장 중요한 연구분야는 바로 부유식 기초개발이다. 실현 가능하면서 경제적인 부유식 기초를 개발하기 위해 많은 산업체들이 기술개발에 나서고 있지만 상업화할 수 있는 기술을 개발하기까지 적어도 10-15년이 걸릴 것으로 예상되고 있다.

상대적으로 해상풍력 후발주자인 우리나라의 경우 빠른 시일 내 이러한 기술들을 획득해 해상풍력발전 산업을 둘러싼 향후 시장 경쟁구도에서 기술 선점을 통한 경쟁력을 확보해 나가는 방안이 절실하다는 게 전문가들의 의견이다.