[덴마크] 리소 DTU국립연구소, 풍력발전을 선도하는 덴마크의 연구역량(1) 20190523
2050년까지 모든 에너지를 100% 재생에너지로 전환 예정
2024-04-06 오후 1:23:16
□ 연수내용
◇ 2050년까지 모든 에너지를 100% 재생에너지로 전환 예정
○ 덴마크는 2017년 현재 총발전량 중 73%를 재생에너지로 충당하고 있으며 2030년까지 전체 전력 소비에서 재생에너지 비중을 100%로 확대할 계획이다.
또한 화석연료사회에서 벗어나기 위해 세계 최초로 2050년까지 모든 에너지를 100% 재생에너지로 전환하겠다는 야심찬 목표를 세워놓고 있다.
덴마크는 2020년까지 덴마크에서 사용되는 전력의 50%를 풍력으로 공급하고 2030년까지 2개 남은 화력발전소를 없애서 2050년도 전에 화석연료 제로인 국가가 되겠다는 것이다.
▲ DTU 엔센 교수의 브리핑[출처=브레인파크]
○ 덴마크는 풍력발전으로 연간 국민 1명당 2,300㎾의 전력을 생산하고 있는데 이는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 인구 대비 풍력발전량이 두 번째인 스웨덴을 2배 이상 웃도는 수치이다.
재생에너지 확대 정책으로 덴마크는 친환경 에너지 관련 일자리 7만 개를 만들었고 기술 수출은 연 44%씩 급증하는 경제적 효과를 창출하고 있다.
○ 2018년 현재 전 세계에는 11.7GW의 풍력발전기가 설치되어 있고 세계 전기 사용량의 4%를 풍력발전으로 충당하고 있다. 아직은 극히 미미한 수준이다. 하지만 2050년까지 전 세계 전기생산량의 25%가 풍력으로 공급될 것으로 전망되고 있다.
○ 현재 덴마크에서 사용하는 전력 중 재생에너지는 64%로 주로 풍력, 태양력, 바이오매스가 담당하고 있다. 지역난방의 59%는 바이오매스를 이용하고 있고 교통 분야에서 6%가 바이오 연료와 전기를 사용하고 있다. 현재 덴마크 전체 에너지의 33%가 재생에너지로 충당되고 있다.
◇ DTU 소속 세계최대 풍력에너지 연구소
○ 1829년에 설립된 덴마크 공과대학(Technical University of Denmark, 이하 DTU)은 학사·석사·박사 모든 과정 중 80%가 국제학생이며, 뛰어난 연구 성과를 바탕으로 세계 각국에 파트너십을 구축하고 있다.
한국 카이스트도 DTU의 협력대학이다. DTU는 △연구부 △교육부 △산학협력단으로 구성되어 있으며 20개 학과가 있다.
○ 연구단이 방문한 리소연구소는 DTU의 국립연구소 중 하나이다. 리소연구소는 지속가능한 에너지 기술의 국제적인 개발을 통한 덴마크 경제 활성화를 목적으로 설립됐다. 리소연구소는 풍력 에너지 연구, 교육과 정부에 기술적 자문을 하는 것을 목표로 하고 있다.
리소연구소는 연구 단계에 끝나지 않고 관련 기관과 협력하여 연구개발의 응용과 상용화가 실질적으로 이루어지는데 중점을 두고 있다. 산업계 전문가로 구성된 자문단도 운영하면서 연구개발의 사업화를 앞당기고 있다.
○ 리소연구소에는 250명의 연구원이 몸담고 있는데 이중 여성이 25%를 차지하고 있다. 풍력에너지센터는 △기상(Meteorology) △공탄성(Aeroelastic) △풍력터빈(Wind Turbin) △풍력에너지시스템(Wind Energy Systems) △실험측정(Test and Measurement) 등 5개 연구 분과에 10개 연구팀이 활동하고 있다.
○ 기상학은 기상과 기후를 연구하는 학문이다. 기상학에 기반을 둔 풍력자원조사는 매우 중요한 연구 분야이다. 리소연구소는 인공위성을 통해 날씨와 바람을 예측하고, 레이저를 이용해 이미지를 받아서 분석하는 리다시스템을 갖추고 있다.
바람의 강도를 측정하는 첨단기계를 이곳에서 개발했는데, 현재 세계 풍력단지의 90%가 이 기술을 적용하고 있다. 기상학 관련 연구성과 향상을 위해 미국과 유럽의 유수한 대학과 협력도 추진하고 있다.
○ 공탄성은 공기역학을 연구한다. 일반적 구조물 자체는 구조물만 연구하는데 구조물의 외부에 주어지는 하중 자체가 공기이다 보니 실험결과는 매우 다양하다.
해석이 쉽지 않기 때문에 공탄성 분야가 필요하며 헬리콥터, 항공기, 로켓, 다리 건축물 등에 유용하게 적용되고 있다. 이런 연구는 복합재료를 이용해서 어떻게 하면 더 강한 블레이드를 만들 수 있는지에 대한 연구와 연결된다.
◇ 해상풍력과 터빈기술 집중 연구
○ 리소연구소는 기본적으로 풍력발전기 개발, 풍력발전 기술개발, 풍력자원조사 등 크게 3개 분야의 연구에 집중하고 있다. 특히 해상풍력과 터빈기술 분야를 중점 연구하고 있다.
개별 기업들이 이런 분야를 각기 연구하고 개발하는 것에는 비용 등 많은 부분에서 어려움이 있기 때문에 리소연구소가 연구와 실험을 기초로 기술을 개발하고 산업체 자문도 하는 것이다.
○ 풍력터빈 기술은 기계, 전기, 그리드 등 3가지를 중심으로 연구를 진행하고 있다. 대형 터빈에서 나노 단위까지 다양한 연구가 진행 중인데, 부가가치가 높은 기술을 집중해서 개발하고 있다.
◇ 리소연구소의 연구 분야 변화
○ 이어 DTU 니엘슨 교수는 덴마크 풍력발전의 역사와 정부 지원 프로그램, 연수단의 사전 질문에 대한 답변 순서로 발표를 진행했다.
○ 리소연구소는 1970년대 초반에는 풍력발전과 관련된 이론 정립을 위한 연구에 주력했으며, 1970년대 후반에는 연구 성과를 실증하는데 집중했다.
덴마크 정부도 기술개발 뿐 아니라 어떻게 법규를 정비하고 어떤 정책을 내놔야 시장에 진출할 수 있을지에 대한 관심이 많은 시기였다.
○ 1979년 DTU연구소가 풍력발전기술을 개발하여 세계 최초로 터빈기술을 인증 받았으며 1981년 최초로 정부와 에너지 분야 기관들에 자문으로 계약을 체결하여 대정부 경제, 기술 분야에 고문 역할 수행하기도 했다.
정부로부터 받은 기술문의를 토대로 보고서를 작성하며 정부에 제출하면 정부는 이에 근거해 보조금 및 지원정책과 가격책정 등 에너지 정책에 대한 결정을 했다.
○ 1980년대 초부터는 덴마크 풍력발전 기업들과 협력관계를 구축, 다양한 형태의 풍력발전기를 실험하기 시작했다. 1980년대에는 덴마크 정부가 풍력발전에 30% 정도의 보조금을 지급했다.
리소연구소는 이때 덴마크형 풍력발전기 인증프로그램을 개발했고 이후 2년 동안 40여기의 풍력발전기를 인증했다.
○ 1980년대 덴마크의 풍력발전기 생산업체는 20개로 증가했고, 1980년대 말 풍력발전기 제조사들이 대학교육을 받은 엔지니어를 고용하기 시작했다.
그리고 1985년 원자력을 에너지원으로 사용하지 않겠다고 정부가 발표했다. 탈핵선언은 반핵운동 시작과 반원전운동의 확산으로 인해 내린 결정이었다.
○ 1980년대 덴마크 풍력산업은 세계 최고 수준이었다. 덴마크에서 생산된 풍력발전 설비는 미국에 많이 수출됐는데 한때 미국과 독일 시장이 침체되면서 풍력설비 회사들이 파산하는 아픔도 있었다.
○ 1990년대부터는 연료전지에 대한 연구와 상용화에도 많은 노력을 기울였다. 상용화와 기술이전을 위해 다른 기업과 기관 등이 실제로 응용할 수 있도록 설비를 만들어주는 등 관련 인프라 구축에도 힘썼다.
풍력발전 전기를 판매할 때 정부보조금을 받기 위해서는 일정한 품질 수준을 유지해야했기 때문에 리소연구소의 연구 활동이 중요한 역할을 했다.
1990년대에 독일 풍력시장에 붐이 다시 일어나기 시작할 무렵 풍력설비를 수출할 능력을 갖춘 회사는 덴마크 회사들이 유일했다.
○ 1990년대엔 저비용 고효율, 글로벌 시장에 맞는 제품개발, 규격화, 표준화에 초점을 맞추기 시작했다. 이 과정은 선형적이지 않았다. 때론 터빈기술에 때론 규제와 정책에 중점을 두었다.
◇ 대규모 터빈관련 혁신적인 실험시설 보유
○ 리소연구소는 규모가 큰 연구 및 테스트시설 들을 보유하고 있다. 최근에도 중요한 실험장비 하나를 더 구축했다. 이른바 ‘풍동터널’로 시속 318km 까지 움직이는 물체의 속도에 바람이 어떤 영향을 미치는지 연구하는 장비이다. 풍동터널을 설치한 가장 큰 이유는 바람 때문에 생기는 소음을 측정하기 위한 것이다.
○ 풍력발전기의 블레이드를 실험하는 Large Skill Facility 설비도 구비해 놓았다. 블레이드를 설계, 구성, 실험할 수 있는 설비로 보통 길이 35m 블레이드만 측정 가능하지만 새로 구축한 시설은 45m 길이의 날개도 실험할 수 있다. 이런 장비는 연구소 자체적으로도 활용하지만 기업체에 빌려주는 일도 많다.
블레이드는 규모가 크기 때문에 개별 기업마다 타워와 터빈, 블레이드를 설치하고 자사제품의 성능을 검증하기 어렵다. 따라서 이런 연구를 하는 기업을 지원하기 위해 대규모 시설을 설치한 것이다. 어떤 물질을 사용해 블레이들 제작할지, 어떤 조건에서 작동시킬지 등을 실험한다.
○ 연구소에는 시험용 발전기가 여러 대 있다. 대용량은 기업체의 요청을 받아서 연구를 하는데 많이 쓰는데, 기업체의 용역을 받아서 연구하는 경우 기업체에서 쓰고 대학에서는 쓸 수 없다.
○ 리소연구소가 의욕적으로 도입한 설비가 330m 크레인이다. 330m는 현재의 기술로 풍력발전기를 실험할 수 있는 최대 높이라고 한다. 연구소는 필요할 때마다 조립할 수 있는 조립식 크레인을 도입했다. 이 크레인을 조립하려면 트럭 100대분의 장치가 필요하다. 일반적인 크레인의 높이는 2백m라고 한다.
○ 이밖에 풍력발전기를 실험할 수 있는 시험설비 7개와 유리섬유를 연구하는 연구설비도 갖추고 있다. 유선의 단면을 보면 유리가 있고 그 사이에 폴리가 섞여 있는데 어떻게 섞여 있는지에 따라서 강도가 결정된다.
가볍고 강한 유리섬유를 만들기 위한 방법을 집중적으로 연구하고 있다. 또한 풍력발전기 외부를 무엇으로 마감하느냐에 따라 마찰계수가 달라지므로 표면계수를 계산하기 위한 기술도 연구하고 있다.
◇ 풍력발전 연구용역과 산학협력 추진
○ 리소연구소는 풍력기술과 관련해서 다른 국가를 대상으로 컨설팅도 수행하고 있다. 미국, 남아공, 아프리카의 많은 나라 정부에 풍력에너지 컨설팅을 제공하는 활동을 했다.
최근 다른 덴마크의 정부기관과 함께 대만이 요청한 풍력발전 교육프로그램 개발 연구용역을 완료했다. 바람의 양과 질을 제공하는 서비스와 풍속·풍향을 제공하는 서비스를 제공하고 있다.
○ 연구용역서비스는 한국과도 진행 중이다. 한국에너지연구원과 해상풍력발전 가상 모델링 연구용역을 하고 있다. 다른 곳과 달리 모델링을 통해 실험시설을 설치하는 것까지 연구 범위에 들어 있다.
카이스트, 홍익대와 함께 날개 디자인 프로젝트 연구도 진행 중이다. 날개를 설계할 때는 덴마크에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 사용한다.
○ 리소연구소는 산학협력이 활발하다. 연구 재정 중 36%는 외부 연구자금이지만, 22%는 산학협력을 통해 산업계에서 조달하고 있다. 기업과 협력은 주로 연구용역이나 소프트웨어를 개발해서 판매하는 방법으로 하고 있다. 리소연구소에서 만든 풍력발전기 설계 개발 소프트웨어는 전 세계 최상위 15개 기업에서 사용하고 있다.
◇ 에너지 유연성에 들어가는 단계
○ 덴마크는 에너지 생산에서 풍력발전의 비중이 점점 늘어나게 현재 전력수요의 40%를 풍력으로 충당하고 있다. 2017년 12월 23일에는 1시간 동안 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 리소연구소는 에너지 전환을 연구하고 있다. 일례로 지역난방의 50%를 풍력에너지가 공급하고 있는데, 앞으로는 전기에너지를 열뿐만 아니라 가스, 교통연료 등으로도 전환하는 기술을 개발하고 있다.
○ 에너지 유연성(energy flexibility)이란 풍력에너지를 전기뿐 아니라 열, 가스, 연료 등으로 사용할 수 있도록 하는 것으로 산업, 교통, 난방 등 여러 분야에 풍력에너지가 유연하게 사용된 다는 것을 의미한다.
화력·수력은 거의 고정된 에너지 형태이지만 풍력은 여러 형태로 전환이 가능한 기술을 현재 개발한 상태이다. 이런 기술을 바탕으로 덴마크는 풍력을 중심으로 자체 소비도 하고 수출도 하려고 한다.
○ 덴마크 전체로 봤을 때 에너지 사용비중은 대략 전기 18%, 난방 50%, 교통 32%로 구성된다. 현재는 열에너지로 전환하는 것이 완벽하지 않고 시장·규제·정책 등의 장벽이 있는데 이런 것들이 DTU의 기술적 가능성을 가로 막고 있다. 이 부분은 각 국가에 따라 상황에 맞는 별도의 해법이 필요할 것이다.
○ 불충분한 정보로 인한 비효율적 시장 형성, 에너지 자원의 균등하지 못한 효율, 여러 경로의 기술개발 등 여러 가지 문제들이 장벽을 해소하는데 걸림돌이 된다. 노르딕·발틱 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 중요하고 발전량이 늘면 보조금을 중단하거나 가격을 조정하는 등 균형을 맞추는 정책이 필요하다.
특히 다양한 신재생에너지(VRE : Variable Renewable Energy)간의 통합된 시장이 있어야 한다. 에너지 유연성이 본격화되면 수요와 공급에 따라 보조금·세금·전기가격 등이 연동되고 조정되는 탄력성을 갖추어야 한다.
○ 에너지 유연성과 균등화정책은 노르딕·발틱 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.
◇ 우수한 기술과 신속한 인허가로 빠르게 발전하는 해상풍력
○ 전 세계적으로 풍력발전을 통한 에너지 생산은 5%에 불과하지만 덴마크는 풍력에너지 비율이 44%로 세계 1위를 차지하고 있다.
○ 전국에서 모두 약 6,100기의 풍력발전기가 작동하고 있는데 해상풍력이 지속적으로 늘어나는 추세이다. 현재 덴마크에는 15개의 해상풍력단지가 있고 000㎿, 600㎿, 450㎿ 규모의 해상풍력단지 3개 단지를 신규로 개발하고 있다. 덴마크는 해상풍력으로 1,271㎿, 육상풍력으로 4000㎿를 생산하고 있다.
○ 1991년 빈데비(Vindeby)에 덴마크 최초 해상풍력발전단지가 설치되었다. 450㎾를 생산할 수 있는 풍력발전기 11기가 설치되어 있다. 덴마크 풍력 에너지 중 해상 풍력의 비율은 44.3%에 이른다.
○ 15개 해상풍력단지를 중심으로 전력망이 구성되어 있다. 해상풍력은 전국에 걸쳐 골고루 분포하고 있기 때문에 그 지역에 필요한 전기를 그 지역에서 자체 생산하는 로컬 에너지 개념이 덴마크에는 정립되어 있다고 할 수 있다.
○ 해상에 풍력발전기를 설치하면 환경적으로 긍정적인 효과를 줄 뿐만 아니라 시각적으로도 좋은 영향을 준다.
○ 덴마크의 경관 조례를 보면 다양한 무늬가 아니라 한 가지 무늬로 통일하는 것을 권장하고 있다. 따라서 풍력발전기를 만들 때 격자형으로 만들지 않고 해안선 라인을 따라 줄지어 배치하도록 해서 덴마크의 경관을 바꾸는데 성공했다. 격자형보다는 일자형으로 배치하면 효율은 떨어지지만 경관성은 높아진다.
○ 해상풍력발전단지는 기상에너지부에서 인허가를 담당하고 있고, 육상풍력은 150m 이하는 지자체 승인, 150m 이상은 산업부 승인을 받도록 하고 있다.
기업이나 개인이 풍력발전기를 설치하려면 풍력에너지청에 요청하면 여기서 원스톱으로 승인해 준다. 해상풍력발전단지 개발 기업인 경우, 풍력에너지청에만 연락하면 나머지 일은 연락한 관청에서 진행을 대행해 준다.
○ 초기 30%의 개발비용을 정부에서 지원했는데, 현재는 시장의 수요를 반영하는 쪽으로 흘러가고 있어 지금은 시장가격으로 형성되고 있다.
○ 덴마크 해상풍력발전은 타당성조사에서부터 공사 인허가를 받는 기간이 평균 34개월로 유럽 평균 42개월에 비교해 매우 빠른 인허가 프로세스를 가지고 있다. 덴마크 에너지청은 ‘One Stop Shop’제도를 도입, 인허가 협의, 의제 처리 등의 절차를 신속하게 처리하는 체계를 마련했다.
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◇ 2050년까지 모든 에너지를 100% 재생에너지로 전환 예정
○ 덴마크는 2017년 현재 총발전량 중 73%를 재생에너지로 충당하고 있으며 2030년까지 전체 전력 소비에서 재생에너지 비중을 100%로 확대할 계획이다.
또한 화석연료사회에서 벗어나기 위해 세계 최초로 2050년까지 모든 에너지를 100% 재생에너지로 전환하겠다는 야심찬 목표를 세워놓고 있다.
덴마크는 2020년까지 덴마크에서 사용되는 전력의 50%를 풍력으로 공급하고 2030년까지 2개 남은 화력발전소를 없애서 2050년도 전에 화석연료 제로인 국가가 되겠다는 것이다.
▲ DTU 엔센 교수의 브리핑[출처=브레인파크]
○ 덴마크는 풍력발전으로 연간 국민 1명당 2,300㎾의 전력을 생산하고 있는데 이는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 인구 대비 풍력발전량이 두 번째인 스웨덴을 2배 이상 웃도는 수치이다.
재생에너지 확대 정책으로 덴마크는 친환경 에너지 관련 일자리 7만 개를 만들었고 기술 수출은 연 44%씩 급증하는 경제적 효과를 창출하고 있다.
○ 2018년 현재 전 세계에는 11.7GW의 풍력발전기가 설치되어 있고 세계 전기 사용량의 4%를 풍력발전으로 충당하고 있다. 아직은 극히 미미한 수준이다. 하지만 2050년까지 전 세계 전기생산량의 25%가 풍력으로 공급될 것으로 전망되고 있다.
○ 현재 덴마크에서 사용하는 전력 중 재생에너지는 64%로 주로 풍력, 태양력, 바이오매스가 담당하고 있다. 지역난방의 59%는 바이오매스를 이용하고 있고 교통 분야에서 6%가 바이오 연료와 전기를 사용하고 있다. 현재 덴마크 전체 에너지의 33%가 재생에너지로 충당되고 있다.
◇ DTU 소속 세계최대 풍력에너지 연구소
○ 1829년에 설립된 덴마크 공과대학(Technical University of Denmark, 이하 DTU)은 학사·석사·박사 모든 과정 중 80%가 국제학생이며, 뛰어난 연구 성과를 바탕으로 세계 각국에 파트너십을 구축하고 있다.
한국 카이스트도 DTU의 협력대학이다. DTU는 △연구부 △교육부 △산학협력단으로 구성되어 있으며 20개 학과가 있다.
○ 연구단이 방문한 리소연구소는 DTU의 국립연구소 중 하나이다. 리소연구소는 지속가능한 에너지 기술의 국제적인 개발을 통한 덴마크 경제 활성화를 목적으로 설립됐다. 리소연구소는 풍력 에너지 연구, 교육과 정부에 기술적 자문을 하는 것을 목표로 하고 있다.
리소연구소는 연구 단계에 끝나지 않고 관련 기관과 협력하여 연구개발의 응용과 상용화가 실질적으로 이루어지는데 중점을 두고 있다. 산업계 전문가로 구성된 자문단도 운영하면서 연구개발의 사업화를 앞당기고 있다.
○ 리소연구소에는 250명의 연구원이 몸담고 있는데 이중 여성이 25%를 차지하고 있다. 풍력에너지센터는 △기상(Meteorology) △공탄성(Aeroelastic) △풍력터빈(Wind Turbin) △풍력에너지시스템(Wind Energy Systems) △실험측정(Test and Measurement) 등 5개 연구 분과에 10개 연구팀이 활동하고 있다.
○ 기상학은 기상과 기후를 연구하는 학문이다. 기상학에 기반을 둔 풍력자원조사는 매우 중요한 연구 분야이다. 리소연구소는 인공위성을 통해 날씨와 바람을 예측하고, 레이저를 이용해 이미지를 받아서 분석하는 리다시스템을 갖추고 있다.
바람의 강도를 측정하는 첨단기계를 이곳에서 개발했는데, 현재 세계 풍력단지의 90%가 이 기술을 적용하고 있다. 기상학 관련 연구성과 향상을 위해 미국과 유럽의 유수한 대학과 협력도 추진하고 있다.
○ 공탄성은 공기역학을 연구한다. 일반적 구조물 자체는 구조물만 연구하는데 구조물의 외부에 주어지는 하중 자체가 공기이다 보니 실험결과는 매우 다양하다.
해석이 쉽지 않기 때문에 공탄성 분야가 필요하며 헬리콥터, 항공기, 로켓, 다리 건축물 등에 유용하게 적용되고 있다. 이런 연구는 복합재료를 이용해서 어떻게 하면 더 강한 블레이드를 만들 수 있는지에 대한 연구와 연결된다.
◇ 해상풍력과 터빈기술 집중 연구
○ 리소연구소는 기본적으로 풍력발전기 개발, 풍력발전 기술개발, 풍력자원조사 등 크게 3개 분야의 연구에 집중하고 있다. 특히 해상풍력과 터빈기술 분야를 중점 연구하고 있다.
개별 기업들이 이런 분야를 각기 연구하고 개발하는 것에는 비용 등 많은 부분에서 어려움이 있기 때문에 리소연구소가 연구와 실험을 기초로 기술을 개발하고 산업체 자문도 하는 것이다.
○ 풍력터빈 기술은 기계, 전기, 그리드 등 3가지를 중심으로 연구를 진행하고 있다. 대형 터빈에서 나노 단위까지 다양한 연구가 진행 중인데, 부가가치가 높은 기술을 집중해서 개발하고 있다.
◇ 리소연구소의 연구 분야 변화
○ 이어 DTU 니엘슨 교수는 덴마크 풍력발전의 역사와 정부 지원 프로그램, 연수단의 사전 질문에 대한 답변 순서로 발표를 진행했다.
○ 리소연구소는 1970년대 초반에는 풍력발전과 관련된 이론 정립을 위한 연구에 주력했으며, 1970년대 후반에는 연구 성과를 실증하는데 집중했다.
덴마크 정부도 기술개발 뿐 아니라 어떻게 법규를 정비하고 어떤 정책을 내놔야 시장에 진출할 수 있을지에 대한 관심이 많은 시기였다.
○ 1979년 DTU연구소가 풍력발전기술을 개발하여 세계 최초로 터빈기술을 인증 받았으며 1981년 최초로 정부와 에너지 분야 기관들에 자문으로 계약을 체결하여 대정부 경제, 기술 분야에 고문 역할 수행하기도 했다.
정부로부터 받은 기술문의를 토대로 보고서를 작성하며 정부에 제출하면 정부는 이에 근거해 보조금 및 지원정책과 가격책정 등 에너지 정책에 대한 결정을 했다.
○ 1980년대 초부터는 덴마크 풍력발전 기업들과 협력관계를 구축, 다양한 형태의 풍력발전기를 실험하기 시작했다. 1980년대에는 덴마크 정부가 풍력발전에 30% 정도의 보조금을 지급했다.
리소연구소는 이때 덴마크형 풍력발전기 인증프로그램을 개발했고 이후 2년 동안 40여기의 풍력발전기를 인증했다.
○ 1980년대 덴마크의 풍력발전기 생산업체는 20개로 증가했고, 1980년대 말 풍력발전기 제조사들이 대학교육을 받은 엔지니어를 고용하기 시작했다.
그리고 1985년 원자력을 에너지원으로 사용하지 않겠다고 정부가 발표했다. 탈핵선언은 반핵운동 시작과 반원전운동의 확산으로 인해 내린 결정이었다.
○ 1980년대 덴마크 풍력산업은 세계 최고 수준이었다. 덴마크에서 생산된 풍력발전 설비는 미국에 많이 수출됐는데 한때 미국과 독일 시장이 침체되면서 풍력설비 회사들이 파산하는 아픔도 있었다.
○ 1990년대부터는 연료전지에 대한 연구와 상용화에도 많은 노력을 기울였다. 상용화와 기술이전을 위해 다른 기업과 기관 등이 실제로 응용할 수 있도록 설비를 만들어주는 등 관련 인프라 구축에도 힘썼다.
풍력발전 전기를 판매할 때 정부보조금을 받기 위해서는 일정한 품질 수준을 유지해야했기 때문에 리소연구소의 연구 활동이 중요한 역할을 했다.
1990년대에 독일 풍력시장에 붐이 다시 일어나기 시작할 무렵 풍력설비를 수출할 능력을 갖춘 회사는 덴마크 회사들이 유일했다.
○ 1990년대엔 저비용 고효율, 글로벌 시장에 맞는 제품개발, 규격화, 표준화에 초점을 맞추기 시작했다. 이 과정은 선형적이지 않았다. 때론 터빈기술에 때론 규제와 정책에 중점을 두었다.
◇ 대규모 터빈관련 혁신적인 실험시설 보유
○ 리소연구소는 규모가 큰 연구 및 테스트시설 들을 보유하고 있다. 최근에도 중요한 실험장비 하나를 더 구축했다. 이른바 ‘풍동터널’로 시속 318km 까지 움직이는 물체의 속도에 바람이 어떤 영향을 미치는지 연구하는 장비이다. 풍동터널을 설치한 가장 큰 이유는 바람 때문에 생기는 소음을 측정하기 위한 것이다.
○ 풍력발전기의 블레이드를 실험하는 Large Skill Facility 설비도 구비해 놓았다. 블레이드를 설계, 구성, 실험할 수 있는 설비로 보통 길이 35m 블레이드만 측정 가능하지만 새로 구축한 시설은 45m 길이의 날개도 실험할 수 있다. 이런 장비는 연구소 자체적으로도 활용하지만 기업체에 빌려주는 일도 많다.
블레이드는 규모가 크기 때문에 개별 기업마다 타워와 터빈, 블레이드를 설치하고 자사제품의 성능을 검증하기 어렵다. 따라서 이런 연구를 하는 기업을 지원하기 위해 대규모 시설을 설치한 것이다. 어떤 물질을 사용해 블레이들 제작할지, 어떤 조건에서 작동시킬지 등을 실험한다.
○ 연구소에는 시험용 발전기가 여러 대 있다. 대용량은 기업체의 요청을 받아서 연구를 하는데 많이 쓰는데, 기업체의 용역을 받아서 연구하는 경우 기업체에서 쓰고 대학에서는 쓸 수 없다.
○ 리소연구소가 의욕적으로 도입한 설비가 330m 크레인이다. 330m는 현재의 기술로 풍력발전기를 실험할 수 있는 최대 높이라고 한다. 연구소는 필요할 때마다 조립할 수 있는 조립식 크레인을 도입했다. 이 크레인을 조립하려면 트럭 100대분의 장치가 필요하다. 일반적인 크레인의 높이는 2백m라고 한다.
○ 이밖에 풍력발전기를 실험할 수 있는 시험설비 7개와 유리섬유를 연구하는 연구설비도 갖추고 있다. 유선의 단면을 보면 유리가 있고 그 사이에 폴리가 섞여 있는데 어떻게 섞여 있는지에 따라서 강도가 결정된다.
가볍고 강한 유리섬유를 만들기 위한 방법을 집중적으로 연구하고 있다. 또한 풍력발전기 외부를 무엇으로 마감하느냐에 따라 마찰계수가 달라지므로 표면계수를 계산하기 위한 기술도 연구하고 있다.
◇ 풍력발전 연구용역과 산학협력 추진
○ 리소연구소는 풍력기술과 관련해서 다른 국가를 대상으로 컨설팅도 수행하고 있다. 미국, 남아공, 아프리카의 많은 나라 정부에 풍력에너지 컨설팅을 제공하는 활동을 했다.
최근 다른 덴마크의 정부기관과 함께 대만이 요청한 풍력발전 교육프로그램 개발 연구용역을 완료했다. 바람의 양과 질을 제공하는 서비스와 풍속·풍향을 제공하는 서비스를 제공하고 있다.
○ 연구용역서비스는 한국과도 진행 중이다. 한국에너지연구원과 해상풍력발전 가상 모델링 연구용역을 하고 있다. 다른 곳과 달리 모델링을 통해 실험시설을 설치하는 것까지 연구 범위에 들어 있다.
카이스트, 홍익대와 함께 날개 디자인 프로젝트 연구도 진행 중이다. 날개를 설계할 때는 덴마크에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 사용한다.
○ 리소연구소는 산학협력이 활발하다. 연구 재정 중 36%는 외부 연구자금이지만, 22%는 산학협력을 통해 산업계에서 조달하고 있다. 기업과 협력은 주로 연구용역이나 소프트웨어를 개발해서 판매하는 방법으로 하고 있다. 리소연구소에서 만든 풍력발전기 설계 개발 소프트웨어는 전 세계 최상위 15개 기업에서 사용하고 있다.
◇ 에너지 유연성에 들어가는 단계
○ 덴마크는 에너지 생산에서 풍력발전의 비중이 점점 늘어나게 현재 전력수요의 40%를 풍력으로 충당하고 있다. 2017년 12월 23일에는 1시간 동안 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 리소연구소는 에너지 전환을 연구하고 있다. 일례로 지역난방의 50%를 풍력에너지가 공급하고 있는데, 앞으로는 전기에너지를 열뿐만 아니라 가스, 교통연료 등으로도 전환하는 기술을 개발하고 있다.
○ 에너지 유연성(energy flexibility)이란 풍력에너지를 전기뿐 아니라 열, 가스, 연료 등으로 사용할 수 있도록 하는 것으로 산업, 교통, 난방 등 여러 분야에 풍력에너지가 유연하게 사용된 다는 것을 의미한다.
화력·수력은 거의 고정된 에너지 형태이지만 풍력은 여러 형태로 전환이 가능한 기술을 현재 개발한 상태이다. 이런 기술을 바탕으로 덴마크는 풍력을 중심으로 자체 소비도 하고 수출도 하려고 한다.
○ 덴마크 전체로 봤을 때 에너지 사용비중은 대략 전기 18%, 난방 50%, 교통 32%로 구성된다. 현재는 열에너지로 전환하는 것이 완벽하지 않고 시장·규제·정책 등의 장벽이 있는데 이런 것들이 DTU의 기술적 가능성을 가로 막고 있다. 이 부분은 각 국가에 따라 상황에 맞는 별도의 해법이 필요할 것이다.
○ 불충분한 정보로 인한 비효율적 시장 형성, 에너지 자원의 균등하지 못한 효율, 여러 경로의 기술개발 등 여러 가지 문제들이 장벽을 해소하는데 걸림돌이 된다. 노르딕·발틱 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 중요하고 발전량이 늘면 보조금을 중단하거나 가격을 조정하는 등 균형을 맞추는 정책이 필요하다.
특히 다양한 신재생에너지(VRE : Variable Renewable Energy)간의 통합된 시장이 있어야 한다. 에너지 유연성이 본격화되면 수요와 공급에 따라 보조금·세금·전기가격 등이 연동되고 조정되는 탄력성을 갖추어야 한다.
○ 에너지 유연성과 균등화정책은 노르딕·발틱 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.
◇ 우수한 기술과 신속한 인허가로 빠르게 발전하는 해상풍력
○ 전 세계적으로 풍력발전을 통한 에너지 생산은 5%에 불과하지만 덴마크는 풍력에너지 비율이 44%로 세계 1위를 차지하고 있다.
○ 전국에서 모두 약 6,100기의 풍력발전기가 작동하고 있는데 해상풍력이 지속적으로 늘어나는 추세이다. 현재 덴마크에는 15개의 해상풍력단지가 있고 000㎿, 600㎿, 450㎿ 규모의 해상풍력단지 3개 단지를 신규로 개발하고 있다. 덴마크는 해상풍력으로 1,271㎿, 육상풍력으로 4000㎿를 생산하고 있다.
○ 1991년 빈데비(Vindeby)에 덴마크 최초 해상풍력발전단지가 설치되었다. 450㎾를 생산할 수 있는 풍력발전기 11기가 설치되어 있다. 덴마크 풍력 에너지 중 해상 풍력의 비율은 44.3%에 이른다.
○ 15개 해상풍력단지를 중심으로 전력망이 구성되어 있다. 해상풍력은 전국에 걸쳐 골고루 분포하고 있기 때문에 그 지역에 필요한 전기를 그 지역에서 자체 생산하는 로컬 에너지 개념이 덴마크에는 정립되어 있다고 할 수 있다.
○ 해상에 풍력발전기를 설치하면 환경적으로 긍정적인 효과를 줄 뿐만 아니라 시각적으로도 좋은 영향을 준다.
○ 덴마크의 경관 조례를 보면 다양한 무늬가 아니라 한 가지 무늬로 통일하는 것을 권장하고 있다. 따라서 풍력발전기를 만들 때 격자형으로 만들지 않고 해안선 라인을 따라 줄지어 배치하도록 해서 덴마크의 경관을 바꾸는데 성공했다. 격자형보다는 일자형으로 배치하면 효율은 떨어지지만 경관성은 높아진다.
○ 해상풍력발전단지는 기상에너지부에서 인허가를 담당하고 있고, 육상풍력은 150m 이하는 지자체 승인, 150m 이상은 산업부 승인을 받도록 하고 있다.
기업이나 개인이 풍력발전기를 설치하려면 풍력에너지청에 요청하면 여기서 원스톱으로 승인해 준다. 해상풍력발전단지 개발 기업인 경우, 풍력에너지청에만 연락하면 나머지 일은 연락한 관청에서 진행을 대행해 준다.
○ 초기 30%의 개발비용을 정부에서 지원했는데, 현재는 시장의 수요를 반영하는 쪽으로 흘러가고 있어 지금은 시장가격으로 형성되고 있다.
○ 덴마크 해상풍력발전은 타당성조사에서부터 공사 인허가를 받는 기간이 평균 34개월로 유럽 평균 42개월에 비교해 매우 빠른 인허가 프로세스를 가지고 있다. 덴마크 에너지청은 ‘One Stop Shop’제도를 도입, 인허가 협의, 의제 처리 등의 절차를 신속하게 처리하는 체계를 마련했다.
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