현대重·삼성重·대우조선해양·STX重 등 참여
선박 건조 노하우 활용 가능···투자 확대 등 규모 늘려

삼성중공업 풍력발전기

[아시아경제 채명석 기자] ‘바람을 피우는’ 조선사가 늘고 있다.

배를 만드는 조선사가 바람이 났다니, 다름 아닌 풍력발전사업을 신성장 사업으로 적극 육성하고 있는 것이다.

삼성중공업은 국내 기업 가운데 최초로 미국 풍력발전 시장에 진출한 데 이어 지난 19일 경남 거제도에 연간 500㎿ 규모의 생산능력을 갖춘 풍력발전기 공장을 준공했다.

국내 최대 풍력발전업체인 현대중공업은 지난 3월 전북 군산에 연산 600㎿ 규모의 풍력발전기 공장을 준공하고 가동에 들어갔으며, 오는 2013년까지 생산능력을 연간 800㎿ 규모까지 늘릴 계획이다.

현대중공업이 울산 조선소에 설치해 가동중인 1.65MW급 풍력발전기.

지난해 미국 드윈드를 인수해 풍력발전 시장에 뛰어든 대우조선해양은 캐나다에 생산법인을 설립하며 북미시장 진출을 확대하고 있으며, STX중공업도 지난해 네덜란드 하라코산유럽의 지분과 풍력발전 관련 특허를 240억원에 인수한 후 투자를 확대해 나가고 있다.

조선사가 풍력발전에 관심을 쏟는 이유는 선박 건조 기술을 활용할 수 있기 때문에 상대적으로 진입장벽이 낮다는 장점이 있다.

또한 세계 각국이 석탄, 석유와 같은 화석연료 고갈에 대비해 새로운 에너지원을 개발하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있는데, 2차전지와 태양광, 풍력, 바이오연료 등 현재 각광을 받고 있는 신재생 에너지 중에서도 바람을 이용한 풍력발전 시장이 가장 전망이 밝은 분야로 손꼽히고 있기 때문이다.

관련 업계에 따르면 풍력발전 설비 용량은 지난 1999년 14GW에서 지난해 122GW로 10년 사이에 8.6배 규모로 성장했다. 지난 2008년 한 해에만 새로 설비된 풍력발전 용량은 28GW로서 시장규모는 500억 유로에 달한다.

풍력 발전기의 원리(그래픽: 삼성중공업)

풍력발전(Wind Power Generation)은 바람이 가진 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 것을 말한다. 이러한 에너지 변환과정을 통해 전력이 생산되며, 생산된 전력은 가정이나 회사, 공장 등에서 사용되기도 하고, 한국전력에 역송전해 전기를 판매할 수도 있다.

풍력발전의 장점은 이산화탄소를 절감하는 동시에 석탄연료를 대체할 수 있고, 환경오염이 없는 경제적 그린에너지라는 점이다. 자연상태의 무공해 에너지원으로, 연료비가 들지 않고, 유지비가 저렴할 뿐 아니라 건설 및 설치기간도 짧아 차세대 신재생에너지의 '꽃'으로 주목받고 있다.

풍력 발전기는 날개의 회전축 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류된다.

주요 구성 요소는 회전날개(Blade), 허브(Hub), 풍력전달장치(기어 박스, Gear Box), 발전기 및 각종 안전장치를 제어하는 제어 장치, 유압 브레이크 장치와 전력 제어 장치 등이다.

회전날개는 바람의 운동에너지를 기계적 회전력으로 변환하고, 동력전달장치는 입력된 회전력을 증폭시킵니다. 발전기는 기계적 회전력을 전기에너지로 변환시키며, 전력변환장치가 직류전기(DC)를 교류전기(AC)로 변환시켜 전력을 공급한다.

대우조선해양이 세계 최초로 건조에 들어가는 해상풍력발전기 설치선 개념도

풍력 발전기의 날개를 돌게하는 것은 풍향에 수직인 양력, 즉 위쪽 방향으로 잡아당기는 힘이 발생하기 때문이다. 양력은 바람이 불 때 날개의 윗면에 흐르는 공기가 밑면보다 더 빨리 움직이기 때문에 날개 윗면의 압력이 아래 면보다 낮아지면서 발생한다. 또한, 날개의 바람에 대한 각도가 점점 커지면 날개의 양력(Lift Force, 유동방향에 수직하게 연직 상향으로 작용하는 힘)도 증가하게 된다.

양력과는 다르게 풍향과 같은 방향으로 발생하는 힘은 공기역학적 기술용어로 항력(Drag Force, 물체의 운동을 방해하는 방향으로 작용)이라고 하며, 항력은 보통 운동방향에 닿는 면적이 커질수록 증가한다. 양력은 풍력발전기의 하중을 증가시키는 요인이 되는데, 회전날개를 개발할 때에는 양력을 최대한으로 하고, 항력을 최소화하는 것이 가장 중요한 목표가 된다.

그러나, 어느 각도 이상이 되면 날개 윗면을 흐르던 공기는 갑자기 날개 표면에서 떨어지고 불규칙적인 소용돌이 속에서 회전하게 되면서 발생된 양력이 갑자기 사라지게 되는 실속(Stall, 속도가 감소하고 항력이 증가해 비행을 유지하지 못하는 현상) 현상이 발생하게 된다.

풍력 발전기는 전력 제어를 위해 이 실속현상을 이용하기도 한다. 전력 제어(Power Control)란 강한 바람에서 풍력 발전기에 발생하는 충격을 최소화하기 위해서 설계 범위 이상의 바람 에너지는 흘려버리는 것으로, 모든 풍력 발전기에서 이 전력 제어를 하고 있다.

STX엔진이 전북 새만금 풍력발전단지에 시공 설치한 풍력발전설비.

현재 풍력시장은 글로벌 업체들이 시장을 장악하고 있다.

1위는 덴마크 베스타스(19%), 2위는 미국 GE윈드(18%), 3위는 스페인 가메사(11%)가 차지하고 있으며, 그 뒤를 독일 에너콘(9%), 인도 시즐론(7%), 독일 지멘스(7%) 등이 따르고 있다. 상위 6개사가 세계시장의 71%를 점유하고 있다.

현대중공업·삼성중공업·대우조선해양 등 국내 조선사들은 엔진의 추진력을 회전력으로 바꾸는 풍력발전의 핵심장치인 ‘블레이드(바람을 전기로 바꾸는 장치)’ 관련 기술이 선박용 프로펠러에 적용되는 기술과 비슷하기 때문에 풍력발전 설비의 성능을 좌우하는 구동장치 및 제어시스템에도 선박 건조를 통해 축적한 기술을 그대로 응용할 수 있다는 장점을 내세워 시장을 공략해 나가고 있다.
<자료: 삼성중공업·현대중공업·대우조선해양·STX중공업>

채명석 기자 oricms@
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