조 형 희 연세대학교 기계공학부 교수 ㅣe-mail : [email protected]
이 글에서는 대표적인 가스터빈 선진업체인 GE와 SIEMENS의 변천 사례를 통해서 국내 가스터빈 산업이 나아가야 할 방향과 이를 위한 산・학・연・관의 협력체계 구축 및 control tower의 필요성에 대하여 알아본다.
국내 발전산업의 주력은 석탄화력발전, 원자력발전 및 복합화력발전으로 구성되어 있고, 가스터빈을 이용 하는 복합화력발전은 국내 발전설비 용량의 약 28%를 담당하고 있다. 현재 국내에서의 원자력발전과 석탄화 력발전은 기저부하를 담당하고 있으며, 복합화력발전 은 가스터빈의 빠른 기동정지의 장점으로 첨두부하 영 역을 담당하고 있다.
발전시장의 향후 전망은 후쿠시마 원전사고, CO
2발 생에 따른 환경 문제 및 최근의 셰일가스 양산에 따른 에너지 수급 체계의 변화에 따라 매우 민감하게 반응하 고 있다. 그 결과 높은 열효율, 친환경성 및 안정성이 검증된 복합발전 수요가 전 세계적으로 증가하고 있으 며, 국내 발전시장에도 많은 영향을 미치고 있다. 더불 어 최근에 증가하고 있는 신재생발전의 불
균일한 발전 패턴을 극복하기 위한 백업 발 전시스템으로 가스터빈의 필요성 또한 증 대되고 있다. 이와 같이 가스터빈 개발의 필요성이 증대되고 있는 현 상황에서“대형 가스터빈 국산화 사업”이 국책과제로 시작 되었고, 이를 성공적으로 수행하기 위해서 는 학계, 연구계, 산업계 전반의 다양한 의 견 수렴이 필수적이라 할 수 있다. 이에 현 재의 상황, 앞으로의 전망, 그리고 향후 계 획 등에 대한 각계의 의견 소통을 위한 하 나의 장이 되었으면 하는 바람으로서 본 테
마기획 주제로‘한국형 가스터빈 개발 및 추진 전략’을 다루어 보고자 한다.
한 국가의 대표산업은 GDP, 교육 수준 및 기술력에 따라서 필연적으로 변천하게 되어 있다. 미래를 염두에 둔 체계적인 준비와 대비가 국가 및 기업 경쟁력의 제 고를 바탕으로 한 지속 성장을 가능케 하는‘키’역할을 할 것이다. 우리나라는 지난 수십 년 동안 철강, 조선, 자동차 등의 중공업과 가전, 반도체, 모바일로 대표되 는 전자산업을 기반으로 급성장할 수 있었다. 그러나 최근 들어서 중국이 비약적으로 발전함에 따라 우리나 라의 많은 기간산업의 경쟁력이 추월당할 위험에 놓여 있고, 선진국과는 고부가가치 산업에서의 기술 격차가 점점 커지고 있다. 이러한 시점에서 차세대 성장 동력
그림 1 가스터빈 및 주요 고온부품
으로서 어떠한 산업을 육성할 수 있을까에 대한 진지한 고민과 성찰이 필요하다. 특히 국민소득 4만 불 시대를 달성하기 위해서는 지금 시점에서 우리나라를 이끌어 나아갈 차세대 성장 동력의 발굴이 절실히 필요한 상황 이다. 이를 위해 100년 이상 미국과 독일을 대표해 왔던 주요 기업인 General Electric과 SIEMENS의 변천 과정 을 살펴보면 우리나라와 국내 기업이 앞으로 육성하여 야 할 산업분야에 대한 방향설정에 도움이 될 것 같아 살펴보고자 한다.
미국을 대표하는 General Electric은 1878년 발명가 에디슨(Thomas A. Edison)이 설립한 전기조명회사로 1896년 다우존스공업지수에 최초로 포함된 12개 기업 중 현재까지 생존하고 있는 유일한 기업이다. GE는 지 난 130년 동안 시대의 흐름에 맞춰 전략품목에 대한 선 택과 집중을 성공적으로 수행하여 아직도 세계 최대 및 최고의 기업 위상을 유지할 수 있었다. GE는 초창기(20 세기 초) 전기사업을 통해 막대한 부를 축적할 수 있었 으며 제 2차 세계대전을 계기로 원자력, 컴퓨터, 제트엔 진, 백색가전 등 다양화된 복합기업으로 탈바꿈하게 되 었다. 특히 GE는 20세기 중후반 백색가전으로 세계 시 장을 선도하는 최고의 가전 회사가 되었다. 그러나 백 색가전 시장은 상대적으로 기술 진입장벽이 낮을 뿐만 아니라, 일본, 한국 등의 아시아 업체의 빠른 진출에 밀
려 점점 시장 점유율이 떨어졌으며 수익률 도 급감하게 된다. 위기 상황을 극복하고자 잭 웰치 회장은 금융부문을 강화하여 회사 의 규모와 수익을 크게 키웠으나, 엔론사태 및 글로벌 금융위기 당시 큰 타격을 입게 되었다. 이러한 그룹의 위기를 타개하고자 후임 회장인 이멜트는 금융에서 제조업으 로 GE의 체질변화를 시도하였고, 이를 위 하여 에너지와 헬스케어 사업을 차세대 신 성장 동력으로 지목하고 지속적인 투자를 진행하게 되었다. 특히 에너지 분야의 사업 비중을 기존의 20%에서 30%까지 확대하기 위하여 사업 포트폴리오를 개편해 왔다. 향후 10년 안 에 가스터빈 및 증기터빈 사용량이 급증할 것으로 예상 하고 지난 달(2014년 6월)에 GE 역사상 최대 규모인 현 금 135억 달러(약 14조 원)를 들여 가스터빈 분야 시장 점유율 3위인 프랑스 국가 기업 Alstom사의 에너지 부 문을 인수하였다. 이를 통해 GE는 가스터빈 시장에서 최강자의 위치를 더욱 확실히 할 것으로 예상될 뿐만 아니라, GE 그룹 전체적으로 봤을 때 지속적인 성장 동 력을 확보한 것으로 평가받고 있다.
독일을 대표하는 SIEMENS사는 1850년 경 독일의 전 신회사로 시작하여 현재 에너지, 헬스케어 및 전자제품 등 다양한 분야에서 기술을 선도하는 기업으로 발전하 였다. SIEMENS도 GE와 비슷하게 1950년대 가정용 가 전분야에서 시작하여 1970년대 헬스케어 사업, 1980년 대에는 반도체, 에너지 사업까지 진출하여 기업의 규모 를 확장해 왔다. 하지만 1990년대 들어 수익성이 악화 되면서 기존의 핵심사업인 반도체, 전선, 가전 등의 사 업을 축소하고 에너지 및 헬스케어 부문을 중심으로 사 업을 단순화시켰다. 에너지 사업의 성장을 위하여 SIEMENS는 1997년 미국의 대표적인 터빈 회사인 웨스 팅하우스를 15억 달러에 인수하며 단번에 세계 2위의 가스터빈 제작 회사로 발돋움 하였다. 최근에는 세계 최고 효율의 H-Class 가스터빈을 개발하여 대형 가스터
그림 2 지역별 전력수요 및 전력원 분포
빈 시장에서 GE를 제치고 점유율 1위를 차 지하고 있다. 그룹 내에서도 에너지/발전 설비 매출 비중이 35% 이상을 차지하고 있 으며 SIEMENS 그룹 성장의 원동력으로 자 리매김 하고 있다.
GE와 SIEMENS의 사례를 봤듯이, 기업 이 100년 이상 경쟁력을 유지하고 성장을 하기 위해서는 시대적 요구, 국민 소득 및 기술력에 맞는 핵심 사업을 확보하고 이를 발전시켜 나가는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다. 핵심사업은 20세기에 전기, 가전, 반도체, 전자 산업 중심에서 현재는 에너 지 및 헬스케어 사업 쪽으로 이동하였다.
이와 같이 핵심사업의 변천은 기술의 진입 장벽이 높고, 많은 수익이 지속적으로 창 출 가능한 고부가가치 사업으로 변화되는 것을 볼 수 있다. 특히 가스터빈 분야는 국 가적 에너지/전력수급계획을 바탕으로 장
기적으로 시장예측이 용이하며, 신규 설치뿐만 아니라 지속적인 고온부품 정비/교체에 의한 수익이 창출되기 때문에 선진 외국기업들의 핵심사업 역할을 하고 있다.
그러나 신규업체 입장에서는 가스터빈 개발은 독자 개발을 위한 많은 초기 투자를 요구할 뿐만 아니라 선 진 외국기업으로부터의 기술이전이 불가능하기 때문에 진입장벽이 매우 높은 분야이다. 또한 항공용 가스터빈 과 연계된 국방 안보와 직결되는 분야로 선진 외국에서 국가적으로 보호하고 있는 기술이다. 이와 같이 에너지 및 국방 안보와 직결되는 가스터빈의 기술력 향상을 위 해서 선진 외국에서도 지속적으로 국가적인 프로젝트 (미국은 ATS와 NGTS 프로그램, 일본은 Moon-light와 AGT 프로젝트 등)를 통해서 기술력 향상을 지원하고 있다. 더욱이 최근 들어서 GE의 Alstom 에너지부문 인 수로 세계 가스터빈 시장은 GE와 SIEMENS로 양분되 고, 일본 MHI도 Hitachi 터빈사업부 합병으로 경쟁력 확보를 위한 노력 및 투자가 활발히 이루어지고 있다.
이와 같이 정부의 지속적인 지원을 등에 업은 소수의 업체들 중심으로 시장이 독과점 체계로 급속히 진행되 고 있다.
가스터빈 시장의 독과점이 심화되면 앞으로 국내에 서 건설하는 복합발전용 가스터빈 및 운영을 위한 고온 부품의 가격은 더욱 높아질 뿐만 아니라, 향후 발전 플 랜트 수주 경쟁력 및 수익성이 크게 하락될 것으로 예 상된다. 이에 대한 국가적인 대책 마련이 매우 시급한 현 시점에서, 이에 대한 인식을 바탕으로 우리나라에서 도 지난 3년 동안의 기획을 통해서 2013년부터“대형가 스터빈 국산화 사업”이 국책과제로 지원되고 있지만 이 는 가스터빈 독자 개발을 위한 시작 단계에 불과하다.
가스터빈의 경우 발전플랜트의 핵심기기로 전체 매 출 규모의 약 30%를 차지하고 있어 제작업체에 높은 수 익을 제공하고 있다. 그러므로 발전플랜트 시장에서 경 쟁력 및 수익성을 확보하기 위해서는 가스터빈 엔진 독 자기술이 반드시 필요하다. 더불어 신규 설치 후에도
그림 3 GE와 SIEMENS 핵심 사업의 변천
가스터빈 고온부품 정비 및 교체는 지속적으로 이루어 짐에 따라 가스터빈 제작사는 고온부품 After market을 주된 수익수단으로 사용하고 있다. 국내 복합발전용 고 온부품은 대부분 외국에서 수입하고 있다. 이에 따른 교체비용으로 연간 약 1,800억 원을 지출하고 있기 때 문에 안정적인 운영 및 발전단가를 낮추기 위해서는 고 온부품 국산화가 요구된다. 따라서 신규 시장 창출 및 기존 발전 인프라의 안정적인 운영 및 발전단가를 낮추 기 위해서는 국내 가스터빈 개발사업은 전략적으로 구 분되어 진행되어야만 할 것으로 사료된다. 하나는 가스 터빈 엔진을 개발하는 사업이고, 다른 하나는 운전 및 유지보수를 위해서 필요한 고온부품을 개발하는 사업 이다.
첫 번째는 가스터빈 시장의 형성 및 개발을 위한 제 안이다. 성공적인 가스터빈 국산화는 가스터빈의 수요 처인 국내 발전사가 국산 가스터빈 및 고온부품을 사용 할 수 있는 환경이 조성되어야만 가능하다. 그러므로 국내 복합발전도 석탄화력발전 및 원자력발전과 같이 표준화 모델 개발을 통해 기술 확보 및 시장을 형성해 나아가야 한다. 이를 위해서 지금 진행하는 대형가스터 빈 국산화 사업과 더불어 발전사와 제작사가 공동으로 운영하는 실증시험 단지의 구축이 반드시 필요하다. 실 증시험 단지에는 개발된 가스터빈 엔진 및 고온부품을 실증할 수 있는 시험 시설과 계통연계로 전력 공급이 가능하도록 구축하여 개발부터 운전까지의 전 주기를 수행할 수 있도록 구축되어야 한다. 이를 통해서 엔진 및 부품의 실증 및 성능 향상을 위한 설계기술 확보가 가능하며, 또한 국산 발전 설비 고장/사고에 따른 전력 수급 문제를 사전에 예방할 수 있다. 그리고 국산 제품 에 대한 품질 인증을 확보함으로써 국내 발전사에서 안 정적으로 구매할 수 있고, 이러한 수주 및 사용실적 등 의 Track record를 바탕으로 엔진 및 부품을 해외에 수 출할 수 있게 된다. 이를 통해서 최종적으로는 국내 발 전시장 내 주요 국외 제작사의 의존도를 감소시킴과 동 시에 안정적인 부품 공급 및 발전단가 하락을 기대할
수 있으며, 대외적으로 해외 발전 플랜트 수주 경쟁력 및 수익성이 향상될 것으로 기대할 수 있다.
두 번째는 가스터빈 개발 및 실증을 위한 정책적인 제안이다. 현재 개발된 가스터빈 국산 고온부품의 경우 대부분 발전사가 사고의 우려 때문에 실증을 기피하고 있다. 그 결과 개발된 제품이 사용되지 못하고 사장이 되는 경우가 종종 발생하고 있다. 따라서 국산화를 활 성화시키기 위해서는 가스터빈 및 부품을 실증하고 사 용하는 발전사에 대해서는 경영평가 인센티브를 제공 하고, 실증 주체를 명시하여 향후 사업화에 따른 로열 티를 제공하는 것이 필요하다. 또한 국산 가스터빈 및 고온부품 실증 및 사용 시 일정 기간 동안은 사고발생 에 대한 면책을 해주는 등의 정부의 정책적인 지원이 절실히 요구된다.
세 번째로는 가스터빈 복합발전의 신규설치 및 운영 에 대한 제안이다. 현재 국내 전력시장에서 급전에 들 어가기 위해서는 조금이라도 효율이 높은 발전기가 먼 저 발전에 투입되도록 되어 있다. 일면 효율이 높은 발 전기가 투입하는 것이 에너지 저감을 위해서 타당한 것
그림 4 가스터빈 국산화를 위한 Control Tower
