가. 풍력을 이용한 발전량 예측 시스템 기술개발 동향
【 기술개발 배경 】
◦ 재생에너지법(EEG)에 따르면 에너지 공급 회사는 재생에너지를 통해 얻은 전력을 전력망에 우선적으로 제공해야 하고 또한 언제 어디서나 필요한 양의 전력 공급을 보장해야만 함.
◦ 이를 위해서는 재생에너지로 생산될 전력량을 정확하게 예측하는 것이 중요함. 소비자들이 필요한 전력량을 정확하게 제공할 수 있도록 하기 위해서는 재생에너지로 생산될 전력량을 예측하고 이에 따라 추가로 필요한 에너지를 화력이나 원자력 등 재래식 발전을 통해 생산되는 전력을 확보함으로써 공급하게 됨.
◦ 재래식 발전으로 충당할 전력량은 매일 매일의 풍력발전량 예측을 통해 파악 가능함. 현재 계속 상승하고 있는 에너지 가격을 고려할 때, 지금 개발되어 있는 예측 시스템의 정확도를 개선하게 되면 불필요한 추가 전력량을 확보할 필요가 없게 되어 경제적 손실을 줄일 수 있음.
【기술개발 동향】
◦ 올덴부르크 대학과 카셀에 소재한 태양 에너지 공급기술 연구소(ISET)의
◦ 니더작센주 올덴부르크에 소재한 올덴부르크 대학의 스핀 오프(Spin-off) 기업인 Energy&Meteo Systems사의 발표에 따르면, 세계 주요 기상 관측소의 자료를 바탕으로 5일 후까지의 풍력 발전량을 계산 가능하며, 15분 단위로 정확한 전력량을 산출할 수 있음.
◦ Energy&Meteo Systems사는 덴마크의 리소 국립 연구소(Riso National Lavoratory)의 전문가들과 함께 일정 지역에서 풍력을 이용하여 생산․
공급할 수 있는 총 전력량을 조사할 수 있는 프레비엔토(Previento)라는 시스템을 개발하였음.
◦ 연방 환경부의 지원을 받아 진행한 연구 프로젝트를 통해 개발된 이 시스템은 에너지 공급회사인 RWE사에 제공되었음.
◦ 프레비엔토는 주요 기상관측소의 기상자료(독일 기상청의 경우, 7㎢
범위의 기상을 분석할 수 있는 모델을 운영 중에 있으며, 이 모델을 통해 풍속, 풍향, 기압, 수직 온도변화를 산출해 냄)를 근거로 풍속을 예측하는 시스템으로 주요 특징은 다음과 같음.
- 풍력발전 설비가 위치한 지역의 특성(삼림의 밀도, 수면크기, 지형의 특이구조 등)을 고려
- 또한, 높이에 따라 다른 풍속에 영향을 미치는 수직 온도수치를 산입 하여 풍력발전기의 프로펠러 중심부가 위치한 높이의 풍속을 산출 - 생산 가능량을 계산할 때, 개별 발전시설의 음영효과(나무, 언덕,
구조물 등이 바람의 흐름을 방해하여 발전기능을 저해할 때 나타나는 현상)를 고려하여 산출
- 기상예측의 정확도가 실제 기상상황에 따라 편차가 나기 때문에 추가적 으로 이런 오차를 고려(독일의 경우, 약 4%를 오차로 산정)
※ 기상정보 및 측정 자료를 시스템에 실시간으로 제공하면, 예측과 실제 산출치 간의 편차를 조기에 인식하여 편차를 줄일 수 있을 것으로 예상됨.
◦ energy&meteo systems사는 향후 유럽 각국의 기상분석 모델을 서로 연결하여 예측의 정확도를 개선하는 작업을 진행중임.
- 각국의 기상분석 모델이 장·단점을 가지고 있기 때문에 서로 연결함 으로써 편차를 줄이는 상쇄효과를 가져올 것으로 예상됨.
풍력 산업 현황 및 관련 동향
나. 새로운 풍력발전기 개발 현황
【새로운 풍력 발전기 개발】
◦ 브레멘에 소재한 Lloyd Dynamowerke사는 브레멘 대학과 공동으로 50kw 용량의 풍력설비용 횡류(橫流) 발전기를 개발하였음.
- 이 발전기는 고장이 잦은 기어를 제거(Gearless)했으며, 같은 용량일 경우, 기존 직접 구동 발전기보다 최대 75% 정도 무게가 가볍기 때문에 신뢰성을 제고하고 재료비를 낮출 수 있으며, 설치가 용이한 장점이 있음.
◦ 기존의 풍력 발전기가 바람 에너지를 기어를 통해 기계에너지로 변환 시키고 이 기계에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 데 반해, 기어가 없는 동 발전기는 로터 블레이드(바람개비)의 움직임을 직접 전기로 변환시킴.
◦ 발전기 무게를 가볍게 하기 위해서 더 강력하고 또한 더 많은 수의 자석을 설치하여 발전기 내부 자기장을 강화함. 이러한 강화 작업을 통해 같은 용량에서 많은 전력을 생산하게 됨.
- 5MW용량의 풍력발전기의 경우, 이 기술을 통해 발전기의 무게를 평균 370톤에서 100톤으로 줄일 수 있을 것으로 엔지니어들은 예상 하고 있음.
- 이 기술을 통해 풍력발전기 운송이 용이해 졌으며, 풍력 설비를 보다 간단하게 설치할 수 있음.
◦ Dynamowerke사는 4년 내에 이 발전기를 영국 시장에 출시할 계획이며, 관련 업계 또한 관심을 보이고 있음.
- 로스톡 소재 W2E사는 이 기술을 이용해 3MW급의 발전설비를 건설할 계획임.
【업계 동향 및 전망】
◦ Siemens사는 덴마크의 Ringkobling시에 3.6MW급 기어리스 발전기를 시험 중에 있음. 지멘스(Siemens)사는 시험 중인 동 발전기가 고장이 적기 때문에 향후 악천후가 많은 해상(Off shore)에서도 잠재력이 많은
◦ 미국의 American Superconductor사와 Teco-Westinghouse Motor Company는 기존의 발전기보다 2배 이상의 전력을 생산할 수 있는 10MW급 직접 구동 발전기를 개발 중에 있음. 이 발전기는 구리-자석 코일 대신에 얇은 초전도선을 사용하여 전류 손실량이 거의 없으며, 이를 통해 무게와 크기를 절반 정도 줄일 수 있음.
◦ 남부 독일 하이덴하임에 소재한 기계설비회사 Voith사는 정류기 기능을 포함한 자동 기어장치를 개발함. 이 장치는 바람 에너지를 교류 전류로 전달함으로써 거의 전력 손실이 없음.
◦ 새로운 발전기 개발은 높은 원자재 가격으로 인해 곤란을 겪고 있는 풍력업계에 새로운 희망을 불어 넣고 있음.
- 2020년까지 독일 해상에 1만MW 용량의 풍력 설비가 건설될 예정임.
철재 가격 등 원자재 가격이 상승하고 거대한 발전설 비의 운송, 설치 및 관리에도 많은 비용이 소요됨.
- 엔지니어들은 해상(Off-shore)에 설치하기 위해서 보다 콤팩트한 구동장치와 기체역학 공법으로 만든 로터 블레이드(바람개비)를 구상 하고 있음.
- EU는 이와 더불어 Upwind란 프로젝트를 추진하고 있음. 2천2백만 유로의 예산을 지원받은 39개 회사와 연구소에서 2010년까지 10MW급 발전기의 디자인 설계를 제공할 예정임.
◦ 현재 풍력 업계는 크게 증가한 풍력발전기 수요를 충족하기 위해 생산량 증가에만 집중하고 있기 때문에 발전설비 연구는 소홀히 하고 있는 실정임.
- 하지만 새로운 기술혁신이 풍력 업계의 계속적인 성장을 보장해 주는 열쇠가 될 것은 자명하기 때문에 향후 연구 개발에도 많은 투자가 이루어질 전망임.
다. 2008 후줌 풍력 박람회(Husum Windenergy 2008)
【박람회 개요】
◦ 미국 텍사스에서 개최되는 풍력 박람회와 더불어 세계적으로 가장 규모가 큰 풍력 박람회
풍력 산업 현황 및 관련 동향
◦ 기간: 2008.9.9-9.13(5일간)
◦ 전시참가 업체 및 방문객 수
- 전시참가 업체: 40여 개국 758개사(전년대비 20% 증가) - 방문객수: 2만 3천여명
< 연도별 박람회 규모 >
구분 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2008
전시참가업체
(사) 109 134 272 460 525 643 758
방문객(명) 10,000 12,000 15,000 14,052 15,143 16,099 23,000
◦ 연혁
- 1989년 허름한 소 경매장에서 시작, 매년 2년 주기로 개최하여 2007 년이 10회째 박람회
- 전 세계적인 풍력개발 붐과 함께 급 성장
- 올해는 함부르크 박람회 측과 공동으로 풍력 박람회를 주최하는 관계로 작년에 이어 금년에 다시 개최하게 되었으며 향후 다시 2년 주기로 개최예정
◦ 홈페이지 : www.husumwindenergy.com
◦ 한국 기업 참가현황(2개사)
- 에너지 환경연구소(Institute of Renewable Energy and Environment) - (주)유니슨
◦ 풍력회의(Congress of HUSUM Windenergy) - 기간 : 풍력 박람회 기간 중 9.9-12(4일간)
- 회의 내용 : 60개 프로그램에 걸쳐 전 세계 풍력전문가 150여 명이 풍력 산업 분야에서의 최신 테마 및 경향에 대해 발표함. 주요 주제는 현재 독일에서 진행되고 있는 해상(Offshore) 풍력
연결하는 문제를 비롯하여 미국, 캐나다 등 북미 풍력시장 현황, 최신 풍력설비 및 장치에 대한 기술 소개였음.
【 한국 참가업체 및 독일 주요 업체와의 주요 면담내용 】 (08.9월 주함부르크총영사 후줌 박람회 방문 계기)
□ 한국 참가업체
◦ 정부의 ‘저탄소 녹색 성장’ 정책 발표 후에 개최된 동 박람회에 삼성, 현대 등 국내 대기업 직원이 다수 박람회장을 방문하여 풍력 선도기업 들과의 기술협력을 타진하고 있는 것으로 파악됨.
◦ 현재 국내에서 풍력발전기를 생산하고 있는 기업은 두산 중공업, 효성 그리고 유니슨으로 효성은 2MW 발전기에 대한 실증실험을 진행중이며, 두산중공업은 국책사업으로 3MW급 발전기를 개발중에 있음.
□ 독일 주요업체(Nordex사 및 Enercon사)
◦ 독일 제3위의 풍력발전 기업인 Nordex사 관계자는 현재 풍력발전기는 대용량보다 2.5MW급으로서 수명이 긴 발전기를 선호하는 추세라며, 자사는 운송 및 기반시설이 취약한 중국의 경우에는 1.5 MW급 발전 기를 수출하고 유럽 및 미국지역에는 2.5MW급 발전기를 수출하는 이원화 전략을 구사하고 있다고 언급
- 독일내 해상 풍력단지의 경우 대규모 투자에 따른 위험성이 내재해 있기 때문에 조심스럽게 접근할 계획이지만, 해상 풍력 시장이 향후 성장잠재력이 매우 큼
- 매년 15%의 성장률을 기록하고 있어 꾸준히 새로운 시장개척이 필요하지만, 동시다발적으로 여러 지역에서 협력업체를 찾기에는 무리가 있어 현재 한국업체와의 협력은 고려하지 않고 있음.
◦ 독일 최대 풍력발전 기업인 Enercon사(1991년 세계 최초로 Gearless 타입의 풍력발전기제조)의 경우 현재 일본에 수출하는 풍력타워를 동국 제강을 통해 공급받고 있지만, 한국과의 기술이전 및 협력관계 구축은 당분간 고려하지 않고 있음. 현재 주기적으로 주문을 하는 국가들에 대한 제품 공급 및 프로젝트 참여를 우선적으로 고려하고 있으며, 향후 생산력에 여유가 생기면 한국 진출을 고려한다는 입장임.
풍력 산업 현황 및 관련 동향 - 다른 풍력 업체들과 차별화를 위해서 더욱 효율적인 디자인과
독창적인 기술을 개발하는데 중점을 두고 있음.
- 고속성장보다 투자를 통한 안정적 성장을 추구하기 때문에 아직 주식시장에 상장도 하지 않고 있음.
라. 주요 기업 동향
【유럽재생에너지기업연합(EUROBSERV'ER) 발간(09.5월) 보고서】
□ 풍력 관련 주요 기업 일반 현황
◦ 유럽의 풍력 관련 주요 기업들은 발전기, 기어 박스, nacell(날개와 증속기 및 발전기를 합친 핵심 부품), tower와 blade를 생산하는 공장을 중국과 미국에 두고 현지 local 기업들과 협력관계를 구축 하고 있음.
- 미국의 GE와 인도의 Sulzon도 중국 시장에서 유럽 기업들과 동일한 전략을 구사하여 성공을 거두었으며, 아시아와 북미 지역의 시장 확대에 따라 이득을 얻고 있음.
◦ 그러나 이러한 유럽 풍력 기업들의 긍정적인 상황은 중국 기업들의 등장으로 조만간 변화가 있을 것으로 예상됨.
- 2007년 풍력발전기 생산 상위 10개 기업중에 중국기업이 2개나 포함되어 있음.(8위 Goldwind, 10위 Sinovel)
- 2008년에는 중국 국내시장의 괄목할만한 성장에 힘입어 이들 2개 중국기업들의 실적이 더욱 향상될 것으로 예측됨.
- 이들 2개 기업 외에도 Dongfang Stream Turbine과 Guangdong Mingyang이 조만간 순위에 진입할 것으로 전망됨.
- 중국 시장은 현재 풍력 관련 제품을 생산하는 기업이 18개사에 이르며, 조만간 풍력발전기 생산 선두국가가 될 것으로 보임.