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산업통신망의 새로운 시장으로 부각되는 신재생에너지원 풍력발전

유럽에 이어 미국과 아시아시장에서도 신재생에너지원인 풍력발전에 대한 산업 비중이 점차 증가하고 있다. 더구나 풍력발전이 소규모에서 대규모 단지화되면서 각각의 발전기의 정보 데이터를 통합하는 산업 통신 네트워크에 대한 수요도 크게 증가할 전망이다. 이에 국제적인 풍력발전에 대한 시장현황을 알아본다.

고유가가 지속되고 환경오염에 대한 국제사회의 규제가 강화됨에 따라 전세계적으로 기존 화석에너지를 대체할 신재생에너지 개발에 적극적인 노력을 경주하고 있다. 그 중에서도 풍력은 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높아 2005년까지 지난 10년간 발전용량기준 연평균 28.5%, 신규 설치용량기준 연평균 24.5%의 고성장세를 기록한 것으로 나타났다. 최근들어 가장 부각되는 대표적인 신재생에너지원으로 자리잡고 있는 것이다.

이러한 고성장에도 불구 아직 풍력발전이 전체 전력생산에서 차지하는 비중은 미미하며 고유가, 자원고갈, 대기환경오염 등을 해결하기 위한 각국의 정책적 노력을 감안하면 풍력발전산업의 성장잠재력은 여전히 크다. Global Wind Energy Outlook 2005(GWEC)에 따르면 2005년 이후 세계 풍력발전용량은 연평균 17.9% 증가할 전망이며 신규 설치용량도 연평균 9.1% 늘어날 전망이다.

국내 풍력발전시장은 아직 초기단계이나 향후 전망은 밝아 정부는 2011년까지 신재생에너지 보급비율을 5.0%까지 확대할 것을 목표로 하고 있다. 이에 관련 산업에 대한 지원을 확대하고 있으며, 그 중에서도 풍력을 3대 핵심분야로 선정, 2012년까지 총발전량의 1.8%를 담당하게 할 계획이다. 따라서 국내 풍력발전시장은 아직 초기 단계이나 정부의 지원 하에 향후 성장세가 본격화될 것으로 기대된다.

풍력발전이란

풍력발전이란 풍차를 이용해 바람 에너지를 회전자(Rotor)를 통한 기계적 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전력을 얻는 발전 방식이다. 풍력발전은 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높아 일찍이 풍력발전산업이 발달한 유럽은 물론 최근에는 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있다.

풍력발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력발전기와 수평축 풍력발전기로 구분된다. 현재까지 수직축에 비해 수평축 풍력발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력발전기가 적용된다. 수평축 풍력발전기는 바람이 가진 에너지를 회전력으로 변환시켜주는 로터(Rotor; 회전날개와 회전축으로 구성), 회전력을 전기에너지로 변환시켜 주는 나셀(Nacelle; 기어박스, 발전기, 제어장치 포함), 풍력발전기를 지탱해주는 타워(Tower)로 구성된다. 나셀은 다시 동력전달방식에 따라 간접구동형(Geared Type; 정속운전 유도형 발전기 사용, 증속기 필요)과 직접구동형(Gearless Type; 가변속 운전동기형 발전기 사용, 인버터 필요)으로 나뉘며 간접구동형이 상대적으로 경제성이 우수하고 품질 좋은 전기를 생산하는 것으로 알려져 있다.

세계 풍력발전시장의 현황 및 전망

지난 1995년말 4,800MW에 불과하던 세계 풍력발전용량(누적)은 이후 연평균 28.5%의 급증세를 기록하며 2005년말 59,084MW로 확대됐다(Global Wind Energy Council, GWEC). 연간 신규 설치용량도 1995년 1,290MW에서 2005년 11,531MW로 연평균 24.5%의 증가세를 기록 중이다. 특히 2005년은 신규 설치용량이 전년대비 40.5% 증가해 사상 최대치를 기록했으며, 따라서 세계 풍력발전설비시장 규모도 140억달러를 넘어선 것으로 추산되고 있다.

유럽에서 미국과 아시아로 확대

세계 풍력발전시장은 일찍이 풍력발전산업이 발달한 유럽이 여전히 전체 시장 성장을 주도하는 가운데 최근 들어 북미와 아시아가 가세하며 고성장세를 이어가고 있다. 2005년말 지역별 풍력 발전용량은 유럽이 40,904MW로 세계 풍력발전능력의 69.2%를 차지하고 있으며, 북미가 9,832MW로 16.6%, 아시아가 6,982MW로 11.8%를 차지하고 있다. 2005년 신규로 설치된 용량도 유럽이 6,316MW로 전체 신규 설치용량의 54.8%를 차지하고 있으며, 북미와 아시아가 2,670MW와 2,199MW로 각각 23.2%와 19.1%의 비중을 차지하고 있다. 특히 북미와 아시아, 태평양지역은 신규 설치용량이 전년대비 각각 37.1%, 45.9%, 58.5% 증가해 풍력발전에 대한 투자규모가 급격히 증가하고 있음을 알 수 있다.

국가별로는 2005년말 18,428MW의 풍력발전용량을 보유한 독일이 1위를 유지하는 가운데 스페인과 미국이 각각 10,027MW와 9,149MW로 2위와 3위를 차지하고 있다. 신규 설치용량 기준으로도 독일 1,808MW, 미국 2,431MW, 스페인 1,764MW로 상위 3개국이 전체 시장의 52.1%를 차지하며 세계 풍력발전시장의 성장을 주도하고 있다. 최근 풍력발전에 유리한 환경과 높은 기술수준을 확보하여 풍력발전산업이 급성장 중인 인도는 1,430MW를 증설하여 풍력 발전산업 선진국인 덴마크를 제치고 설치용량기준 세계 4위로 올라섰으며 발전수요가 크게 증가하고 있는 중국도 498MW를 증설함으로써 세계 시장점유율을 8위권으로 끌어올렸다. 특히 높은 경제성장과 세계 최대의 이산화탄소 배출국인 중국은 풍력발전 설치용량을 2010년까지 5,000MW, 2020년에는 3만MW까지 확대할 계획에 있어 향후 대폭적인 성장이 기대되고 있다.

이와 같이 풍력발전시장의 고성장세에도 불구하고 풍력이 각국의 전력생산에서 차지하는 비중은 여전히 미미해 성장잠재력이 매우 크다. 풍력발전산업의 선진국인 덴마크와 스페인이 각각 전체 전력생산량(2005년기준)의 20%와 8%를 풍력발전을 통해 얻고 있을 뿐, 발전용량기준 세계 1위인 독일의 풍력발전 비중도 전체 전력생산량의 5.5%에 불과한 실정이며 유럽 전체로는 2%대에 머무르고 있다. 여기에 고유가와 자원고갈, 대기환경오염 등을 해결하기 위한 각국의 정책적 노력을 감안하면 향후 풍력발전산업의 고성장세는 장기간 지속될 전망이다.

Global Wind Energy Outlook 2005(GWEC)에 따르면 2005년 이후 세계 풍력발전용량은 향후 5년간 연평균 17.9%의 증가세를 기록할 전망이며 이에 따라 2010년에는 2005년의 2배가 넘는 134.8GW로 성장할 전망이다. 또한 신규 설치용량도 2005년 11.5GW에서 연평균 9.1% 증가하여 2010년에는 17.8GW로 확대될 전망이며 이에 따라 세계 풍력발전설비시장도 340억 달러 규모로 대폭 성장할 것으로 예상된다.

풍력발전시장의 고성장에 힘입어 핵심설비인 풍력발전기시장도 현재 생산능력의 한계로 인해 주문 후 인도까지 최소한 2년이 소요될 만큼 호황을 누리고 있다. 2005년 기준 세계 풍력발전기 시장은 Vestas(덴마크), GE Wind(미국), Enercon(독일), Gamesa(스페인) 등 4사가 71.7%를 차지하고 있으며, Suzlon(인도), Siemens(독일), Repower(독일) 등이 뒤를 따르고 있다. 구체적으로 살펴보면, 덴마크 Vestas가 27.9%로 최대의 시장점유율을 보이고 있으며, GE Wind는 17.7%, Enercon은 13.2%, Gamesa는 12.9%의 세계 시장을 점유하고 있다.

특히 이중에서도 Suzlon은 인도 풍력발전시장의 고성장에 힘입어 2002년 이후 연평균 145.2%의 매출액 성장률을 기록하며 초고속 성장세를 시현하고 있다. 향후에도 풍력발전 증설 규모가 매년 9.1%의 성장세를 기록할 것으로 예상되는 만큼 풍력발전기업체의 수혜도 상당기간 지속될 것으로 전망된다.

독일, 유럽 풍력 발전의 핵심

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지난 4월 20일 제주에서 개최된 ‘KWEA/IAE 풍력발전 워크샵’에서는 독일을 중심으로 한 유럽에서의 풍력발전에 대한 최근 동향을 확인할 수 있었다. 독일풍력발전연구소의 자료에 따르면, 2007년 1월 현재 독일내 풍력 발전용량은 총 2만 621MW로 7만 4,223MW로 분석되고 있는 전세계 풍력발전 비중의 약 30%에 육박하고 있는 것으로 나타났다. 현재 총 1만 8,685개의 풍력발전기가 독일에 설치되어 있으며, 이중 2006년 한해동안 2,223개가 신규로 설치됐다.

2006년 독일 풍력산업 매출액은 60억 유로를 넘어섰으며, 이중 71%가 해외시장에서 얻은 것이다. 독일은 세계 최대 풍력발전 용량 보유국으로 신규 풍력 발전 단지가 설립될 공간이 점차 줄어들고 있기 때문에 수출 등 해외진출 전략을 추구하고 있는 것으로 분석된다. 특히 2005년 2월 쿄토의정서 발효 및 화석에너지 고갈 등의 문제로 최근 들어 국제적으로 풍력발전에 대한 수요가 급증하고 있는 상황에서 독일 풍력업계의 매출액은 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. 특히 매출액 대비 해외시장 비중이 급격히 증가할 것으로 보인다.

육상 풍력 발전 단지 분야에서 많은 실적을 보유하고 있는 독일이지만, 장기적으로 볼 때 해상 풍력발전에 대한 투자가 이뤄질 전망이다. 현재 독일의 북해 및 동해 지역에 총 40건의 해상풍력발전단지를 건설하는 프로젝트가 계획중인 것으로 나타났다. 또한 독일연방정부는 2011년까지 1500MW, 2030년까지 2만MW~2만5천MW 발전용량의 해상풍력단지 건설을 목표로 하고 있다.

현재 독일내에 설치된 해상풍력발전단지는 실증연구단계의 2건이 있다. 하나는 Nordex사가 투자한 Rostock시 인근의 2.3MW 발전단지이다. 다른하나는 Enercon사가 투자한 Emden시 인근의 4.5MW 발전단지가 있다.

해상 풍력의 경우, 발전기 제조기술에서 설치기술에 이르기까지 육상풍력과 대비해 고도기술을 요하며, 특히 발전 설비 및 발전 현황에 대한 데이터 정보에 대한 통신이 무엇보다도 중요하다. 따라서 투자 비용 또한 높고 12개의 관할기관 허가를 득해야 하는 등 독일 정부의 승인 허가절차가 상대적으로 복합하다. 그럼에도 발전 효율성과 기술개발면에서 경제적 이득효과가 막대해 독일의 미래 성장산업으로까지 추진되고 있는 중이다.

풍력발전의 장점

풍력발전은 에너지원으로 바람을 이용하기 때문에 고갈될 염려가 없으며 기존 화석연료를 이용한 화력발전이나 우라늄을 이용한 원자력발전 등과 달리 발열에 의한 열공해, 대기오염, 방사능 누출 등 환경오염의 문제도 없다. 한국에너지기술연구원에 따르면 200KW급 풍력발전기 1기가 1년간 400,000KWh의 전력을 생산한다고 가정할 경우 석탄 120~200톤을 대체하는 효과가 있으며 이에 따라 줄어드는 공해 물질의 배출량도 연간 SO2가 2~3.2톤, Nox는 1.2~2.4톤, CO2는 300~500톤, 슬래그과 분진은 16~28톤에 달하고, 부유 물질도 연간 약 160~280㎏이 억제되는 효과가 있다.

발전단가 측면에서도 풍력발전은 로터길이가 길어지고 출력이 확대되는 등 효율이 지속적으로 향상됨에 따라 이미 화석연료를 이용한 기존의 발전방식과 경쟁이 가능한 수준까지 낮아져 있다. 입지가 좋고 효율이 높은 해외 대형풍력단지의 경우에는 과거 80년대 중반의 10분의 1 수준인 35원/KWh(3.5~4센트/KWh, Vestas)까지 발전단가가 떨어져 석탄 39.1원/KWh, 석유 119.1원/KWh, LNG 133.3원/KWh, 원자력 38.7원/KWh(이상 한국전력 2006년 9월기준) 등과 비교할 때 오히려 경제적인 상황이다.

또한 2005년 2월 교토의정서가 발효되면서 온실가스 감축을 위한 각국의 노력과 함께 배출권 거래(Emission Trading: 온실가스 감축의무가 있는 국가에 배출쿼터를 부여한 후, 동 국가간 배출쿼터의 거래를 허용하는 제도)도 활성화되고 있는데, 풍력발전은 UN의 승인을 통해 풍력발전으로 얻어진 온실가스 감축실적을 판매할 수 있어 추가적인 수익을 거둘 수 있다.

국토의 효율적 이용 측면에서도 풍력발전은 경쟁력을 확보하고 있는데, 발전방식에 따른 소요 면적이 풍력은 1,335㎡/GWh인데 반해 석탄 3,642㎡/GWh, 태양열 3,561㎡/GWh, 태양광 3,237㎡/GWh로 가장 작은 면적이 필요하며, 풍력발전단지 중 실제 풍력발전시스템이 차지하는 면적은 전체의 1%에 불과하며, 나머지 99%의 면적을 목축, 농업 등의 다른 용도로 이용할 수 있어 효율적이다.

국내 풍력발전시장의 현황 및 전망

국내 풍력발전시장은 가파른 성장세를 기록하고 있는 세계 풍력발전시장과 달리 아직은 초기단계에 머무르고 있다. 2005년기준 국내 풍력발전량은 125.3GW로 총발전량의 0.04%(산자부, 국가에너지ㆍ자원기술개발기본계획)에 머무르고 있으며 설치용량도 2005년말 99MW로 인도(4,430MW)와 중국(1,260MW), 일본(1,078MW)에 이어 아시아에서 4위권이나 여전히 격차가 큰 상황이다.

그러나 2006년 10월 국내 최대규모인 98MW급 강원풍력발전이 준공됐고, 강원도와 제주도 등 풍질이 좋은 지역을 중심으로 풍력발전단지 개발 및 개발을 위한 조사가 활발히 진행되고 있어 향후 성장 속도가 빨라질 전망이다.

특히 2003년 정부가 신재생에너지 기술개발ㆍ보급 기본계획을 수립하고 2004년 실행계획을 마련하여 2004년 2.3%에 머무르고 있는 신재생에너지 보급률을 2006년 3.6%, 2011년 5.0%까지 확대할 것을 목표로 관련 기술개발 및 보급지원 정책을 적극 추진하고 있어 관련 산업의 본격적인 성장이 기대되고 있다. 그 중에서도 풍력은 보급 잠재력 및 산업적 파급효과가 큰 수소/연료전지, 태양광과 함께 3대 핵심 분야로 선정되어 2012년까지 발전용량을 2,237MW까지 확대하며 총발전량의 1.8%를 담당하게 될 전망이다.
최근 국가에너지위원회에서 발표한 중장기 에너지계획인 ‘에너지비젼 2030’에 따르면 2030년까지 국내 에너지소비량의 자주개발률을 해외에서의 석유, 가스 등의 개발을 통해 35.0%로 높일 계획이다. 또한 2005년기준 44.3%에 달하는 석유의존도도 35.0%로 낮추며, 신재생에너지 비중도 9.0%까지 확대할 계획에 있어 관련 산업의 장기적 수혜가 기대된다.

한편 국내 풍력발전시장의 성장을 위해서는 전량 수입하고 있는 풍력발전기를 국산화함으로써 발전단지의 건설원가를 낮추어야 한다. 특히 우리나라는 산지가 많아 유럽에 비해 상대적으로 입지조건이 불리하며 이에 따라 발전효율도 낮다. 따라서 한국 기후에 맞는 풍력발전기의 개발이 절실하다. 정부는 금년까지 750KW~2MW급 중대형 풍력발전기의 개발을 완료하고 2008년부터 이를 보급할 계획이며 2009년까지 3MW급 해상용 풍력발전기를 개발함으로써 향후 해상풍력발전단지 개발에도 나설 계획이다.

아이씨엔 매거진 2007년 10월호

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