리소 DTU국립연구소(Technical University of Denmark, Department of Wind Energy)
		Frederiksborgvej 399, DK-4000 Roskilde, Denmark http://www.vindenergi.dtu.dk/
방문연수	덴마크	로스킬데

□ 교육내용

◇ DTU국립연구소 소개

○ 디티유는 1829년에 설립되어 200년이 넘는 역사를 자랑하는 대학이다. 학사·석사·박사 모든 과정중 80%가 국제학생이다. 한국의 카이스트도 DTU 연구소의 협력대학이다. DTU연구소의 조직은 크게 연구파트, 교육파트, 산업계 컨설팅파트, 연구원 연구소로 구성되어 있다.

○ 리소연구소의 설립 목적은 '연구, 개발 및 지속 가능한 에너지 기술의 국제적인 개발에 기여하고 덴마크의 경제 개발을 강화'하는 것이다. 리소연구소는 지속 가능한 에너지 분야에 있어서 유럽을 선도하는 연구기관이 되고자 노력하고 있다.

○ 리소연구소는 단지 연구 단계에서 끝나는 것이 아니고 관련 기관등과 협력하여 연구개발의 응용과 상용화가 실질적으로 이루어지는데 중점을 두고 있다.

1980년대 초부터 덴마크의 풍력발전 기업들과 계속 협력하고 있는데 약 1990년대부터는 연료전지에 대한 연구와 상용화에도 많은 노력을 경주하고 있다.

상용화와 기술이전을 위해 다른 기업과 기관 등이 실제로 응용할 수 있도록 설비를 만들어주는 등 관련 인프라 구축에 힘쓴다. 덴마크의 풍력발전을 국제적인 규모로 키우기 위해 280명의 연구원이 몸담고 있다. 코펜하겐 시내에서 교육을, 리소연구소에서는 연구, 덴마크 북부 두 곳에서 실험시설을 설치하고 있다.

◇ 풍력에너지부서에 5개과로 운영

○ DTU연구소 풍력에너지 부서에만 약 150여명의 연구원이 있다. 풍력에너지부서에는 △기상 (Meteorology) △공탄성(Aeroelastic) △풍력터빈(Wind Turbin) △풍력에너지시스템(Wind Energy Systems) △실험측정(Test and Measurement) 등 5개 과가 있다.

○ 기상과는 기상․기후를 연구하고, 공탄성은 공기역학을 연구한다. 일반적 구조물 자체는 구조물만 연구하는데 구조물의 외부에 주어지는 하중 자체가 공기이다 보니 실험결과가 다이나믹하게 나온다.

해석이 쉽지 않기 때문에 공탄성 분야가 필요하다. 이런 공탄성 분야는 헬리콥터, 항공기, 로켓, 다리 건축물 등에 유용하게 적용된다. 이런 연구가 복합재료를 이용해서 어떻게 하면 더 강한 블레이드를 만들 수 있는지에 대해 연구와 연결된다.

◇ 덴마크 풍력발전의 전진기지

○ 70년초에는 풍력발전과 관련된 이론을 정립하기 위해 노력한 후, 70년대 후반과 80년대에는 그간의 연구성과를 실증하는데 주력했다.

덴마크 정부도 기술개발 뿐 아니라 어떻게 법규를 정비하고 어떤 정책을 내놔야 시장에 진출할 수 있을지에 노력을 기울였다. 풍력발전 전기를 판매할 때 정부보조금을 받기 위해서는 일정한 품질수준을 유지해야했기 때문에 DTU의 역할이 컸다.

○ 1979년 DTU연구소가 풍력발전기술을 개발하여 세계 최초로 터빈기술을 인증 받았다. 또한 1981년 최초로 정부와 에너지 분야 기관들에 자문으로 계약을 체결하여 대정부 경제, 기술 분야에 고문 역할을 하고 있다. 정부로부터 받은 기술문의를 토대로 보고서를 작성해서 정부에 제출하고 정부는 이에 근거해 보조금 및 지원정책과 가격책정 등에 대한 에너지 정책에 대한 정책적 결정을 한다.

○ 90년대엔 저비용 고효율, 글로벌 시장에 맞는 제품개발, 규격화, 표준화에 초점을 맞추기 시작했다. 현재는 글로벌화된 기술을 바탕으로 풍력발전의 부품의 기계적 품질을 더 높은 수준으로 개발하고 있다.

이 과정은 선형적이지 않았다. 때론 터빈기술에, 때론 규제와 정책에 중점을 두는 과정이었다. 한국은 덴마크와는 다른 시장과 조건일 것이다. 덴마크는 현재 플로팅터빈을 하고 있는데 한국도 관심이 있는 것으로 안다.

○ 풍력에너지분야에는 총 10개의 연구파트가 있는데 그 중 입지, 해상풍력, 터빈기술 분야에 중점을 두고 있다. 개별 기업들이 이런 분야를 각기 연구하고 개발하는데는 어려움이 있다.

그래서 우리의 연구와 실험을 기초로 산업 각 분야에 학술자문을 하고 있다. 우리활동의 40프로는 학술자문이며 이것이 DTU의 핵심 역할이다.

◇ 대규모 터빈 관련 혁신적인 실험시설

○ 규모가 큰 연구 및 테스트시설들을 있다. 중간 규모의 크기이지만 165미터 규모의 연구시설을 하우소라는 곳에서 운영한다. 9.5메가와트의 전력을 생산하는 테스트 시설도 있고 중국 등 여러나라 출처의 풍력발전 관련 기계를 테스팅운영하고 한다.

바람조건 등에 따라 얼마나 성능을 발휘하는지, 소음과 진동은 어느정도인지 등을 관찰해서 조건에 맞는 설비에 대해 조언한다.

또한 민간기업들이 기술인증을 받기 위해 DTU의 테스트 장비와 시설을 이용기도 한다. 현재는 다음 세대를 위해 50메가와트의 전력생산을 목표로 연구중에 있다.

▲ 브리핑하고 있는 DTU관계자[출처=브레인파크]
○ 블레이드등 대규모 장비의 소음 진공등 여러 가지 실험을 할 수 있는 공간을 2018년에 완공했다. 기업과 대학이 함께 사용하고 있고 가장 빠른 풍속에서 노이즈와 성능이 어떻게 표현되는지 등에 관한 실험을 한다.

○ 블레이드는 규모가 크기 때문에 개별 기업마다 타워와 터빈, 블레이드를 설치하고 자사제품의 성능을 검증하기 어렵다.

이를 해결하기 위한 대규모의 시설을 설립한 것이고 어떤 물질을 사용해 블레이들 제작할지, 어떤 조건에서 작동시킬지 등을 실험한다. DTU는 이런 혁신적인 시도를 하고 있다.

◇ 2050년까지 전 세계 전기생산량 25% 목표

○ 1980년대 덴마크 풍력산업은 세계 최고 수준이었다. 덴마크에서 생산된 풍력발전 설비는 미국에 많이 수출 됐는데 한때 미국과 독일 시장이 침체가 되면서 풍력설비 회사들이 파산하는 아픔도 있었다.

1990년대에 독일 풍력시장에 붐이 다시 일어나기 시작할 무렵 풍력설비를 수출할 능력을 갖춘 회사는 덴마크 회사들이 유일했다.

○ 1980년대부터 풍력 터빈에 대한 인증, 연구개발, 테스트, 컨설팅 분야에 주력해왔다. 최근 25년 동안 전 세계 풍력 비중이 2배로 증가했는데 풍력 터빈이 처음에 개발된 당시는 날개의 길이가 10미터 정도였지만 현재는 130미터까지 규모가 커진 것이 가장 큰 이유이다.

○ 현재 전 세계 풍력발전 전기생산능력은 200GW로 3년 단위로 배가가 되고 있다. 2007~2008년경 전 세계적으로 경제위기가 있었음에도 불구하고 풍력관련 투자는 계속 진전됐다. 2010년 새로 설비된 풍력터빈으로 40GW가 증가했다.

○ 덴마크 정부에서 해상에 운영 중인 풍력발전시설은 총 72개로, 총 발전용량은 2.3㎿ 정도이다. 이는 2050년까지 전 세계 전기생산량의 25%를 풍력으로 마련한다는 가정을 할 때, 위의 규모를 가진 풍력발전시설을 시간당 10개씩 설치해야만 목표를 달성할 수 있는 생산량이다. 결코 쉽지 않은 과제이지만 DTU연구소는 달성을 위해 노력하고 있다.

○ 경제위기 시기를 지나면서 미국은 풍력발전을 통한 발전량이 크게 떨어진 반면 중국에서는 용량이 많아졌다. 중국에 풍력터빈을 생산하는 네 개의 제조업체가 있는데 모두 세계 탑 10위권 안에 들어간다.

◇ 에너지 유연성에 들어가는 단계

○ 풍력비중이 점점 늘어나게 되어 현재 전력수요의 40%를 풍력으로 충당하고 있다. 심지어 2017년 12월23일에는 1시간동안 풍력발전 생산량이 사용량을 초과하여 인근 국가에 수출하기도 했다.

덴마크는 2050년까지 모든 에너지를 재생가능 에너지로 바꾸려고 노력하고 있는데 그 때가 되면 생산량이 사용량을 초과하는 빈도가 더 높아질 것이다.

○ 이런 상황에 능동적으로 대처하기 위해 우리는 에너지간 유연한 전환을 연구하고 있다. 일례로 지역난방의 50%를 풍력에너지가 공급(열과 전기가 결합된 형태)하고 있는데 앞으로는 전기에너지를 열뿐만 아니라 가스, 교통연료 등으로도 전환하게 될 것이다.

○ energy flexibility : 풍력에너지를 전기뿐 아니라 열, 가스, 연료등으로 사용할 수 있게 되는 것은 산업, 교통, 난방등 여러 분야에 풍력에너지가 유연하게 사용된 다는 것을 의미한다.

화력·수력은 거의 고정된 에너지 형태이지만 풍력은 여러 형태의 변동가능한 에너지로 변환하는 기술을 현재 개발한 상태이다. 이런 기술을 바탕으로 덴마크는 풍력을 중심으로 자체 소비도 하고 수출을 하려고 한다.

○ 국가전체적으로 봤을 때 에너지 사용비중은 대략 전기 18%, 난방 50%, 교통 32%로 구성된다. 현재는 열에너지로 전환하는 것이 완벽하지 않고 장벽이 있다.

시장·규제·정책등의 장벽이 있는데 이런 것들이 DTU의 기술적 가능성을 가로 막고 있다. 이 부분은 각 국가에 따라 상황에 맞는 별도의 해법이 필요할 것이다.

○ 시장에 대한 불충분한 정보로 인한 비효율적 시장 형성, 에너지 자원의 균등하지 못한 효율, 여러 경로의 기술개발 등 여러 가지 문제들이 장벽을 해소하는데 걸림돌이 된다.

노르딕발틱 국가들의 경우 국가가 보조금이나 가격정책으로 조정하는 것이 오히려 풍력에너지 확산에 장애가 되고 있다.(이들 국가들은 이미 풍력에너지가 가장 저렴한 발전 방식이기에 이런 주장을 할 수 있다)

○ 여러 가지 자원에 대한 정책을 각각 세우지 않고 균등화하는 것이 필요하는 것이 중요하고 발전량이 늘면 보조금을 중단하거나 가격을 조정하는 등 균형을 맞추는 정책이 필요하다.

특히 다양한 신재생에너지(VRE : variable renewable energy)간의 통합된 시장이 있어야 한다. 에너지간 유연성이 본격화되면 더욱 수요와 공급에 따라 보조금·세금·전기가격등이 연동되고 조정되는 탄력성을 갖추어야 한다.

○ 다시 말하지만 에너지 유연성과 균등화정책은 노르딕발틱 국가들에 해당되는 사항이고 한국은 다른 접근법이 필요할 수도 있다.

풍력에너지는 기술만 필요한 것이 아니라 규제나 정책이 함께 필요하고 가장 중요한 것은 국가별 상황에 맞는 선택을 하고 한국만의 비즈니스모델을 만들어야 한다는 것이다.

□ 질의응답

- 전기를 열가스로 전환을 할때 ESS(에너지저장장치)를 하는지.

"물론이다. 열·가스·전기 전환이 자유롭다는 것은 ESS를 활발히 활용하고 있다는 의미이다."

- 여러 실증단지를 운영하는데 타워와 기타 설비를 그대로 두고 블레이드만 교체해서 실증하는 경우는.

"그렇게 하는 것이 불가능하진 않지만 오히려 비용이 많다. 물론 기술발전에 따라 타워를 교체하지 않고 더 큰 블레이드로 교체할 수는 있다."

- 육상에 실증단지가 있다고 하는데 해상에도 실증단지가 있는지, 이에 대한 국가 지원은? 기업도 어떤 절차에 의해 이용할 수 있는지.

"해상에는 실증단지가 없다. 육상에서 해상의 조건을 갖춘 시설을 설치하여 시뮬레이션이 가능하기 때문이다. 일반 연구소에 대한 비용은 정부와 기업이 50:50으로 투자하지만 실증단지는 정부가 지원하는 비율이 매우 적다. 실증단지는 주로 여러 기업들이 공동의 목적을 갖고 투자하고 함께 이용한다."

- 풍력발전 전기를 어떤 곳에 수출하는지 알고 싶다. 또한 그린란드가 풍력단지 조성에 적합할 듯한데 풍력관련 활용방안은.

"북유럽 인접 국가에 수출한다. 그린란드는 도시가 작고 에너지 소비량이 적어 그곳에서 풍력발전을 하는 것은 효율이 떨어진다고 생각한다."

- 그린란드에서 풍력발전을 하고 이를 수소로 전환해 저장할 수 있지 않을까.

"현재 생산할 수는 있지만 시장가치가 적어 계획은 없다. 물론 연료전지 기술이 더욱 진보한다면 가능성이 있기에 관심을 기울이고 있다."

- 덴마크는 풍력시장이 잘 형성되어 있어 좋은 환경이다. 한국은 이제 시장을 형성해야 하는데 초기 시장형성을 하기 위한 좋은 방법론이나 사례가 있는지.?

"덴마크는 노르웨이등 해외시장이 있어서 한국과는 다른 조건이다. 한국은 자국내에서 시장을 형성해야하기 때문에 우리보다 어려운 환경이라고 본다.

최근에는 풍력에너지를 이용해 여러 가지 에너지로 변환할 수 있기 때문에 한국이 관심을 기울일 분야라고 본다. 핵심은 시장에 진출할 때 덴마크처럼 정부보조금등을 통해 원할히 진출할 수 있게 하는 것이라고 본다."

- 보조금은 시장성과 부가가치가 낮을 때 초기 정착을 위해 정부가 지급하는 것인데, 해외에 수출하고 부가가치를 창출하는 단계에서도 보조금을 지급해야 하는가? 수출을 한다는 건 시장이 형성되어 있고 부가가치가 창출되고 있는 단계에 접어들었다는 의미인데 이런 단계라면 보조금의 필요성이 없는 것 아닌지.

"수출이 일관되지 않고 불규칙적이기 때문에 그렇게 단언할 수는 없다. 아직까지는 수출을 할 수 있는 시기는 짧고 일시적이다.

이를테면 12월말 크리스마스 시기때 약 4시간가량 전력소비량이 적어 네거티브 프라이스(전기를 보조금을 지급하지 않고 싸게 구매)를 적용하는 정도이다. 나머지 대부분의 시기에는 고정된 가격으로 전기를 구매하고 있다."

- 풍력발전단지나 실증단지 조성시 환경단체등의 반대는 없었는지.

"처음에는 반대가 많았다. 하지만 연구결과 풍력이 건강에 해가 없다고 결론이 났다. 처음엔 많은 민원이 있었지만 연구결과가 발표되고 설치가 끝난 뒤에는 자연스럽게 사라졌다. 민원은 지방청에서 관리하고 있다."

- 실증단지 조성시 위치선정의 기준은 무엇인가? 민원이 적은 지역을 선택한 것인가? 아니면 풍력발전에 적합한 지리적 조건인지.

"두가지 이유가 다 맞다. 바람의 조건이 가장 중요하다. 풍량이 적으면 풍력발전을 할 수 없거나 효율이 떨어진다. 또한 춥고 척박한 지역이라 민원인이 없다는 것도 입지선정의 주요한 이중 하나이다."

- 해상터빈의 하부구조를 설치할 때 공기와 공사비를 줄이기 위한 적용 기술은.

"우리도 하부구조 구축비용을 줄이는데 관심이 많다. 이를 해결하기 위해 현재 플로팅(floating) 기술을 연구중이다."

- 해상풍력 단지 조성시 주요 주체는 누구인지 그리고 운영 주체는 누구인지 궁금하다? 또한 민간이 발전을 할 때 정부의 지원정책은.

"단지 조성의 주체는 민간이다. 입지선정, 부지제공에 필요한 조사는 국가가 지원하지만 조성과 운영은 민간기업이 한다. 물론 50%지분을 정부가 가지고 있는 경우도 있지만 대부분은 민간섹터의 에너지관련 기업에서 설치 운영한다."

- 전북에도 재료연구소에 블레이드 테스트 공간(실험실) 있다. 덴마크의 시설은 어떤지 궁금하다. 이런 부분의 정보교환과 교류협력을 위해 내년도 전북 신재생에너지 국제포럼에 방문하실 수 있는지.

"덴마크엔 블레이드를 테스트하기 위한 특별한 실험기계가 있다. 저(Peter)가 IEC(international electric committee)회원이라 포럼에 참여할 수 있다. 초청해준다면 기쁜 마음으로 가겠다."

- 2008년도만 해도 덴마크의 풍력비중이 20%에 불과했었는데 나머지는 어떤 방식의 발전이었고 풍력이 늘어나는 동안 어떤 발전방식이 줄어들었는지.

"당시 나머지 발전방식의 비중이 정확히 기억나지는 않는다. 하지만 풍력이 늘어난 건 사실이고 가장 많이 줄어든 방식은 화력이다. 아직도 화력발전은 풍력 다음으로 비중이 높은 발전 방식이다."

- 2050년에 모든 발전방식을 신재생에너지로 100% 전환한다고 했는데 풍력과 태양광 비율은,

"현재로서 예단하기는 어렵다. 여러 가지 시나리오가 있다. 풍력, 태양광, 바이오매스등 다양한 경로가 있을 것이다. 다만 덴마크는 풍력발전을 하기에 좋은 자연조건, 즉 바람조건을 갖추고 있다."

- 신재생에너지중 풍력이 가장 경쟁력이 있다고 보는지.

"덴마크는 풍력발전이 생산원가가 가장 낮다. 지금은 50%인 풍력발전이 100%가 될 것이라고 전망한다."

- 50메가와트의 터빈을 만들기 위한 가장 중요한 관건은.

"지형에 맞게 적정화시키는 기술, 관련된 여러 가지 기술의 통합, 위험요소를 줄이는 노력등 세 가지가 가장 중요하다."

- 에너지 가격이 균등하게 되는 시점은 어떤 때 가능한지.

"이미 풍력발전이 가스, 화력발전보다 가장 저렴한 발전이다. 아마 낙후된 기술을 가지고 있는 경우는 저렴한 발전이 어렵겠지만 우리의 기술력 수준은 이미 풍력발전이 가장 저렴한 수준이다."

- 석사과정 말고 일반 기능인력 양성과정이 있는지.

"정규프로그램은 없지만 무료로 들을 수 있는 온라인 강의가 있다."

- 장시간 발표해주시고 성의있게 답변해주셔서 감사하다. 주신 말씀은 대한민국 풍력발전에 큰 도움이 될 것이다. DTU와 전라북도의 교류와 협력에도 큰 도움이 될 것으로 기대하고 있다. ㅇㅇ에서 주최하는 국제풍력발전포럼에 두 분을 초청하고 싶다. 추후 연락하도록 하겠다. 피터와 클라우스에게 박수를 보낸다.