가. 풍력발전의 역사
1988년경 미국의 Brush에 의해 인류 최초의 풍력발전기가 만들어진 이래, 약 100년간 의 기술적 준비단계를 거쳐 1970년대 오일쇼크를 계기로 덴마크식 풍력발전기가 산업적 표준기술로 정립되었다. 이후 1992년 UN 기후변화협약 및 1997년 교토의정서 체결을 계 기로 풍력발전기술이 화석연료(특히, 석탄발전)를 대체하는 재생에너지원으로서 급부상하 게 되었으며, 2000년대 들어서 풍력발전은 풍력터빈의 대형화와 원가 하락에 힘입어 더욱 빠른 속도로 성장하게 되었다(그림 3-7 참조).
제3장 육상풍력발전의 국내외 시장 및 기술동향 ∣ 33
자료: 저자 작성.
<그림 3-7> 풍력발전의 역사
나. 세계 풍력발전 기술 현황
앞서 살펴본 바와 같이 2000년대 세계 풍력시장의 급성장은 상업용 풍력발전기의 대형화 기술개발에 힘입은 바가 크다. 2000년 이전까지 풍력터빈 1대의 발전용량은 750kW 정도 였으나, 2000년대에 들어와서 1MW급이 개발되었고, 2010년 이후 2~3MW급으로 커졌으 며, 2019년 현재 육상풍력 기준으로 4MW 및 5MW 발전용량의 신규 모델들이 출시되어 있다(그림 3-8 참조).
34 ∣ 신재생에너지 확대와 미래 환경변화 대응을 위한 중장기 발전방향: 육상풍력 발전사업의 현황과 추진방향
자료: EWEA(2009): (사)한국풍력에너지학회(2018), p.36에서 재인용
<그림 3-8> 풍력터빈 대형화 추이
한편, 풍력발전기의 발전 용량이 대형화되면서 터빈 한 대의 단위 용량당 가격이 지속적으 로 하락하였는데, 2009년 MW당 단가가 194만 달러이던 것이 2018년에는 약 100만 달러 로 낮아져서, 지난 10년 동안 약 50% 수준으로 하락하였음을 알 수 있다(그림 3-9 참조).
자료: BNEF(2018b), p.30.
<그림 3-9> 풍력터빈 단위 가격 추이
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풍력발전기의 대형화 외에 또 하나의 중요한 기술발전 방향은 풍속 대비 발전출력 성능의 고효율화이다. 베스타스, 지멘스 등 세계적 풍력터빈 제조기업은 풍력터빈을 한 가지 개발 한 후 동일 플랫폼에다가 블레이드 길이를 증가시키거나 타워 높이를 더 높게 만들어서 발전량을 증가시키는 기술을 개발해 왔다(그림 3-10 참조).
자료: Vestas(2016), p.16.
<그림 3-10> 베스타스 3MW 플랫폼 개발
예를 들어, 베스타스사의 2010년에 3MW급 플랫폼을 최초로 개발한 후, 블레이드 길이 를 다양화하여 고풍속 지역, 저풍속 지역 등 모든 풍속의 특성에 대응할 수 있는 신제품을 지속적으로 출시하였고, 이를 통해 예상 출력 성능을 약 18%~35% 증대시켰다고 한다.
이 밖에도 블레이드 신소재 개발 및 경량화, 발전기 운전제어 관련 소프트웨어 알고리즘 개선 등을 통해 터빈 가격은 점점 낮아지고 반면에 출력 성능은 고효율화되는 추세로 기술 개발이 이루어지고 있다.
이를 통해 결과적으로 풍력발전의 발전단가가 지속적으로 하락하게 되었는데, <그림 3-11>에 따르면 2010년에 육상풍력의 발전단가는 MWh당 약 90달러였으나, 2018년에는 약 50달러 밑으로 낮아지고 있음을 알 수 있다. 육상풍력의 경우, 기존의 화석연료 에너지원 보다 더 우수한 경제성을 확보하게 됨을 의미하는 그리드 패러티(grid parity)에 이미 도달 한 것으로 인정받고 있다.
36 ∣ 신재생에너지 확대와 미래 환경변화 대응을 위한 중장기 발전방향: 육상풍력 발전사업의 현황과 추진방향
자료: IEA(2019), World Energy Outlook 2018.
<그림 3-11> 육상풍력발전단가(LCOE) 변동 추이
다. 유럽에서의 최신 기술 동향
유럽풍력발전협회 자료에 따르면, 유럽지역에 설치된 풍력터빈은 평균 용량이 2014년에 약 2.8MW급이었으나, 2018년 현재 약 3.6MW급으로 대형화되었다. 특히 2018년 2분기 부터는 전체 풍력발전기의 50% 이상이 4.0~4.5MW급으로 설치되었다(그림 3-12 참조).
자료: WindEurope(2018), p.37.
<그림 3-12> EU 지역 풍력발전 평균 규모 추이
제3장 육상풍력발전의 국내외 시장 및 기술동향 ∣ 37
유럽 기반의 풍력터빈 제조사들이 신규로 시장 출시하는 풍력터빈의 종류를 살펴보면, 이미 4MW급이 주종을 이루고 있음을 알 수 있다. 특히 GE의 경우 최초로 5.0MW급 풍력 터빈을 개발 완료한 것으로 보인다(그림 3-13 참조).
자료: WindEurope(2018), p.39.
<그림 3-13> EU 지역 풍력터빈 종류(시장 출시 기준)