에픽윈즈 팀:

  “바람 풍속이 비교적 약한 서해안 지역에 발전단지 조성 시 조수간만차와 연약지반(갯벌) 환경을 극복한 저소음 및 저진동 콘크리트 지지구조물에 대한 연구가 어떻게 이루어지고 있는지 궁금합니다.”

강금석 박사님:  

  “서해안 바다 수심 10m에 콘크리트 석션 버켓을 설치 시, 이 인공적인 구조물이 바다 해류와 상호작용하여 해저 지형변경을 유발 시킵니다. 그러므로, 이에 대해 일정 수심 거리별로 예행 설치 연습이 필요합니다.

  또한 건설현장에서 해상크레인을 이용한 유압해머의 항타소음 및 진동을 예방하기 위한 공법이 요구되고, 버켓의 부식문제와 관련하여 기술적 해결 대책이 필요합니다.

  우리나라 지형 특성상 돌 자원이 많으므로 유럽 풍력발전 기술기업에 비해 버켓 자재 조달에 유리합니다. 그리고 우리나라 기업들이 초기비용이 저렴한 중력식 기초의 지지구조물 건설 공법에 대해 관련 경험이 많으므로, 앞으로 이 공법을 충분히 시도하여 우리나라의 해상풍력 산업경쟁력에 도움이 될것으로 기대됩니다.”  

에픽윈즈 팀:

  “그럼 해상풍력단지 조성에 추가적인 비용을 절감하기 위해 인근 항만시설과 연계한 고압직류송전 (HVDC)의 활용 가능성이 있을까요?”

강금석 박사님:

  “사실 인근 항만에 해저케이블을 설치 시 선박과 충돌을 야기시키므로, 이 방법은 불가합니다. 그래서 서해안 항만의 50 ~ 60m 바깥에 배선 설치가 필요합니다. HVDC 대신 태양열을 저장할 수 있는 ESS 설비를 운영해야 하거나, 우리나라 지형을 고려한 양수발전 등의 에너지 저장공간이 필요합니다.

  양수발전 이란 낮은 위치의 댐, 저수지 및 하천의 물을 상부 댐 또는 특정 부지로 끌어 올려 저장해두었다가 전력 수요가 최대에 이르는 시간대에 발전 하여 전력을 공급하는 기술입니다.”

에픽윈즈 팀:

  “파력과 해상풍력을 연계한 하이브리드 지지구조 및 부유식 시스템 개발 여부에 대해 여쭤보겠습니다.”

강금석 박사님:

  “파력과 해상 풍력의 에너지 소스는 같으므로 기술적으로 운영이 가능합니다. 하지만 현재 우리나라의 파력 발전기술이 굉장히 미흡하므로 파력발전의 사업성이 떨어집니다. 그래서 풍력발전 시스템을 도입하여 이러한 기술적 차이를 극복하려고 하는것입니다.”

에픽윈즈 팀:

  “풍력단지 내 ESS (에너지저장장치)의 화재발생 안정성에 대해 대책은 어떻게 진행되고 있습니까?”

강금석 박사님: 

  “이런 문제에 대해선 ESS 제조사가 명확한 기술적 답안을 내놓지 않고 있으므로 따로 연락하여 물어봐야 합니다”

에픽윈즈 팀:

  “ESS 시스템과 연계하여 단순한 금전적 지원이 아닌 주민들의 편의를 위한 전기장비 충전 지원 사업 추진은 어떻습니까?”

강금석 박사님:

  “현재 어촌의 어선을 전기배로 전환하여 전기배 충전소 건립을 추진할 수 있습니다. 이를 위해 해상풍력 발전단지 인근에 해양수산부와 적극 협력하여 충전소를 짓고, 항만으로 복귀한 전기배를 밤 시간동안 충전하여 지속 가능한 Carbon-free 환경을 조성할 수 있습니다.”

에픽윈즈 팀:

  “대용량 해상 심해용 부유식 풍력발전 기술에 대한 진행이 어떻게 되가고 있습니까?”

강금석 박사님:

  "해안에서 거리가 멀 경우 해저케이블 인프라 설치 비용을 고려하여 발전용량을 최대로 높여야 합니다. 이 경우 국가적으로 나서 개발연구 하여야 합니다. 또한 발전용량을 최대로 증대시킬 시 전력생산 비용을 획기적으로 낮추어 그리디 패리티 방안을 실현할 수 있습니다.

  하지만 우리나라는 부유식 풍력발전 기술의 상용화 진행이 더디고, 우리나라의 신재생 에너지단가가 세계적으로 가장 비싸므로 다른 외국기업의 대량 생산 이점에 비해 국내기업이 공급 경쟁에 장기적으로 불리 합니다. 그래서 삼성, 현대, 대우조선 등 여러 국내기업의 해양조선 기술경쟁 잠재력이 뛰어나므로 국가적으로 해상풍력발전 산업공급망 조성에 박차를 가한다면 이러한 문제에 대해 해결방안을 찾을 수 있습니다."

에픽윈즈 팀:

  "마지막으로 초기비용이 비교적 비싼 해상기상탑 대신 Wind Lidar와 같은 원격 관측장비를 활용하여 해상풍력발전의 바람 자원정보을 구축할 수 있는지에 여쭤보고 싶습니다."

강금석 박사님:

  "해상기상탑은 해상에서 직접 관측하므로 풍속 관측 정확도는 간접적인 Wind Lidar에 비해 정확도가 높습니다. 하지만 직선 방향으로 관측할 수 있는 Wind Lidar와 기존 해상기상탑을 동시에 운영한다면 효과적으로 바람자원 정보를 구축할 수 있습니다. 이에 대해 장기적으로 고급기술과 해당 장비를 제어할 수 있는 3차 에너지 계획 등 명확한 정부의 제도 운영이 필요합니다."

  이 질문사항들의 답변을 통해 우리는 국내 해상풍력발전의 산업경쟁력에 대해 깊이 고민할 수 있었고, 현재 우리나라가 봉착해 있는 제도적, 기술적 문제에 대해 강금석 박사님이 언급해 주신 혁신적인 방안 제시로 앞으로의 난관들을 해결할 수 있을거라 기대하게 되었다.

  다음으로 유니슨 풍력 연구소에 방문하여 국내의 풍력산업 전반적 상황과 기술현황에 대해서 방조혁 소장님과 인터뷰를 진행하였다. 먼저 풍력발전 설계단계 시 해상기상탑을 이용하여 풍향, 풍속에 관한 정보를 얻었었는데, 요즘은 Wind Lidar인 원격 관측장비를 이용하여 상공의 미립자에 레이져 빔으로 반사 관측하여 풍향, 풍속 정보를 얻는다는 사실을 알 수 있었다. 

  특히 유니슨 사에서 자체 개발한 SCADA (제어 시스템)으로 풍력 발전기 상태 모니터링, 운정 상황 감시, 원격 컨트롤 등이 가능 하다고 한다. 과거 유니슨은 해외에서 기술교류를 통한 풍력 기술로 기업을 운영했지만 현재 기술격차는 많지 않은 상태라고 한다. 한편으로 외국 선진 풍력 기업은 적극적 R&D 투자와 연구인력 공급을 통해 혁신적인 방법들이 많이 나오고 있지만, 유니슨은 이에 비해 R&D의 인력 현황이 많이 부족하다고 하셨다. 다행히 예산적인 부분은 국내 에너지기술평가원의 풍력기술 과제를 통한 R&D 투자를 통해 기술지원을 받는다고 한다. 

  방조혁 소장님의 말씀을 정리하여 지금까지 국내 풍력산업 경쟁력이 부족했던 이유에 대해  정리를 하면 다음과 같다.

1. 국가에서 풍력을 포함한 신재생에너지에 대한 정책이 불확실한 점에서 기업의 리스크가 있다는 점

2. 풍력발전 산업에 진출하기 위해서는 오랜기간 동안 검증된 풍력발전 모델 제시가 필요하다는 점

3. 국내산업 전반적으로 기초 소재에 대한 기술 부족과 블레이드, 전력 변압기, 메인 베어링 등 핵심 부품의 기술 등 이 부족하다는 점

4. 국외 기업에 비해 시장 규모 면에 있어서 가격 경쟁력이 떨어져, 국내 풍력산업 경쟁력이 약화되는 점

5. 환경 규제와 미흡한 주민 수용 프로세스로 내수 시장 형성이 느리게 진행된 점

  체계적인 에너지 전환을 위해서는 국외 기업과 기술 격차를 줄이는 것도 중요하지만 풍력 산업에 대한 내수 시장이 확보되어야 할 것, 풍력산업 공급망을 갖추는 것 또한 신재생에너지에 대한 명확한 국가 정책이 필요 할 것으로 보인다.

  오늘 마지막 일정은 소음진동분야의 권위자이신 한국표준 과학연구원의 정성수 박사님과의 만남이었다. 풍력발전의 소음과 Open Condition에서의 노이즈 캔슬링에 대해 알아보고자 인터뷰를 신청했었는데 흔쾌히 받아주셨다. 미리 준비했었던 질문은 다음과 같다.

1. 풍력발전타워 사이의 후류의 영향과 풍력에너지 손실 요인

    2. 풍력발전기의 공력 소음을 상쇄시키는 방법은?

  먼저, 손실후류 현상(Wake)으로 인해 난류가 발생하는데, 이 흐름은 균일하지 않으므로 바람의 품질을 떨어뜨리고, 결과적으로 에너지 효율에 악영향을 준다. 바람의 품질은 지형의 영향도 많이 받는다. 평지가 많은 유럽과 달리 우리나라에는 산곡풍이 부는 산간지형이 많고 이에 따라 바람의 방향이 시시각각 변한다. 따라서 블레이드 각도 등을 이에 맞춰 조절하기 힘들고 기어에도 무리가 간다고 하셨다.

  Open Condition에서의 노이즈캔슬링의 원리는, 소음을 센서로 감지한 뒤 Controller AMP로 소음을 상쇄하는 것이다. 하지만 풍력발전에 적용하기에는 두 가지 큰 문제점이 있다.

  풍력발전기의 공력음이 수시로 변형되는 변동소음이기 때문에 이에 맞게 AMP를 작동시키기 힘들다는 점과 AMP에서 방생하는 소리로 인해 그 주변이 시끄러워진다는 점이다. 또한 AMP 스피커 자체가 저주파 소리를 크게 낼 수 없기 때문에 여기에 대한 연구가 진행되고 있진 않다고 답해주셨다. 해상풍력발전의 경우 공력음은 바다 해수면을 통과하지 않지만, 구조물 기둥에 의해 진동소음(배경소음)이 해저로 전달된다고 하셨다.

  정성수 박사님과 이야기를 나누면서 조언을 얻고, 팀원끼리 이야기를 나눠보았다. 풍력발전기에서 문제가 되는 소음은 기어박스 내의 기계음이 아니라 공력음이며, 이를 줄여나가는 방향으로 기술이 발전해야한다고 생각한다. 소음을 조금이나마 줄이기 위해 저풍속 고효율 풍력발전과 다른 형태의 블레이드의 개발 필요성에 공감하게 되었다.

  그리고 실제로 저주파가 신체에 해로운가, 진동과 소음이 주변 생물에게 어떤 영향을 미치는가에 대해서는 아직 조사 진행이 잘 안되어있다. 따라서 풍력발전기를 설치해서 이득을 보려는 사업자가 데이터를 모으고 저주파나 진동이 주변 생태계에 어떤 영향을 미치는지 확실하게 정보를 구축하는것이 좋은 방법으로 보인다.