부유식 해상풍력은 지구의 70%를 차지하고 있는 해상에서 수심의 한계 없이 신재생 에너지를 얻는 발전 기술입니다. 현재 고등기술 연구원에서는 이러한 신재생 에너지를 기반으로 한 청정 발전 및 에너지화 원천 기술을 개발하고 있으며, 온실가스 저감 및 전환기술에 관한 기술을 개발하고 있습니다. 오늘 학생 기자단은 신재생 기술 개발에 힘쓰고 있는 1세대 해상풍력발전의 산증인 박종포 박사를 만나보았습니다.
<고등기술연구원 로비에서의 박종포 박사님과 학생기자단>
PART 1. 고등기술연구원
Q. 인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 간단한 자기소개 부탁드립니다.
A. Green energy & Industry intelligence Center 장을 맡은 고등기술연구원 박종포입니다. 두산중공업에서 임원으로 재직하다가 고등기술연구원에 4년 전에 입사해 기술개발을 하고 있습니다. 저는 해상풍력의 1세대 주자로서 국내 최초 3MW급 해상풍력발전센터 개발 등 다양한 프로젝트를 수행했습니다.
Q. 박종포 박사님께서 계신 고등기술연구원이란 어떤 곳인지 궁금합니다.
Q. 박종포 박사님께서 계신 고등기술연구원이란 어떤 곳인지 궁금합니다.
A. 고등기술연구원(Institute for Advanced Engineering)은 산업기술연구조합육성법에 의거, 산업기술의 연구개발과 선진기술의 도입 및 보급 등을 협동적으로 수행하기 위해 설립된 산업기술연구조합이자 산학연 연구 협력 복합체입니다.
연구원은 조합사, 중소·중견기업, 대학 및 출연연구소와 함께 매년 100여 개 이상의 연구과제 중심(Project based System: PBS) 협력을 추진하고 있는 비영리 연구기관입니다. 시설공유 및 공동연구를 통해 기업이 필요로 하는 연구·개발뿐만 아니라, 기술 확산을 통한 강소기업 육성에 앞장서고 있으며, 이를 바탕으로 상생의 중장기 연구 협력 네트워크를 구축하여 기업과 산업의 경쟁력 향상에 이바지하고자 노력하고 있습니다.
Q. 박사님께서 맡고 계신 일은 어떤 것인지 궁금합니다.
A. 제가 속해있는 Green energy & Industry intelligence Center에서는 최근 화두가 되는 에너지 전환과 그에 대한 다양한 기술들을 개발합니다. 풍력, 태양광 등의 다양한 재생 에너지 중에서도 해상풍력과 해상 부유식 태양광에 집중하고 있습니다. 그린에너지 전환하는 데 필요한 장주기 에너지 저장 장치와 PtoG(Power to Gas) 그린에너지에서 전력을 수소로 바꾸는 부분을 연구하고 있습니다. 또한, 에너지 전환 시스템에서 필요한 인공지능에 관해서도 연구하고 있습니다.
Q. 고등기술연구원에서는 해상풍력연구 외 어떤 연구들을 하는 곳인가요?
A. 고등기술연구원은 산학 연구 협력 복합체로서 산업기술 관련 연구개발, 선진기술의 도입·보급을 하고 있습니다.
연구원은 플랜트엔지니어링센터, 플랜트공정개발센터, 바이오자원순환센터, 융합소재연구센터, 신소재공정센터, 지능기계시스템센터로 나누어 각 분야에 관해 연구·개발하고 있습니다.
석탄·폐기물·바이오매스 가스화 및 에너지화 기술, 폐자원 재활용 및 희소금속 회수기술뿐만 아니라, 미래 세대를 위한 수소 및 풍력발전기술, 4차 산업혁명 시대의 근간이 되는 IoT 기반 로봇 기술, FTS활용 초정밀 가공·측정·구동기술 등 다양한 연구를 하고 있습니다.
Q. 고등기술연구원에서 조선해양공학이 접목된 연구나 업무들이 있을까요?
A. 해상풍력과 해상태양광에서 조선해양공학자들의 지식이 필요합니다. 고정식 해상풍력의 경우에는 풍력 터빈이 아닌 하부 구조물 부분에 조선해양공학 분야의 지식이 필요합니다. 부유식 해상풍력은 바다에 떠 있어야 하므로 부유체나 계류 시스템 부분에서의 조선해양공학 지식이 필요합니다.
Q. 고등기술연구원에 들어가기 위해선 어떤 과정들이 필요한가요?
A. 고등기술연구원은 비영리 연구기관이고, 연구 조합의 형식으로 이루어져 있습니다. 일선에서 연구를 받아 그 연구에 필요한 인원을 공채로 선발합니다. 연구원을 채용하는 것이기 때문에 석사급 이상의 자격을 가진 사람을 선발하고 있습니다. 하지만 특별한 경우에는 추천채용을 받기도 합니다. 경력직과 신입 석·박사의 비율이 대략 3:7 정도로 이루어졌습니다.
PART 2. 해상풍력에너지
<해상풍력에너지, 출처｜고등기술연구원 홈페이지>
Q. 해상풍력에너지란?
A. 풍력에너지발전시스템이라는 이름으로 불리고 있습니다. 풍력에너지는 크게 육상풍력과 해상풍력 두 개로 나뉩니다. 그중에서 해상풍력은 고정식과 부유식 두 개로 나눌 수 있습니다. 고정식 해상풍력은 어느 정도의 수심이 있는 곳에 파일을 박아 지표면에 고정하는 것을 말합니다. 부유식 해상풍력은 배처럼 부유식으로 띄워서 그 위에 해상풍력발전기를 설치하는 것을 말합니다.
Q. 부유식 해상풍력발전이란?
A. 해상풍력은 앞서 말한 것과 같이 고정식과 부유식으로 나뉩니다. 수심이 깊은 곳은 고정식 발전기를 설치할 수 있지만, 구조물이 커지는 만큼 비용적 부담이 커지게 됩니다. 그 대안으로 부유식 발전기를 설치하게 됐습니다. 우리나라 동해안의 경우 해안에서 조금만 떨어져도 수심이 깊으므로 고정식보단 부유식 해상풍력발전기가 경제적인 부분과 효율성이 높기에 채택하게 되었습니다.
우리나라 바다에 고정식 발전기를 설치할 경우 어민, 양식장과 같은 해양산업에 관한 민원들이 많아 어려움이 있습니다. 부유식 풍력의 경우 수심의 한계가 없으므로 해양산업과 멀리 떨어진 곳에 설치할 수 있다는 장점을 갖고 있습니다. 먼 바다로 나갈수록 바람의 질 또한 좋아집니다.
또한, 풍력에너지 생산을 위해선 바람의 속도가 아주 중요합니다. 바람 속도의 3제곱에 비례해 생산되기에 더욱 효율적입니다.
운동에너지는 1/2 mv^2입니다. 공기의 질량이 밀도×속도이고, 바람의 속도가 크다는 이야기는 속도의 곱에 제곱이 되기에 총 3제곱에 비례한다고 할 수 있습니다.
그러므로 부유식 해상풍력발전이 효율도 좋고 여러 제약조건에서 자유롭기에 부유식 해상풍력연구를 진행하고 있습니다.
Q. 고정식 해상풍력, 부유식 해상풍력의 차이점 및 각각의 장단점은 무엇인지 궁금합니다.
A. 고정식 해상풍력의 장점은 수심이 낮은 곳의 경우 부유식 발전기를 설치하는 비용보다 적은 비용으로 설치를 할 수 있습니다. 부유식 해상풍력발전기는 계류 부분과 부유체 두 연구를 통해 진행해야 하기에 투자비가 많이 듭니다. 그러나 환경과 해양산업의 민원에 자유롭다는 장점이 있습니다.
Q. 해상풍력에서 전력량을 MW급 표현을 쓰던데 쉽게 MW급이면 얼마 정도의 크기인가요?
A. 한국 가정은 1가구당 전력소비량이 1KW입니다. 1MW는 대략 1,000가구를 동시에 수용 가능한 전력량이라고 설명할 수 있습니다. 지금 우리나라에 설치될 풍력에너지는 총 1GW급입니다. 1GW는 대략 100만 가구를 동시에 수용 가능한 전력량입니다.
Q. 해상풍력 세계강국은 영국이라고 하던데, 풍력에너지 시장이 유럽 위주로 발전된 이유는 무엇인가요?
A. 해상풍력의 원조는 덴마크입니다. 시작이 덴마크였기에 유럽 위주로 시장이 발전하기 시작했습니다. 고정식 풍력발전기의 한계를 느껴 부유식 풍력발전기를 선택할 때 영국 주위의 바다(북해)들이 위치적으로 바다도 넓고 바람도 강해서 영국 바다에서 발전하다 보니 강국이 되었습니다. 영국은 2050년 해상풍력으로 모든 에너지 수요를 대체 한다고 합니다. 이를 충당할 수 있는 자원이 있기에 설치와 공급 면에서 세계 최강국이라고 할 수 있습니다.
Q. 우리나라에서 해상풍력을 하는 이유는 무엇이라고 생각하시나요? 대한민국만의 강점이 있을까요?
A. 대한민국은 생각보다 바다가 넓지 않습니다. 중국과 일본의 해안 사이에 위치해있고 우리나라는 바람도 많이 부는 편이 아니므로 큰 지리적인 장점은 없습니다. 그러나 제작과 설계에 강한 나라기 때문에 우리나라만의 강점으로는 ‘제조기반이 탄탄하다’라는 것을 뽑을 수 있겠습니다.
Q. 우리나라가 필요한 전력량은 어느 정도 되나요?
A. 우리나라가 1년간 필요로 하는 전력량은 100GW 정도 됩니다. 1GW는 원자력 발전소 1개에 해당하는 전력량입니다. 100GW를 충당하기 위해선 총 100개의 원자력 발전소가 필요한데 이를 대체하기 위해 정부에서는 3020 계획을 추진 중입니다.
Q. 그렇다면 3020 계획이란 무엇인가요?
A. 3020 계획은 2030년까지 전력량의 20%를 재생에너지로 대체 하겠다는 계획입니다. 총 20GW의 에너지양이 대체되어야 합니다.
Q. 부유식 해상풍력 발전기 개발과 관련해 고등기술연구원에서 하는 것은 무엇인가요?
A. 부유식 해상풍력발전기를 설치하기 위해선 여러 가지 기술들이 필요합니다. 하드웨어 제작의 경우 기업체에서 맡아서 진행 중이고, 저희 고등기술 연구원에서는 필요한 기술들을 연구해서 연구내용을 공급해주는 역할을 합니다. 부유식 해상풍력 발전기 개발 관련 연구에는 부유체 설계, 풍력 발전 제어, 해석 프로그램 등이 있습니다.
Q. 부유식 해상풍력에서 가장 중요하다고 생각되시는 부분이 무엇인가요?
A. 부유체와 해상풍력발전기를 별개로 연구해왔기에 이를 결합했을 때 일어나는 현상들의 신뢰성이 가장 중요하다고 생각합니다. 또한, 기술이 두 개로 나누어져 있는 만큼 원가가 높아지는데 이를 줄이는 부분도 매우 중요합니다.
Q. 발전기에서 투자비나 원가가 중요한 이유는 무엇인가요?
A. 에너지를 상용화해 쓰기 위해선 여러 에너지 원가와 경쟁해서 효율적인 에너지를 채택합니다. 원가가 저렴해야 해당 에너지를 비용 부담 없이 쓸 수 있기 때문입니다. 그래서 해상풍력에너지의 원가를 최대한 줄여 많이 보급될 수 있게 해주는 것도 중요합니다.
<박종포 박사님과 인터뷰 하는 모습>
PART 3. 해상풍력 발전의 미래
Q. 다른 나라의 부유식 해상풍력 발전 진행 상황과 국내의 진행 상황이 궁금합니다.
A. 부유식 해상 풍력은 현재 영국이 가장 먼저 앞서고 있습니다.
스코틀랜드에 30MW 단지가 건설되어서 운전 중이고 그 옆에 다른 단지가 들어설 계획입니다. 선도하는 나라를 보면 영국, 미국, 포르투갈, 스페인, 프랑스, 그리고 가깝게 일본도 현재 실증을 하고 있고 본격적인 상업 운전을 하는 나라는 영국입니다.
국내의 진행 상황은 울산대에서 인력양성 사업의 목적으로 부유식 풍력에 관해 연구하고, 인력을 양성하는 사업을 하고 있습니다. 부유식 시스템에서 본격적으로 업체가 참여하는 것은 이번에 우리 고등기술연구원에서 국책과제를 수주해서 추진하고 있는 8MW급 부유식 시스템 개발 실증이 처음으로 하는 것입니다.
다른 나라들은 KW급 정도에서 2MW, 3MW 이렇게 늘려왔는데 우리는 시장에 빨리 공급하기 위해서 8MW급으로 도전적인 목표를 정해서 실증이 끝나면 바로 상용을 할 수 있도록 하고 있습니다. 이 8MW급 풍력발전소 대부분이 두산 중공업에서 개발해서 터빈을 공급하려고 하고 있습니다.
Q. 그러면 방금 말씀하신 8MW급 부유식을 추진하는 것이 국내의 부유식 해상풍력 관련 계획의 가장 큰 부분인가요?
A. 그렇습니다.
이 부분이 이제 실증이 되면 제주도 해협, 경남, 동해 쪽에 많은 도움이 될 것입니다.
현재 이 부유식 시스템이 실증돼서 검증되면 많은 디벨로프(develop)들이 그곳에 설치하려고 계획을 하고 있습니다.
Q. 우리나라의 전력을 해상풍력발전기를 통해 전력 대부분을 대체하기 위해선 어느 정도의 시간이 걸릴까요?
A. 기술적으로는 다 가능한 부분이지만 문제는 그 해역이 넓지 않기 때문에 우리나라가 필요로 하는 전기를 모두 다 해상풍력으로 하기에는 한계가 있다는 것입니다. 그래서 정부가 현재 로드맵을 하고 있는데 정확한 비율은 아니지만, 풍력으로 약 20G를 2030년까진 보급할 예정입니다.그리고 현재 우리나라가 필요한 전력이 100GW이고, 그 중 ‘20KW 정도를 해상풍력으로 2030년까지 보급을 하겠다.’ 정도의 타임테이블은 고정이 되어 있습니다. 따라서 아직 전체 전력을 해상풍력으로 하겠다는 로드맵은 없다고 할 수 있습니다.
인터뷰 후기
좋은 기회로 고등기술연구원의 박종포 박사님을 만나 뵐 수 있었습니다. 현재 연구 중인 부유식 해상풍력에 관한 이야기를 들어볼 수 있었고, 더 나아가 해상풍력의 계획까지 들어볼 수 있는 좋은 시간이었습니다. 인터뷰 전에 해상풍력을 조사하면서 신재생 에너지가 점점 발전하고 있다는 것을 알았고, 그에 관한 이야기를 박사님께 직접 들을 수 있어서 영광이었습니다. 바쁘신 와중에도 인터뷰해 주신 박종포 박사님께 진심으로 감사드립니다.
요즘 떠오르는 부유식 해상풍력에 관심은 많았지만 찾아보는 것에 한계를 느끼고 있었습니다. 저희가 쉽게 찾아볼 수 없고 이해하기 어려운 질문들을 쉽게 이해할 수 있도록 인터뷰해 주셔서 감사합니다. 또한, 정부 3020 정책에 관한 정확한 정보들도 알아가는 유익한 시간이었습니다. 용인 고등기술연구원 방문도 저에게 뜻깊은 경험이 되었고, 박사님과 인터뷰를 진행하며 궁금했던 구체적인 해상풍력의 원리, 기술들, 앞으로의 계획을 배울 수 있었습니다. 다시 한번 고등기술연구원에서 인터뷰를 응해주신 박종포 박사님 감사드립니다.
재생에너지 3020 정책과 해상풍력에너지에 관심이 많아 이번 기사를 기획하게 되었습니다. 인터뷰 대상자를 섭외하고 질문지를 만들며 해상풍력과 부유식 해상풍력에 관해 많이 알아보았습니다. 이 과정을 통해 LCOE(Levelized cost of electricity, 균등화 발전 비용)등의 용어부터 스코틀랜드의 세계 최대 하이윈드 해상풍력단지까지 해상풍력을 배울 수 있었습니다.
고등기술연구원의 박종포 박사님과의 인터뷰를 통해 한국의 해상풍력, 부유식 해상풍력에 대해 궁금했던 것들을 질문하며 인터넷 조사로는 찾을 수 없었던 해상풍력의 다양한 부분들을 알게 되었습니다. 다양한 질문에 알기 쉽게 설명해주신 박종포 박사님과 인터뷰를 할 수 있도록 도와주신 분들에게 감사드립니다.