지속 가능한 내일을 만드는 바람, 해상 풍력 발전편

"지난 시리즈에서 육상 풍력 발전의 현황과 풍력 발전의 전망에 관해서 이야기를 나눈 바 있다." 풍력 발전 단지가 점점 바다로 뻗어 나가고 있음을 언급한 바 있는데, 이와 같이 바다에서 진행되는 풍력 발전을 ‘해상 풍력 발전’ 이라 한다. 오늘은 이 해상 풍력 발전에 대해 조금 더 자세히 알아보자. 세계적으로 유명한 한국 조선업은 지난 40년간 다양한 기술을 쌓아 온 여러 기업이 서로 돕기도 하고, 경쟁도 하면서 꾸준한 경험을 쌓아 온 산업이다. 이 과정 속에서 확보한 풍부한 기술력이 적지 않다. 아울러 기업과 인력 등 산업 생태계도 잘 구축해 왔다. 이와 같은 인프라 구축은 단순히 배를 만들고 판매하는 것에 그치지 않고, 다양한 분야로 뻗어 나가는 기반이 된다. 실제로 앞으로 이야기할 해상 풍력 발전 사업 역시 조선업 인프라를 기반으로 진행되는 사업이니 말이다. 모두 잘 알다시피, 풍력 발전은 바람으로 돌아가는 거대한 풍차의 힘을 이용해 전기를 만드는 방식 이다. 그러니 바람이 그치지 않고 일정하게 불어야 하는데, 땅 위에서는 그런 곳을 찾기가 무척 어렵다. 또 바람이 좋은 곳이라고 해도 토지 임대료 등이 비싸면 부담해야 하는 비용이 급격히 커지는 일도 잦다. 발전 설비를 짓는 곳의 임대료가 싸다 해도 주위에 거주자가 많다면 소음 문제 때문에 풍력 발전이 어려움을 겪게 되는 경우도 있다. 거대한 풍차가 밤낮없이 바람을 가르는 소리가 작지는 않을 것이니 말이다. 이러한 육상 풍력 발전의 한계를 극복한 것이 바로 바다 위에 풍력 발전 설비를 세우는 해상 풍력 발전이다. 바다 위에는 사람이 살지 않으니 주변 민가에 끼치는 영향도 적고, 토지 매매 비용 등과 같은 비용도 절감할 수 있다. 뿐만 아니라 바다는 바람을 막는 산이나 언덕이 없으므로 위치만 잘 설정하면 육지에 비해 바람을 일정하게 받을 수 있어 발전에 유리하다. 특히 우리나라는 영토 면적에 비해 인구가 많은 국가 중 하나라 발전 설비를 지을 수 있는 곳이 많지 않다. 그에 비해 우리나라의 삼면을 둘러싸고 있는 바다는 훨씬 넓게 열려 있는 곳이다. 이러한 장점들과 더불어 기후변화 시대인 현재, 이산화탄소를 배출하지 않고 전기를 만드는 재생에너지의 비중이 커지고 있다. 해상 풍력 발전만이 가진 특장점과 우리나라의 환경, 그리고 시대의 요구 등이 맞물리며 그 주목도가 나날이 부상하는 추세다. 이러한 요인을 기반으로 업계에서는 2030년 말에는 조선 강국인 한국을 비롯해 영국, 중국, 포르투갈, 노르웨이가 글로벌 부유식 해상풍력 발전 시장에서 주도권을 가질 것이라는 전망이 나오고 있다. 우선 해상 풍력 발전은 크게 고정식 과 부유식 으로 나뉘는데, 고정식은 해안과 가까운 곳의 지반을 활용해 고정하는 방식이다. 다만 해안의 지반이 약하거나, 주변 경관을 해치는 경우가 있어 더욱 안정적인 부유식 해상 풍력 발전의 주목도가 커지는 추세다. 부유식의 경우 바다 한가운데에 설치 가 되니 바람을 균등하게 받을 수 있어 발전에 유리하고, 용지 확보 제한이 없으며 민원도 적다. 현재는 세계 해상 풍력 자원 잠재력의 80%가 수심 60m 이상 심해에 있으나, 2022년 말 기준 가동 중인 부유식 해상 풍력은 전체 해상풍력 발전 용량의 0.3%에 불과한 상황이기에 더더욱 신재생에너지 시장의 블루오션으로 주목받고 있다. 물론 바다 한가운데에 설비를 설치하는 것은 대단히 어려운 일이다. 먼저 배에 거대한 풍력발전기를 싣고 바다로 나가야 한다. 가지고 가는 것뿐만 아니라, 이 거대한 풍력 발전기를 물에 뜨도록 설치해야 하므로 고도의 기술력이 필요하다. 이런 역할을 ‘해상풍력발전기 설치선’ 이 담당한다. 해상풍력발전기 설치선은 마치 움직이는 섬과 같은 거대한 크기를 자랑하는데, 거대한 규모만큼 다양한 역할을 수행한다. 해상풍력발전기의 운반부터 설치까지 담당하며, 플랫폼의 형태로 일련의 설치 과정을 한 번에 진행할 수 있어 건설 비용이나 기간 모두 크게 절약된다. "자, 그럼 이 설치선이 어떻게 부유식 해상 풍력 발전기를 설치하는지도 함께 알아보자." 부유식 설비를 잘 만들기 위해서는 먼저 커다란 설비를 물 위에 세우는 작업이 필요하다. 끊임없이 움직이는 해류에 떠내려가지 않고 발전을 지속할 수 있어야 하는데, 이를 위해 풍력발전기의 하중을 견디며 바다에 뜨게 하는 부유체를 활용하는 것이다. 이 부유체 위에 풍력발전기를 설치하는 것인데, 당연하게도 큰 풍차 날개를 붙여 튼튼하고 안전하게 돌아갈 수 있도록 설계해야 한다. 100미터가 넘는 길이의 날개를 정확한 각도로 만들어 붙이는 일은 굉장히 어렵고 까다로운 작업이다. 크기만큼 무게도 무거워 부력을 조절하는 일이 필수적인데, 계류선과 닻을 활용해 이를 조정하고 떠내려가지 않도록 고정해야 하기 때문이다. 이 어렵고 까다로운 작업을 거쳐 무사히 설치를 끝내면 비로소 발전기가 떠내려가거나 가라앉지 않고, 동일한 위치에서 전력을 생산할 수 있게 되는 것이다. "성공적으로 바다 한가운데에 발전기를 설치했다면, 이제 생산된 전기를 어떻게 운반하고 활용할 것인지가 관건이다." 먼저 운반의 경우 해저케이블 을 활용하는 방법이 가장 통상적이다. 해저케이블은 바닷속이라는 특수한 환경을 견딜 수 있는 소재와 기술력이 필요하다. 그 때문에 해양 풍력 발전 사업과 함께 이 케이블의 개발도 한창인데, 최근 한화솔루션에서 독자적으로 개발한 케이블 소재가 그 송전 효율과 내구성을 극대화하여 세계의 주목을 받고 있다. 생산된 전기를 그 자리에서 활용하는 방법도 있다. 해상의 풍력발전기를 활용해 생산된 전기와 바닷물을 활용하여 수소를 만들 수 있다. 잘 알다시피 수소는 탄소 중립에 가장 그게 기여하고 있는 친환경 에너지원으로 그 생산과 양산을 위해 개발이 한창이다. 그 생산 과정에서 화석연료를 사용하지 않음으로써 탄소 중립을 이루고자 하고 있는데, 물과 전기를 활용해 수소를 생산하는 것은 탄소가 발생하지 않아 친환경적이다. 이를 잘 활용해 수소를 생산하여 운반하고, 동시에 선박의 연료로 활용할 수 있다면 해양에너지 가치사슬이 구축되어 탄소 중립에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 국내에서 이런 가치사슬의 실현이 기대되는 곳은 해상 풍력 발전 시설 중에서 가장 거대한 곳으로 손꼽아 볼 만한 지역인 전라남도 남서해안에 건설 중인 ‘신안우이 해상풍력’ 이다. 용량만 놓고 보면 어지간한 원자력 발전소 절반쯤에 해당하는 400MW의 거대한 시설이다. 신안우이 해상풍력이 완성되면, 연료도 없고 배출하는 이산화탄소도 없이 그저 바람만으로 전기를 끊임없이 만들어 낼 수 있게 될 것이다. 기후변화 문제가 점점 심각해지고 있고 에너지 문제의 중요성도 높아지는 상황에서 해상 풍력 발전이 언제인가 중요한 수출 사업이 될 거라는 전망을 심심치 않게 찾아볼 수 있다. 조선업의 강국으로 도약한 것처럼, 이제 우리나라는 유럽과 미국의 해상 풍력 사업에서도 산업 성장과 성과의 기회를 엿보는 중이다. 국가와 기업이 합심하여, 해상 풍력 발전의 규모 확대와 그 과정에서 경쟁력을 어떻게 키울 수 있을 것인지 고려하여 사업을 전개한다면, 국가적 산업 경쟁력 향상에 기여할 것으로 기대된다.