부유식 해상 풍력 에너지 성장 가속

해상 풍력 터빈 발전만으로 전 세계의 필요량보다 11배 더 많은 전력을 생산해낸다고 가정해 볼까요? 권위 있는 국제 에너지 기구, IEA의 보고에 따르면, 이것은 아마 가능한 일인지도 모릅니다.

해상 풍력 에너지가 실현할 수 있는 엄청난 잠재력이 전 세계의 주요 뉴스를 장식하고 있습니다. 2019년 말 노르웨이의 에너지 대기업인 Equinor는 88 MW Hywind Tampen 부유식 해상 풍력(OFU) 단지에 대한 대규모 투자가 진행되고 있음을 알렸습니다. 며칠 후 국제 에너지 기구, IEA는 놀라운 소식을 담은 중대한 보고서를 발표했습니다. 보고서는 부유식뿐만 아니라 해저 고정식 구조물을 포함한 해상 풍력 발전으로 전 세계의 수요보다 11배 더 많은 전력을 생산할 수 있으며 2040년까지 1조 달러에 이르는 자본 투자를 유치할 수 있다고 결론 지었습니다. 분명 풍력 발전에서 대단한 일이 실현되고 있습니다.

3가지 풍력 세부분야 
오늘날 최신 풍력 발전 분야는 터빈이 어디에 위치하는지와 터빈을 사용하는데 적용되는 설계에 따라 크게 3가지로 나눌 수 있습니다. 세 가지 범주는 다음과 같습니다. 육상 발전(지상 기반 지지 구조물), 고정식 근해 발전(해저 고정식 지지대) 및 부유식 해상 발전(해저 면에 떠있는 플랫폼 장착형)이 있습니다. (그림 1 참조) 부유식 해상 풍력(OFW) 기술은 부력 구조물에 장착된 터빈식 발전으로 해저 고정식 구조물에 장착된 발전 설비가 더 수행할 수 없는 60m가 넘는 깊이의 수심에서도 전력을 생산할 수 있다는 매우 중요한 이점을 갖추고 있습니다. 육상 및 고정식 해상 풍력 발전 설비의 용량은 지난 수십 년간 엄청난 증가세를 보여왔지만, 많은 업계 전문가들은 부유식 해상 풍력 발전 OFW 에서 미래 성장의 잠재력을 가장 크게 보고 있습니다. 그 이유는 해안으로부터 더 먼 심해에 위치하여 전력 생산의 변동성을 줄일 수 있으며 더욱 일관된 높은 풍속을 제공할 수 있기 때문입니다. OFW의 가속화에 힘을 실어줄 부차적인 동력은 풍력 터빈을 보이는 곳이나 발전 소음이 들리는 곳에 배치하는 것에 대한 대중의 거부감이 커지고 있다는 것입니다.

이미 수행된 쉬운 방법
또한 많은 육상 및 근해 풍력 발전소들이 제공해온 '쉬운방법'은 이미 수행된 기술이라는 단순한 사실로 인해 OFW가 더욱 더 많은 주목을 받고 있습니다. 물론, 여전히 발전을 수행할 수 있는 수천 개의 육상 및 근해 풍력 위치가 존재하지만, 터빈 발전을 주변에서 보고 듣는 것에 대한 저항이 증가하고 있는 것도 이에 영향을 미치고 있습니다. 이 저항을 지역 이기주의를 뜻하는 “NIMBY” 현상이라고 합니다. 발전소나 쓰레기 처리장과 같이 일반적으로 사회에서 필요로 하는 기반 시설이지만 우리가 사는 곳 근처에 세워지는 것은 바라지 않는다는 의미입니다.

Equinor CEO: 80%는 심해에 존재.
이렇나 동력의 조합은 더 깊은 수심에서 사용할 수 있는 OFW에 큰 관심을 불러모았습니다. 약 5억 5천만 달러의 투자가 달린 88-MW Hywind Tampen 프로젝트의 진행을 Equinor가 결정하고 발표했을 /때 기업의 CEO인 Eldar Sætre씨는 회사의 이와 같은 결정에 대해 매우 분명한 입장을 전했습니다.

“해상 풍력 발전이 가지고 있는 세계적인 자원 잠재력의 약 80%가 심해에 있습니다.”라고 Equinor의 CEO Eldar Sætre 씨는 말합니다.

“그리고 부유식 해상 풍력은 더 지속 가능한 세계 에너지 공급을 위한 에너지 전환에서 중요한 역할을 담당할 수 있습니다.”라고 말합니다.

Equinor가 이 프로젝트에 착수하게 된 주요 동기는 생산된 전력을 인근 Gullfaks 및 Snorre 오일 플랫폼에 사용함으로써 가스의 사용량을 직접적으로 절감하고 이를 통해 연간 20만톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있기 때문입니다.

1,000 MW의 발판
Tampen은 비용 효율성이 높은 유틸리티 규모의 프로젝트를 추진해 나가는 첫 단계에 있다고 Equinor의 해상 풍력 비즈니스 책임 개발자인 Arne Eik씨는 설명합니다. “기존의 30 MW Hywind Scotland가 부유식 해상 풍력 발전을 입증했다면, 88 MW Hywind Tampen은 이것의 거의 3배가 되는 크기가 될 것입니다.”라고 말합니다. “저희는 몇 년 안에 200-400 MW 프로젝트를 수행하고, 이후 1,000 MW이상 유틸리티 규모 프로젝트의 실현을 희망합니다. “Hywind Scotland에서 Hywind Tampen까지 약 40%의 비용 절감 목표를 달성하고 있는 점도 알려 드립니다. 더 나아가, Hywind Tampen 이후 다음 프로젝트의 규모가 더욱 확장됨에 따라 상당한 비용 절감 효과를 꾸준히 달성해 나갈 것으로 확신합니다. Hywind Tampen은 명확한 기술 및 산업 개발 프로젝트로서, 청정에너지를 생산함과 동시에 이산화탄소 배출량을 감소시킴으로써 가치를 창출하는 매우 중요한 산업을 건설해 나갈 발판입니다.

초기부터 대규모 투자에 이르는 빠른 진행 속도
시장 인텔리전스 그룹인 Quest Floating Wind Energy의 시장 개발 및 전략 이사인 Erik Rijkers씨는 불과 5년 전만 해도 부유식 풍력 에너지가 초기 단계에 있었고, 신뢰하는 사람들보다 반대론자들을 더 많이 만났지만 이제는 새로운 부유 장치 설계, 규모 있는 시연처, 사전 상용화 프로젝트 및 신규 업체들의 활동 측면에서 매우 큰 진전을 이루었다고 말합니다. “Equinor, Repsol, SBM, Aker Solutions 등과 같은 기업의 진출과 가장 최근에는 Shell이 진출함으로써 이 신생 산업의 실행 가능성과 부유식 터빈 유닛(FTU)을 50대 또는 100대까지 연속적으로 제조할 수 있는 최종 성능에 이르는 단계적 변화를 가져왔습니다.”라고 Rijkers 씨는 설명합니다. “부유식 풍력 에너지는 빠르게 움직이는 시장입니다. 유럽은 세계적인 ‘시험대’ 역할을 해왔습니다. Hywind Scotland와 Windfloat Atlantic과 같은 최근 프로젝트의 성공에 힘입어 2025년이 되기 훨씬 전에 이 기술을 미국과 아시아로 수출하게 될 것입니다. 충분한 재정적 지원을 통한 이러한 대규모 프로젝트로의 확장은 효율성을 개선하고 상당한 비용 절감에 도움이 될 것입니다. 이러한 동향은 장기적인 부유식 풍력 에너지 발전에 대한 정부의 추가적인 지원에 힘입어 유럽 프로젝트를 더욱 실현 가능성 있게 만들어 간다고 생각합니다.”

심해만 접근 가능한 많은 나라
노르웨이 스타방게르 대학 해상 풍력 연구소의 Charlotte Obhrai 부교수는 부유식 풍력 에너지의 미래가 밝다고 확신합니다.

“미래의 에너지 목표를 달성하려면, 풍력 발전이 필수적입니다”라고 Charlotte Obhrai 씨는 말합니다.

“그리고 많은 나라가 접근하기 쉬운 근해 부지들을 이미 선점하였습니다. 일본과 같은 몇몇 나라들은 얕은 부지가 거의 없거나 아주 적습니다. 따라서 더 깊은 심해에 미래가 달려 있으며 이는 부유식 발전을 의미합니다.” 그녀는 또한, 심해에서 풍속이 일반적으로 더 빠르며, 생산할 수 있는 전력량도 풍속이 증가함에 따라 3배까지 올라간다고 말합니다.

따라서 평균 풍속이 조금만 상승해도 전력 생산에 큰 차이를 보이며 그 잠재력을 활용하기 위한 기술이 분명히 발전하고 있습니다. 물론 부유식 하부구조물, 특히 건설 및 설치 비용과 관련하여 해결해야 할 과제가 남아있습니다. “적용되고 있고 시험하고 있는 수많은 개념이 있습니다.”라고 Obhrai 씨가 말합니다. “특정 위치에 가장 적합한 설계는 가장 가까운 항구의 깊이, 현지 제조 기술, 역량 등과 같은 여러 가지 요인에 기초하기 때문에 앞으로도 수많은 설계가 가능할 것으로 보입니다.”

전만은 긍정적이나 현재로서는 추정하기 어려운 추세
스코틀랜드 글래스고의 스트래스클라이드 대학의 선임 강사인 Matthew Hannon 씨는 얼마나 빨리 OFW가 발전할 것인가에 대해선 신중한 태도를 취하는 것이 현명하겠지만 그 발전 추세는 분명하고 긍정적이라고 말합니다. “장기적인 전망은 낙관적이지만, 현재로서는 OFU의 설치 기반이 매우 소량이기 때문에 확신을 가지고 추정하기는 어렵습니다. 그리고 프로젝트의 추진 과정에서 실패를 겪는다면 이 확신에 부정적인 영향을 줄 수 있지요.”라고 인정합니다. “그런데도, 모든 요인을 고려해 볼 때, 2030년까지 부유식 풍력 발전의 세계적인 설비 용량은 매우 꾸준히 성장할 것으로 예상합니다. 중요한 점은 이러한 성장이 고정식 근해 풍력 산업에서 경험한 성장률을 면밀히 반영하고 있다는 것입니다. 따라서 저희는 2030년대에 예측하지 못한 문제에 직면하지 않는 한, OFW가 견고한 기반 위에서 본격적으로 성장을 가속할 것으로 생각합니다. 부유식 풍력 발전은 오늘날의 근해 풍력처럼 역동적인 성장률을 기록하며 논리적으로 위험성이 낮은 에너지 투자로 간주될 것입니다.”

기대되는 시대
정확히 얼마나 빨리 해상 풍력 에너지 시대가 다가올지에 대한 예측은 수많은 해석 가능성과 함께 분명 열려있습니다. 하지만 해상 풍력의 추세는 명확하며 앞으로 시장과 기술이 어떻게 발전해 나갈 것인지 지켜보는 것은 분명 흥미로운 일임이 틀림없습니다.

볼트 체결부는 취약할까요?

“볼트의 수명 평가는 타워 수명 계산에서 가장 취약하므로 특히 풍력 산업에서 어려움을 겪습니다.표준 수명 계산은 모두 공기 탄성 코드를 기반으로 합니다. 하지만 볼트는 이 계산의 일부로 간주하지 않기 때문에 관련 영역에 맹점이 존재하는 것 같습니다.”
David McMillan 글래스고 스트래스클라이드 대학

“부유식 설비의 전체 수명 주기 동안 볼트 체결부의 성능과 신뢰성을 예측하는 것은 설비의 물리적 크기와 배치된 환경의 극한 조건들로 인해 매우 어려운 과제입니다.”
Tomas Svendsen – 노드락 그룹 노르웨이