바다서 떠오르는 재생에너지, 부유식 해상풍력발전

바람 세고 수심 깊은 바다에 설치
해안경관 해치지 않으며 효율 높아
현재 80MW…한국 등 26GW 추진

스코틀랜드 애버딘셔 해안에서 40㎞ 거리 바다에 설치된 부유식 해상풍력발전. 2만가구에 공급할 수 있는 30메가와트의 전력을 생산하고 있다. Xinhua/Alamy

스코틀랜드 애버딘셔 해안에서 40km 떨어진 북해 위에는 높이 175m짜리 풍력발전 터빈 5개가 돌고 있다. 노르웨이 국영 석유회사인 에퀴노르가 2017년 가동을 시작한 세계 최초의 부유식 해상풍력발전으로, 30메가와트 규모이다. 우리나라에서는 최근 울산시가 국내외 6개 민간투자사와 함께 동해가스전 인근에 부유식 해상풍력발전 사업 추진중이다. 부유식 해상풍력발전은 바람은 강해 가용풍속이 양질이지만 수심이 깊어 기존의 고정식 해상풍력발전을 설치할 수 없는 곳에 설치할 수 있어 최근 재생에너지에서 떠오르는 분야로 꼽힌다.

국제에너지기구(IEA)는 올해 5월 발표한 ‘2050 탄소중립 보고서’에서 세계가 탄소중립을 달성하려면 2030년부터 2050년까지 해마다 390기가와트의 풍력발전을 증설해야 한다고 추산했다. 이 가운데 80기가와트(20%)은 해상풍력발전이다. 이런 목표 수치는 2020년 새로 설치된 해상풍력발전이 6기가와트에 불과하다는 점에서 엄청난 도전이다. 역설적으로 걸음마 단계인 부유식 해상풍력발전은 이런 도전이 기회이다.

현재 대부분의 해상풍력발전기들이 해저에 고정형 지지대 위에 세워져 수심이 50m 안팎으로 제한된다. 반면 부유식 터빈은 계류용 밧줄로 해저에 고정돼 있다. 구조물은 육지에서 조립해 배에 실어 바다로 나를 수도 있다.

바람이 훨씬 강한 깊은 바다에서 풍력발전을 하면 훨씬 많은 해양 에너지를 재생에너지로 발전할 수 있다. 해상풍력발전 잠재력의 80%는 심해에서 발견된다. 더욱이 부유식 풍력발전기는 해안에서 멀리 떨어진 곳에 설치할 수 있어 해안 경관을 해친다고 항의하는 사람들과의 분쟁을 피할 수 있다.

포르투갈 해안도시 비아나두카스텔루 인근 해상에 설치된 반잠수식 해상풍력발전. Hugo Amaral/Sopa Images/Rex/Shutterstock

부유식 풍력발전은 초기 단계이다. 현재 설치된 해상풍력발전 35기가와트 가운데 80메가와트(0.23%)만이 부유식에서 생산되고 있다. 하지만 전문가들은 비용과 설계 문제, 수산업계와의 갈등을 극복하면 부유식 풍력발전은 재생에너지 분야의 주요한 부문이 될 것이라고 전망하고 있다.

해상풍력발전에서 유럽에 뒤처진 미국의 조 바이든 대통령은 2030년까지 30기가와트의 해상풍력발전을 구축하겠다고 공약했다. 미 에너지부(DOA)는 부유식 해상풍력발전 연구와 기술 개발에 1억달러 이상을 투자하겠다고 선언하는 등 이 부문의 선두자리를 노리고 있다.

미국 동부 해안은 수심이 얕고 가용풍속 품질이 좋다. 매사추세츠 연안의 마서스 빈야드 섬에는 최근 대규모 ‘빈야드 풍력발전단지’ 조성이 승인됐다. 하지만 서부 해안은 터빈을 고정하는 지지대를 설치하기에 수심이 너무 깊다. 부유식 풍력발전에 적합한 장소로 꼽힌다.

지난 5월 바이든 행정부와 개빈 뉴솜 캘리포니아 주지사는 캘리포니아에 두 곳의 부유식 해상풍력발전단지를 조성한다고 발표했다. 하나는 모로만 북서쪽 1000㎢ 부지로, 이곳에는 380기의 부유식 풍력발전기를 설치할 수 있다. 또다른 하나는 험볼트만 북쪽 부지이다. 두 단지에서는 160만가구에 전기를 공급할 수 있는 4.6기가와트의 전력을 생산할 수 있다.

우리나라를 비롯해 노르웨이, 포르투갈, 일본 등도 총 26기가와트 이상의 부유식 풍력발전을 설치했거나 구축 계획을 세워놓고 있다.

여러 방식의 부유식 해상풍력발전. 왼쪽부터 원통식, 반잠수식, 인장계류식이다. NREL 제공

극복해야 할 과제들도 남아 있다. 가장 중요한 것은 비용이다. 현재 부유식 해상풍력발전 설치비는 고정식의 2배이다. 하지만 기술이 발전하고 공급망이 개선되면 비용은 낮아질 것으로 예상된다. 미국 국립재생에너지연구소(NREL)는 2030년께면 부유식 해상풍력발전 비용이 고정식과 비슷해질 것으로 예측하고 있다.

또다른 문제는 부유식 터빈을 고정하기 위한 닻(앵커)의 숫자이다. 전문가들은 고정용 닻 숫자가 부유식 방식의 비용을 낮추는 걸림돌이라고 지적한다. 부유식 해상풍력발전은 원통식(Spar Buoy), 반잠수식(Semi-Submergible), 인장계류식(Tention Leg Platform) 등 3가지 방식이 있다. 원통식은 원통으로 흘수(배가 물밑에 가라앉은 부분)를 깊게 만들어 해상운전중 안정성을 확보하는 형식이다. 인장계류식은 계류용 밧줄의 장력을 이용하는 것으로 원유시추설비와 비슷한 원리이다. 반잠수식은 부유체의 부력과 계류 시스템을 이용한 형식인데, 조선소나 연안 부둣가에서 제작·조립한 뒤 예인선으로 운송할 수 있고, 수심도 50∼150m 범위에서 적용할 수 있어 최근 주목을 받고 있다.

이근영 기자 [e-mail]