선진국들은 21세기 에너지 문제(자원 고갈, 고유가, 환경 보전)를 해결하기 위해 ‘신재생에너지기술개발 및 보급정책’을 정부주도로 적극 추진 중에 있으며, 풍력, 태양광 등의 세계적 보급률은 각 나라마다 정부지원에 힘입어 매년 30%이상 높은 보급 성장률을 보이고 있다. 경제성 부족에도 불구하고 이와 같이 보급촉진을 지원하는 목적은 시장기반 확보를 토대로 각국이 세계시장을 선점하려는 포석임을 알 수 있다. 또한 신재생에너지 산업은 기존에너지원 대비 가격경쟁력 확보시 IT, BT, NT산업과 더불어 우리나라의 차세대 성장 동력이 될 수 있는 미래 산업으로도 전망된다.

최근에 에너지의 합리적인 이용과 청정연료의 지속적인 보급 확대가 눈에 띄게 부각되고 있으며 특히 신재생에너지는 환경 친화적인 청정에너지로서 화석에너지 고갈, 국제 환경규제강화로 인해 향후에 주요 에너지원으로 부상될 전망이다. 선진국은 기후변화협약과 관련해 온실가스 감축의무를 준수하고 지속가능한 경제발전을 위해 신재생에너지 개발보급목표를 정해 중점적으로 투자하고 있다. 풍력·태양광 등의 신재생에너지 세계시장도 연평균 20~30% 급신장하고 있으며 OECD국가의 신재생에너지비중은 2006년 6.2%에서 지속적으로 증가할 전망이다.

이중 에너지관리공단 신재생에너지보급실 천석현 팀장의 기고를 통해 국내에서도 각광받고 있는 풍력발전의 현주소와 향후 전망을 알아보자.

풍력발전 분야는

풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동에너지의 공기역학적 특성을 이용, 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 이러한 기계적 에너지에서 발생하는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급하는 기술을 말한다.

풍력발전의 장점으로는 탁월한 경제성(외국의 경우 풍력발전 단가가 4~5￠/㎾h)이며, 용량대비 필요 면적으로 볼 때 효과적으로 부지 이용이 가능하다. 또한 관광산업으로의 개발이 가능하고, 고지대·낙도 등 고립지역에서는 독립적인 발전으로도 이용된다. 그리고 자동운전으로 관리비 및 인건비 절감이 될 수 있으며 공해 및 폐기물의 배출이 없는 친환경성 발전기술이다. 다만 단점으로는 국내 여건상 육상부지 확보에 한계(환경규제, 민원, 유휴지 부족 등)가 있으며, 고액의 초기 투자비용이 소요된다는 점이다. 그리고 용량이 지나치게 커지면 전력계통 불안을 야기할 가능성이 존재하고, 소음·그림자·조류 피해·전파 방해 및 주변 경관 훼손 등의 우려가 제기될 수 있으나, 선진 각국은 풍력발전기의 적합한 설치기준을 정해 사회적 수용성문제해결에 노력하고 있다.

세계 풍력 시장 현황

2007년말까지 세계 풍력발전기 보급 현황은 누적 기준으로 9만4005㎿이며, 2007년 한해에만 1만9791㎿가 보급·설치됐다. 2002년 이후 최근 5년간 평균치가 24%로서 급격한 증가율을 나타내고 있다.

세계 각 지역별 설치현황은 유럽의 설치 비중이 41.9%로 가장 높고, 아메리카가 29%, 아시아가 25% 순이며, 특히 아시아 부분이 높은 것은 최근 보급이 크게 증가하고 있는 중국 및 인도 등의 영향이 크다.

세계 풍력설비 제조업체 점유비율은 베스타스(22.8%), GEWIND(16.6%), 가메사(15.4%), 에너콘(14%) 순이며, 중국의 GOLDWIND(4.2%)가 세계 Top 10 메이커에 포함된 것이 특징적이다. 세계 Top 10 메이커 이외 업체들의 점유비율도 2007년도에 크게 증가해 소규모 업체의 경쟁력 향상 및 시장 확대를 추측할 수 있음을 알 수 있다.

세계풍력발전량은 2007년 말 기준으로 194.16TWh로서 전 세계 총 전력생산량 1만9189TWh의 1.01%를 차지하고 있으며, 2012년에 2.68%, 2017년에 5.93%를 차지할 것으로 전망되고 있다. 

세계 시장 규모는 2007년에 400억달러 규모이며, 2012년에는 1125억달러로 급성장 될 것으로 예측된다. 향후 세계풍력발전 보급전망은 연도별로도 급성장해 2012년에 290㎿, 2017년에는 700㎿까지 증가할 것으로 예측된다.

또한 2007년말까지 해상풍력 설치현황은 총 1077㎿ 설치됐으며, 전체 풍력보급 실적(94GW) 대비해 1.1%를 나타내며, 향후 해상풍력발전은 점진적으로 증가할 것으로 예측되어 2012년에는 4.7% 보급률에 이를 것으로 전망하고 있다.

국내 풍력발전기 보급현황으로는 중대형 풍력발전기의 대부분이 수입에 의존하고 있으며, 타워 및 기초구조물만이 국내 기업에서 제작 및 시공되고 있다. 보급량으로는 200㎾이상의 중대형 설비기준으로 2007년 말 까지 총 127기(193㎿)가 설치가동중이며 이중 덴마크 베스타스사 제품이 98%를 차지하고 있다.

세계는 지금 풍력에 ‘올인’

선진국들은 풍력산업의 중요성을 예측해 세계풍력발전시장의 선점을 위한 정책 및 기술개발강화로 경쟁력을 갖추려 하고 있다.  

독일은 총 전력수요량에 대해 2010년까지 12.5%, 2020년까지 20%를 재생에너지 전력공급목표로 설정하고 있다. 풍력분야 고용인원도 2006년 기준으로 8만1000명이며 재생에너지 전체 고용인원(23만5600명)의 35%를 차지하고 있다. 독일 연방정부는 2006~2009년에 총 1600만€(유로) 규모를 투자하는 24개의 풍력 프로젝트를 추진 중에 있으며, 주요 연구내용으로는 비용저감, 신뢰성 향상, 관리 최적화, 계통통합, 해상풍력기술 등에 박차를 기하고 있다. 연구투자비도 에너콘사의 E112(4.5~6㎿급)에 180만유로, 말티브리드사의 M5000(5㎿급)에 420만 유로를 투자하고 있다. 해상풍력 관련 연구지원 프로그램으로는 FINO 1~3가 있으며 총 2250만유로를 투자할 계획이다.

덴마크는 에너지정책 2025 발표(2007.1.19)에서 2025년까지 재생에너지의 목표 비중을 30%까지 증가시킬 계획이다. 2006년 풍력발전량은 덴마크 총 전기수요량 36.357TWh의 16.8%(6.108TWh)를 차지하고 있다. 2007년 재생에너지 R&D 정부투자실적은 4만4800만DKK이며 전년대비 23% 증가했다. 주요 연구내용으로는 대형 복합재료 블레이드 설계기술 개선, 해상풍력발전기에 있어서 토양과 구조물의 상호작용, 응용 공탄성, 풍력발전기설계 개선, 해상풍력 실증연구, 해상용 초대형 발전기 기초연구 등 수행 중이다. 또한 단지면적 44㎢에 설치용량 4600㎿이르는 23개 해상단지를 계획 중이며, 총 소비에너지의 경우 8%, 총 전력생산량 18TWh의 50%를 담당할 계획이다. 또한 기존 단지에 대용량 발전기를 대체설치(Repowering)함으로써 설치용량은 증가했으나 총 설치기수는 감소하는 특성을 보였다. 전반적으로 풍력보급시장이 정체상태이나 해상풍력단지는 확대 추진 중이다. 현재까지 Vindeby 5㎿(1991), Tuno Knob 5㎿(1995), Middelgrunden  40㎿(2001), Horns Rev 1 160㎿(2002), Samsoe 23㎿(2003), Roenland 17㎿(2003), Frederikshavn 10.6㎿(2003), Nysted-Roedsand 165㎿(2003) 등에 총 425.5㎿가 설치가동 중이며, Grena 6㎿, Horns Rev 2 200㎿(2009), Roedsand 2 200㎿(2010) 등은 설치계획 중에 있다.

미국은 풍력에너지 비전 제시로 2030년까지 풍력에너지 비중의 20%를 계획 중이며, 이를 통해 1억1600만㎿h 전력을 생산하고, 전력부문 석탄소비 18% 및 가스소비 50% 감소시키고, 이산화탄소 8만2500만톤 감소는 물론 50만개 일자리 창출을 기대하고 있다.

2007년 미국 에너지부의 풍력에너지 R&D 예산은 4930만 달러로 전년 대비 24% 증가(2006년 3990만달러)했다. 대형 풍력시스템의 발전비용 저감목표는 육상풍력의 경우 3.6센트/㎾h(2012년까지 Class4지역), 해상풍력은 7센트/㎾h(2014년까지 Class6지역)이다. 현재 Class4지역은 4~9센트/㎾h다. 현재 정부지원 하에 2개의 발전기 제작업체가 대형풍력발전기 개발 중이다. Clipper Windpower사는 2.5㎿급 시스템을 실증 중이고, GE Energy사는 최신 제어·진단 시스템, 기어박스, 구동시스템, 신소재 블레이드가 장착된 3~5㎿ 시스템을 설계제작중이며, 해상용 대형 풍력발전기도 개발 추진 중에 있다. 이외에도 Northern Power System이 ㎿급 풍력발전기 개발을 추진 중이며, 일부 기업(Bergey Windpower, NPS 등)에서는 경제성 있는 100㎾급 이하 소형풍력발전기 개발도 수행 중에 있다.

국내 현황과 향후 전망

국내에서는 2002년 12월에 ‘제2차 국가에너지 기본계획’수립시 총 1차에너지 기준으로 신재생에너지 공급비중을 2006년 3%, 2011년 5%로 설정했다. 풍력분야는 시스템의 국산화 및 대형화 개발로 2012년까지 2250㎿의 발전시설 공급을 목표로 정했다. 현재 주요 연구 추진실적으로는 750㎾급의 경우 효성, 유니슨이 국산화 완료했으며, 또한 1.5㎿급은 한진산업이 실증 완료해 제주 월정에 1기를 보급했다. 2㎿급은 효성, 유니슨이 2009년말까지 실증완료 후 상용화시킬 예정이다. 그리고 세계적 추세인 해상풍력개발에서도 두산중공업이 3㎿급을 개발 중이며 향후 실증완료 후 상용화 보급시킬 예정이다.

태양광산업은 주요 선도기업이 chain value 형태로 산업구조를 이루지만, 이와 달리 풍력은 선도기업이 부품·발전기제작에서 설칟시공까지 발전서비스를 제외한 모든 부문을 통합화해 추진하는 추세다. 물론 시장 선도기업은 발전기 제조업체로서 기본적으로 설칟시공 역량을 보유하고 있다.

세계 풍력시장은 급속한 확대 추세로 풍력발전기 및 부품이 품귀현상을 나타내고 있다. 이에 따라 국내에서는 단조회사를 중심으로 풍력발전기용 타워, 주축 등의 부품이 외국 풍력업체의 주문에 의해 일부 수출되고 있으나, 국내 풍력발전기 국산화제품을 수출산업으로 더욱더 육성하기 위해서는 정책적지원이 절실한 실정에 있다.

비록 개발된 풍력발전기 국산제품이 극히 소량으로 국내에 보급 설치됐으나, 보급실적이 낮아 제품에 대한 운전신뢰성 부족으로 외국 선진기업과의 경쟁력이 매우 어려운 현실이다. 따라서 신재생에너지 보급사업의 일환으로 2012년까지 실시중인 태양광주택10만호보급사업의 경우와 같이 풍력분야에도 중장기 풍력 내수프로그램을 지원해야만 기업의 안정적인 투자환경 조성되고 수출산업으로의 육성이 된다고 생각한다.

특히 풍력은 태양광과 달리 사회적 수용성이 요구되므로, 이를 최소화하기 위해서는 정부, 지자체, 풍력제조업체 등이 협력해 공영개발방식으로 추진해야만 풍력발전사업이 원만히 이뤄지며, 이를 통해 풍력발전기 국산화 제품의 수출육성이 가능하다고 생각된다.

그래야만 기본목표에서 정한 목표달성을 원활히 이룰 수 있고 향후에는 OECD 등 신재생에너지 선진국으로 발돋움하는 계기가 마련될 것으로 보인다.