페마른 풍력단지(Ostseeinsel Fehmarn)
Gammendorf 30 23769 Fermarn https://www.offshore-stiftung.de/
현장견학	독일	페마른

□ 교육내용

◇ 페마른 풍력단지 개요

○ 페마른 시의 전력은 1984년까지 슐레시비히-홀스타인 주 중간인 250㎞ 떨어진 곳의 육지에서 전력을 공급 받았다. 공급받은 전력은 화력발전을 통해 생산되던 것이었다.

독일의 전력회사는 크게 4개 회사로 나눠져서 지역전력으로 공급되었다. 페마른 지역에는 E.ON 이라는 회사가 전력을 공급하였는데 발전, 송전, 설비 등의 운영주체는 별도로 구분이 되어 있었다.

○ 1984년에 들어서는 페마른 시 자체의 전력공급 대책이 필요하였고, 그렇게 해서 생각해 낸 것이 일차적으로 풍력발전이었다.

덴마크도 많이 이용하는 열병합발전소가 있는데 처음에는 농업지대가 많아 그곳의 다양한 재료들을 태움으로서 발생되는 열을 가지고 전력을 생산하였다. 하지만 폐기물로 인한 환경오염 문제 때문에 결국은 풍력발전으로 전력을 생산하는 것에 더 큰 비중을 두게 되었다.

○ 1984년 당시만 해도 풍력발전은 걸음마 수준이었다. 자체적으로 풍력발전설비를 시도한다는 것 자체가 쉽지 않았는데, 마침 슐레시비히-홀스타인 주에서 북해에 풍력발전 1.2㎿h 시험용 설비를 설치하였다.

하지만 그 1.2 ㎿h 용량의 시험용 설비는 실패를 했다. 실패를 함으로 인해 원인분석에 대한 연구가 활발해졌다. 이러한 연구로 얻은 결론은 대용량보다는 적은 용량의 풍력발전 설비를 여러 개 만들어 내는 것이었다.

지금에는 다른 모습을 갖추고 있겠지만, 당시 덴마크에는 소용량 풍력발전이 많이 생김으로 인해 이익을 많이 얻었고 또한 픙력발전을 정착시키는데 성공하였다.

◇ 페마른 시의 풍력발전-1980년대 말

○ 1980년대 말에 들면서 소규모의 풍력발전기들이 많이 생겨났는데, 회사들이 들어와서 여러 개를 만든 것이 아니라 개인들이 투자를 하여 세웠다.

초창기에 10개의 풍력발전기가 개인 투자자에 의해 세워졌다. 처음에 이 투자자들도 풍력발전을 성공적으로 가동하기 위해 많은 연구를 했다.

○ 어느 정도의 용량이 필요한지, 페마른의 바람의 세기 정도를 갖고 어느 정도의 전력을 생산해 낼 수 있고, 그것으로 풍력발전기를 돌릴 수 있는지를 모두 감안한 다음 풍력발전기를 세웠다.

◇ 초창기 풍력발전 설립, 허가와 투자비용 확보 문제

○ 초창기에 풍력발전기의 성능, 발전용량 등에 대한 경제성을 고려했을 때, 처음 가동 후 10개 중 90%가 성공적으로 전력을 생산해 낼 수 있었다. 계산한 것보다 많은 양의 전력을 생산할 수 있었다.

○ 그 다음 단계의 문제는 어느 자리에, 어떤 곳에, 어떤 형태로 들어서느냐가 중요한 문제로 떠올랐다. 누군가가 하고 싶다고 마음대로 설치할 수 있는 것은 아니었고 허가를 반드시 받아야만 하였다. 풍력발전을 만드는데 대한 투자비용 등에 대한 문제도 등장하게 되었다.

◇ 풍력발전 설비의 재정문제와 주정부의 10% 투자비용 지원

○ 페마른 지역은 자연보호구역은 아니고 농지전용지역이다. 설비를 세우는데 있어서 토지변형을 바꾸는 것에 대한 농지전용 허가를 받는 과정이 있어야 한다.

그 뒤 이슈로 등장하는 것이 바로 재정문제이다. 당시에 250㎾h 전력을 생산해낼 수 있는 풍력발전 설비를 만들어 내는데 약 25만€ 정도의 비용이 들었다. 그러다 보니 은행에서 융자를 받는데 어려움이 많았다.

○ 그 이유는 새로운 시설인데다가 이것에 대한 성공이나 실패에 대한 확신이 없었기 때문이다. 하지만 나중에 중앙정부이자 연방정부에서 진흥기금이 제공됐다.

이러한 연방정부 지원으로 풍력발전이 생산해내는 전력을 농가에서 직접 사용하는 것이 아니라 지역 전력회사에서 의무적으로 이 전력을 사도록 하는 규정을 만들었다.

○ 80년대에는 5~6명씩 모여 작은 규모의 터빈을 설치했지만 90년대에 들어서 독일 정부에서 신재생에너지를 20년간 고정된 금액으로 구매하면서 투자자들이 많아졌다.

2006년에 들어 설비규모가 커지면서 은행대출이 이루어졌고 이때 자기자본 5%만 있으면 융자를 95% 받을 수 있는 좋은 조건이었다.

○ 그러나 지금은 자기자본이 20~30%가 되어야 하고 기기 단가도 비싸져서 새로운 투자가 어려워지고 있다. 미래에 경쟁력을 가지려면 150미터 200미터 높이의 터빈이 필요한데 현재로선 가능성에 대한 우려가 있다. 시민들의 자본력으로는 부담이 크기 때문이다.

◇ 전력회사가 풍력발전으로 생산된 전력을 사야 하는 법률제정

○ 슐레스비히-홀스타인 주 정책의 일환으로 주정부에서는 풍력발전의 투자비용 10%까지 지원했다. 이러한 진흥책이 나온 이유가 당시의 수치계산으로 보았을 때 2006년이면 전력량의 25%까지 감당할 수 있겠다는 연구결과가 나왔다.

또한 주에서 계획하기로는 주 전체 전력망 25%를 대체에너지 통해 충당할 수 있을 것이라고 예상했는데 2003년에 이미 그 목표치를 달성했다.

○ 1990년부터는 EU차원의 지원책이 나와서 대체에너지인 풍력발전, 태양광, 수력, 바이오매스 등에서 생산되는 모든 전력을 의무적으로 이 지역의 전력회사에서 사는 것으로 하였다.

단 여기서 풍력발전을 통해 생산되는 전력은 1㎾h당 지금으로 치면 9센트 정도의 비용으로 사는 것으로 가격을 정했다. 또한 생산한 만큼 전력을 사는 것으로 법으로 규정하였다.

○ 드디어 대체에너지 산업이 활기를 띄게 될 수 있는 기본 조건이 갖춰지게 된 것이다. 그 이후로 불과 2-3년 안에 페마른 섬에 150기의 풍력발전기가 설치되었다.

◇ 페마른 시 5곳의 윈드 파크 (Wind Park) 조성

○ 페마른 섬 자체에는 240개의 마을이 있다. 매 마을마다 정부와 EU의 지원책이 나와서 가능한한 풍력발전기를 많이 세우려고 하였다. 많은 풍력발전기들을 설치함으로서, 페마른 시 전체에 아무것도 보이지 않고 풍력기만 보이게끔 변할 수도 있었다.

○ 하지만 풍력발전단지를 중심으로 풍력발전에 적합한 지역 중 풍력발전소 단지 윈드 파크 (Wind Park)를 5곳에 조성하였다. 페마른 시에는 네 곳의 지자체가 있는데, 그곳이 풍력단지가 들어설 수 있는 장소로 지정되었다. 일반적으로, 이러한 윈드 파크는 지방자치단체에 의하여 결정된다.

◇ 풍력발전기를 통해 생산되는 전력 생산량와 설치 조건

○ 페마른 시의 주민수가 약 15,000에서 16,000명 정도 되는데 지금 풍력발전기를 통해서 55㎿h를 생산하는데, 이정도 전력망이면 섬 주민들이 사용하고도 남는 양이다.

바다 위로 고압전선을 설치해 육지인 슐레스비히-홀스타인 주까지 역으로 되돌려 보낼 정도의 생산량이다. 규정상으로는 풍력발전기가 들어설 수 있는 거리가 마을로부터 최소 0.5㎞ 거리가 있어야 하며 자연이나 조류보호구역, 휴양지 등과는 최소 1㎞가 떨어져 있어야 한다.

○ 그런데 초창기에는 이러한 규정이 없어 풍력발전기가 우후죽순으로 들어서게 되면서 마을과 가깝게 인접하여 세워진 것들도 있었다. 하지만 규정이 만들어진 이후에는 풍력발전기 설치 거리에 대한 규정을 준수해 왔다.

◇ 전력회사 E.ON의 설립과 과정

○ 시간이 지남에 따라, 대체에너지의 중요도가 높아지면서 전력생산회사와 E.ON이라는 전력공급회사(송전)는 풍력발전기를 세우면서 공동운영하는 GMBH라는 유한책임회사를 세우게 되었다.

이 회사에서는 픙력발전기술이 계속 발전함에 따라 낡은 풍력 발전기를 새로운 것으로 교체하였고 풍력발전기를 통해 더 많은 전력을 생산하기 위하여 육지로도 보냈다.

○ E.ON 회사에서는 생산되는 전력은 다 사야했다. 그 생산된 전력과 잉여전력을 육지로 팔기위해 송전선을 만들기 위해 들어갈 비용이 엄청날 것이고허가부터 완성까지 최소한 12년은 걸릴 것이라고 예상했다.

이러한 전력공급회사 입장에서는 이것은 큰 의미 없는 일이므로 실행하지 않기로 하였다. 하지만 전력을 생산하는 회사에서는 개인적으로라도 투자해서 멀지 않는 곳에 전력을 만들어내는 선로를 만들어 냈으며 그것은 예상보다도 훨씬 빨리 3-4년 만에 완공 되었다.

○ 일반적으로 허가가 나기까지는 얼마나 걸릴지 모른다. 독일에서는 허가를 받기 위해 최소한 20단계 정도를 거쳐야 한다. 3-4년 만에 완공이 된 이 경우는 매우 예외적이기는 하나, 개인투자자가 짧은 기간 안에 허가를 받아서 만들어낸 매우 특별한 경우이다.

○ 2006년부터 시작해서 오래된 250㎾h를 생산하는 소형 풍력발전기를 없애기 시작하였다. 대신에, 여기에 10배에 달하는 전력을 생산할 수 있는 대형 발전기를 만들게 되면서 전체적인 발전기 숫자는 150여개에서 80개로 줄었지만, 대용량 발전기가 들어서면서 전체적인 전력생산량은 크게 늘었다.

◇ 풍력발전기의 구조와 작동법

○ 풍력발전기가 어떻게 작동을 하는지 알아보면 다음과 같다. 처음에 풍력발전기를 세울 때 기둥을 먼저 세운다. 풍속측정기기는 내재되어 있다. 100미터 높이까지도 가능하며, 지금까지 나온 것 중 가장 날개길이가 큰 것은 76미터이다.

○ 크레인으로 발전기의 날개를 들어 올릴 때에도 아주 정밀한 기술이 필요하다. 해상풍력발전 설비일 경우, 바람 때문에 설비가 힘들며, 연간 일할 수 있는 날짜도 1/3 정도 밖에 되지 않는다.

○ 페마른은 빙하기 말엽에 진흙층이 바닥에 이미 많이 형성이 되어있어서 기초공사를 깊이 하지 않아도 된다. 다시 말하면, 페마른의 지반은 단단하게 형성되어 있다.

바람개비, 기둥의 높이가 30미터 일 경우, 깊이 2미터 폭 7미터 정도로 기초공사를 한다. 기초공사 한 것이 다 마르는데 4주에서 6주 정도의 시간이 소요된다.

○ 기둥이 높이 올라갈수록 바람의 강도도 높아지고, 전력 생산량 또한 커지며, 바람의 방해를 받지 않는다. 반면에 기둥의 높이가 낮을수록 주변의 지형지물에 의한 바람의 영향을 많이 받는다.

연간 평균 풍속도는 주정부마다 규정이 다를 수가 있지만, 페마른 시는 10미터 높이에서 초속 1미터 풍속으로 될 때 정상적으로 풍력발전기가 작동되도록 정해 놓았다.

◇ 기둥의 높이에 따른 설치 방법과 기둥의 방식 변화

○ 높으면 높을수록 풍력전력 생산에 유리하지만, 풍력발전기의 날개가 가장 높은 지점이 100미터 보다도 높아지면 항공기 보호 장치를 달아야 한다.

풍력발전기는 옛날에는 날개에 하얀색 빨간색 등을 색칠하여 표시를 하였으나 요즘에는 밤에 운항하는 비행기들을 위해 날개 쪽에 불빛을 달아서 반짝반짝 빛나게 하여 알아채기 쉽도록 만들었다.

○ 처음에는 기둥의 구조는 철탄 형태로 되어 있었다. 수없이 많은 나사로 고정해서 올렸는데 그러다보니 나중에 보수유지 관리하는데 많은 비용이 들게 되었다.

나사로 고정된 방법을 이용한 이후에는 철로 된 통, 높게 만들어 용접을 통해 고정하는 방식을 이용하였다. 이후에는 철근 콘크리트 구조로 방식이 다시 변화되었으며, 근래에는 나무로 기둥을 만들기도 한다.

◇ 날개의 크기와 바람의 강도에 따른 전력생산량의 변화

○ 풍력발전기의 날개는 한 방향으로 돌아가는 것이 아니라, 바람의 방향에 따라 날개가 붙어있는 머리 부분이 움직이며 돈다. 풍력발전은 에너지를 쓰지 않고 만들어지지만, 결국에는 이를 위해 가동하는 전력이 필요하다. 발전기를 작동시키는데 외부 전력이 필요한 것이다.

○ 전력생산 핵심은 풍력발전기의 날개인데 크고 넓을수록 바람을 많이 받는다. 날개는 고정된 것이 아니라 바람 받는 면이 바람 방향에 따라 움직인다. 전력생산에 필요한 최소의 바람의 양은 초속 6미터이다.

풍력발전기가 최적의 용량을 생산하려면 바람 강도가 6.5에서 7등급의 바람 세기일 때이다. 바람이 너무 세면 풍력발전기가 부서질 수도 있기 때문에 멈춰야 한다. 초속 25미터 풍속을 바람세기로 치면 9.5등급이 되는데 이때 풍력 발전기는 멈춰야 한다.

○ 바람의 강도가 9등급 정도 되면 멈추는데 날개에 부딪히는 바람이 세면 반작용이 있을 수 있다. 그렇기 때문에 6.5에서 9.5 등급에서 생산되는 전력량은 비슷하다. 다시 말하면 바람의 강도가 세다고 전력량이 많은 것은 아니다.

날개를 글래스화이버(탄소섬유)로 만들면 무게가 가벼워진다. 옛날 풍력발전기는 날개 회전수가 분당 46회전 하는데 회전 많을수록 소음이 많이 발생하여 최소 500미터 이상 마을로부터 거리를 유지해야만 했다.

500미터 거리 이내에서는 소음이 심했다. 지금은 날개의 회전수는 절반으로 줄고 같은 성능을 발휘할 수 있는 그런 기술들이 개발되고 있다.

◇ 날개의 회전수에 따른 시각적 효과와 전력생산에 미치는 영향

○ 시각적 측면에서도 항공기 프로펠러처럼 착시효과가 나타나 5초 이상 못 들여다본다. 미국 캘리포니아 등지에서는 사람이 없는 곳에 세워져서 큰 영향이 없다. 하지만, 여기 페마른에서는 그런 곳에 세워져 있지 않아서 풍력발전기를 볼 때 항공기 프로펠러처럼 착시효과가 나타나 5초 이상 들여다보지 못한다.

그러다보니 지나가는 사람들에게도 방해를 줄 수 있고, 운전자들의 경우, 운전하다가 무의식적으로 풍력발전기를 쳐다보게 되어 방해를 받을 수가 있다.

○ 여기서 생산되는 전력은 통상 50Hertz 300Volt인데, 날개의 회전수가 빨라지면 전력 역시 높아진다. 그러다보니 회전의 빠르기는 막고 전력량은 유지 되면서 앞바람과 뒷바람의 저항으로부터 더 많은 전력을 생산해낼 수 있는 기술도 개발되어 왔다.

◇ 10년 뒤를 바라보는 페마른 시 풍력발전소의 경제성

○ 풍력발전소로 인한 경제성을 볼 때 페마른 시는 10년이 지나면 돈을 회수 할 수 있고, 순이익이 플러스가 되는 단계가 될 수 있다.

하지만 실제적으로 지금 풍력발전이 전력을 생산하면서 돈으로 받는 액수의 75%가 보험으로 나가고 있으며 지속적인 보수유지 관리에 드는 비용이 3/4정도 된다.

○ 일본에서의 원자력 발전 사고 이후로 많이 대두되는 내용들은 소형풍력발전기를 세우는 것이었다. 대용량이 아닌 작은 마을 규모를 위한 설비에 대해서도 관심이 많아졌는데, 이것을 설립하는데 또다른 규정들이 있기 때문에 이것 역시도 쉬운 것이 아니다.

○ 터빈 제조사들은 97%의 효율을 보장하고 있다. 97%란 연간 500만KW의 97%를 의미한다. 이 발전량을 20년동안 전기회사에 판매를 하게 되는데 97%에서 모자라는 부분을 제조사가 지불해 준다는 의미이다.

○ 라이프찌히에 전기요금결정위원회에서 전기수매가가 결정되는데 전통적인 발전방식의 발전단가가 점차 낮아지고 있어 풍력의 경쟁력이 낮아지는 상황이다. 전기수매가도 점차 낮아지고 있다.

○ 이 시설들은 2006년 세워진 것들이다. 15년간은 8.3센트이고 그 후 5년은 5센트로 낮아진다. 지금현재 공시가격은 2~3센트밖에 되지 않는다. 20년이 지나면 공시가격에 팔아야 할 것이다. 

□ 질의응답

- ㅇㅇㅇ : 손익분기점은 언제쯤인지.?

"5%는 10년안에 회수되고 나머지는 95%에 대한 은행이자를 내는 것이다."

- ㅇㅇㅇ : 주주구성은 어떻게 되는지.

"페마른 주민으로만 구성되어 있다. 은행은 대출만 한 것이고 경영에 관여하지 않는다. 현재는 이런 방식의 투자가 가능하지 않다."

- ㅇㅇㅇ : 페마른 주민 몇 명중 몇 명이 투자했는지.

"80~90년대에는 주민이 자발적으로 만들었지만 2006년 주정부에서 계획하고 주민이 참여해서 만든 것이다. 토지주는 임대료로 5.2%를 받고 있다. 이곳 단지는 77명이 투자했고 전체 페마른 1만3000명 중 300여명이 페마른 전체 단지에 투자했다."

- ㅇㅇㅇ : 참여를 안한 주민들에 대한 보상은.

"참여를 안한다고 보상해주는 것은 없다. 오히려 참여하지 않은 주민은 이익을 배분 받을 수 없다."

- ㅇㅇㅇ : 환경단체 반대는.

"시작전 환경과 철새들에 대한 영향을 조사하고 사업을 시작하기 때문에 특별한 반대는 없다."

- ㅇㅇㅇ : 곡물등 농업에 미치는 영향은.

"작물에는 특별한 영향은 없다. 하지만 150미터 이상의 터빈은 문제가 생길수 있다. 지금 이 터빈을 설치할 때 2006년에는 반대가 없었다."

- ㅇㅇㅇ : 투자자가 바뀐 사례가 있는지.

"그런 사례는 없었다. 오직 주민만 이곳에 투자할 수 있다. 가장 많이 투자한 사람은 두 개의 타워에 투자한 사람이고 가장 적은 사람은 1기의 3%를 투자한 경우이다."

- ㅇㅇㅇ : 5.2%는 어떻게 결정된 건가? 이익이 나지 않으면 배당을 못받거나 손해를 보는건지.

"발전된 전기의 판매금액의 5.2%이기 때문에 손해가 나는 경우는 없다."

- ㅇㅇㅇ : 추가 건설계획은.

"확장계획은 없다. 오히려 줄여야 한다. 처음엔 세세한 규정이 없어서 우후죽순 건립했는데 이제는 규제에 따라 정리를 하는 단계이다. 설비가 노후화되거나 용량이 작아 정리해야한다. 또한 철새가 오가는 지역이 많아 추가적인 설치에 제약이 있다."

- ㅇㅇㅇ : 운영상의 애로사항은.

"내륙지방으로 송전하는 계통연계 케이블이 30키로가량 있는데 누전사고가 있었다. 케이블에 습기가 차서 발생한 사고였고 문제점을 찾는데 10년 걸렸다."