바다 위 풍력발전소가 만든 전기를 옮기는 3가지 방법[재미있는 에너지 이야기]

해상 풍력발전 건설↑..해저케이블 선점 경쟁 치열
진입장벽 높은 해저케이블..국내선 'LS전선' 유일
수소 변환 뒤 파이프·선박 운송도 경쟁자로 떠올라

[파이낸셜뉴스]

30MW급 제주탐라 해상풍력 발전단지의 모습. 두산중공업 제공

탄소중립 달성을 위해 신재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 풍력발전도 주목받고 있습니다. 전 세계적으로 풍력발전소 건설이 이어지면서 수혜를 보고 있는 국내 기업이 있습니다. 바로 전력케이블을 생산하는 LS전선입니다.

풍력발전소는 육지뿐만 아니라 해상에도 건설합니다. 해상은 육지와 달리 바람을 가로막는 장애물이 없습니다.

온전한 바람을 고스란히 받아낼 수 있죠. 다만 육상에 비해 아직 초기 단계입니다.

한국수출입은행 해외경제연구소가 발간한 보고서에 따르면 2020년 글로벌 육상풍력 설치량은 90.2GW에 달하지만, 해상풍력 설치량은 6.6GW에 그쳤습니다. 보고서는 "글로벌 풍력 시장은 육상풍력을 중심으로 성장하고 있다"며 "해상풍력의 경우 높은 발전단가 및 설치비용으로 초기시장 단계에 머물러 있는 상황"이라고 설명했습니다.

하지만 앞으로 신재생에너지 비중을 점차 늘려가야 합니다. 해상으로도 확대돼야 하는 상황이죠. 육상풍력도 초기에는 높은 발전단가 탓에 경제성이 부족했지만, 점차 효율 향상을 이루면서 현 단계에 이르렀습니다. 해상풍력도 기술개발을 통해 효율성을 높여가면서 점차 확대될 것입니다. 이 때문에 현재 전 세계 해상풍력 발전소의 본격적인 가동 시점은 2025년 전후라고 합니다.

해저케이블, 끊김 없이 150㎞까지 생산

LS전선 동해공장에서 해저케이블이 생산되고 있다. LS전선 제공.

다시 해저케이블로 돌아와 보겠습니다. 해상풍력발전소는 육지에서 수백미터에서 수십킬로미터 떨어져 있습니다. 바다에서 생산한 전기를 육지로 옮기려면 해저케이블이 필요합니다.

각국 정부와 글로벌 기업들은 탄소중립 달성을 위해 내다보고 해상풍력발전소 사업에 돌입했습니다. 2025년이면 관련 프로젝트가 본격화될 것이라고 말씀드렸습니다. 아직 멀게 느껴지지만 벌써부터 해저케이블 선점 경쟁이 치열하다고 합니다. 해저케이블 생산 업체가 매우 적기 때문입니다. 고난도 기술을 요구하는 데다 특수 설비가 필요한 터라 진입장벽이 높습니다. 전 세계적으로 넥상스(프랑스), 프리즈미안(이탈리아), 스미토모(일본), LS전선(한국) 등 네 곳에 불과합니다.

끊김 없이 케이블을 얼마나 길게 생산할 수 있는가가 경쟁력을 가릅니다. LS전선은 최대 150㎞까지 끊김 없이 케이블을 만들 수 있다고 합니다. LS전선 측에 따르면 2023년 생산될 물량은 이미 수주가 끝났고, 2024년 물량도 거의 다 차 있다고 합니다. 국내에선 대한전선이 LS전선에 이어 후발주자로 뛰어든 상황입니다.

해저케이블 대체할 기술은 '수소'

상황이 이렇게 되자 관련 업계는 해저케이블을 대신해 해상풍력 발전소에서 생산한 전기를 운송할 대안을 내놓고 있습니다. 바로 해상에서 생산한 전기를 곧바로 수소로 변환 시켜 운반하는 방식입니다.

문재인 대통령이 지난 3월 19일 오후 충남 서산시 대산그린에너지 수소연료전지발전소를 방문해 시설을 시찰한 뒤 발언하고 있다. 수소연료전지발전소는 수소와 산소를 화학반응을 시켜 전력을 생산한다. 뉴스1

수소는 새로운 에너지 운송·저장원으로 주목받고 있습니다. 특히 간헐성이 필연적인 신재생에너지 발전을 보조할 수단으로 떠오르고 있죠. 태양광 발전은 밤이 되거나 날이 흐리면 전기를 생산할 수 없습니다. 풍력발전 또한 바람이 불지 않으면 멈춰서게 됩니다. 햇볕이 쨍쨍 내리쬐고, 바람이 강하게 불 때 생산한 전기를 수소로 변환해 저장한 뒤 전기가 생산되지 않는 조건에서 수소를 꺼내 전기로 바꿔 쓴다는 개념입니다.

신재생에너지는 시간적 간헐성뿐만 아니라 공간적 간헐성도 지닙니다. 일조량이 풍부하고, 바람이 많이 부는 지역은 따로 있기 마련입니다. 이같은 장소에서 생산된 전기를 수소로 변환한 뒤 일조량이 부족하고 바람이 적게 부는 지역으로 운송하고, 다시 전기로 변환시키는 겁니다.

해상 풍력발전소에서 생산된 전기도 마찬가지입니다. 전력케이블을 통해 전기에너지 상태로 육상으로 보낼 수도 있지만, '해상수소생산시설'에서 수소로 변환한 다음 육상으로 운송하는 개념인 것이죠.

연근해라면 해저에 고정된 고정식 해상수소생산시설을, 먼바다라면 해수면에 떠 있는 부유식 해상수소생산시설을 만들 수 있습니다.

파이프라인과 선박으로 '수소' 운송

운송 방식에는 두 가지가 있습니다. 해저파이프라인과 선박입니다.

해상 그린수소 생산기지 개념도. 프랑스의 그린수소 생산 및 공급업체 리페(Lhyfe)가 내년부터 세계 최초로 해상그린수소 생산공장을 가동한다. 리페 홈페이지 캡처.

가스공사에 따르면 지난 8월 18일 휴스턴에서 개최된 오프쇼어 테크놀로지 컨퍼런스에 참석한 석유기업들이 "해상 플랫폼에서 수전해를 통해 생산된 그린수소를 천연가스 파이프라인을 통해 육상으로 운송하는 것이 가능하다"고 언급했습니다. 아울러 "이 방법이 해상풍력발전 전력을 해저케이블로 송전하는 방법과 비교해 일반적으로 저렴한 운송 방법"이라고도 설명했습니다.

네덜란드 응용과학연구기구(TNO)는 이미 관련 시범 프로젝트를 진행 중이라고 합니다. 기존 해상 유전 및 가스 플랫폼에 수소생산시설을 배치하고, 생산된 수소를 기존 천연가스 파이프라인을 통해 수송할 수 있는지 따져보는 작업입니다. 다만 이 방법도 여전히 "전력케이블보다 저렴하지만 여전히 고비용"이어서 추가적인 기술개발이 필요한 상황입니다.

만약 더 깊고 먼바다에 부유식 풍력발전소를 만들 경우 수소운반선이 부유식 해상수소생산시설에 접안해 수소를 넘겨받아 육지로 운송하는 것이 더 효율적일 수 있습니다.

2조원에 달하는 해양 그린수소 생산플랜트

대우조선해양의 부유식 원유생산저장하역장비의 모습. 바다 위에 떠있는 상태로 원유를 정제하거나 천연가스를 생산할 수 있는 시설이다. 해상 수소생산시설도 부유식 원유생산저장하역장비를 바탕으로 고안된 아이디어다. 부유식 수소생산시설 생산이 활발해지면 해양플랜트 제조 기술을 갖춘 한국 조선업계도 수혜를 받을 전망이다. 대우조선해양 제공. 뉴스1

한국도 해상수소생산시설 개발에 나섰습니다. 지난 8월 한국해양대가 해상풍력을 활용한 부유식 수소생산 해양플랜트 개발을 추진한다고 발표했습니다.

한국선급, 한국에너지기술연구원, 한국생산기술연구원 등과 컨소시엄을 구성해 내년 1㎿급 해양플랜트 개발을 시작하고, 2030년까지 GW급 플랜트 개발과 실증을 완료할 계획입니다.

한국해양대는 GW급 그린수소 해양생산플랜트 1척당 가격을 2조원으로 추산했습니다.

한국생산기술연구원의 임동하 친환경재료공정연구그룹장은 "육지와 가까운 바다라면 케이블이 경제적이지만, 특정 거리를 벗어나면 전력 손실이 발생한다"며 "먼바다에서는 파이프라인이나 선박이 유리하다"고 설명했습니다.

에너지업계 관계자도 "원유의 경우 석유 메이저들이 거대한 해양플랜트를 바다 위에 띄워 석유제품을 생산하고 있다"며 "해상 풍력발전의 경제성이 높아질수록 더 깊고 먼 바다로 나갈 것이고, 해상에서 곧바로 수소를 생산하는 방식으로 변화해갈 가능성이 크다"고 전했습니다.

부유식 해상 그린수소 생산시설의 3D 모형도. 한국해양대 제공.

[e-mail] 안태호 기자