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1 산업별 Vol. 2 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 2020 에너지 자원

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3 대한민국산업 기술비전 2020 I. 총괄 1. 에너지 자원산업의본질과패러다임변화 3 2. 에너지 자원산업의내부역량과핵심이슈분석 에너지 자원산업육성방향및전략 에너지 자원산업미래핵심산업 14 Ⅱ. 자원 1. 산업의본질및패러다임변화 자원기술및자원순환산업내부역량및핵심이슈분석 자원기술및자원순환산업 2020 비전및유망제품 / 부품도출 산업전략 기술전략 자원기술및자원순환산업비전체계도 52 Ⅲ. 원자력 1. 산업의본질및패러다임변화 원자력산업내부역량및핵심이슈분석 원자력산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 산업전략 기술전략 원자력산업비전체계도 107 Ⅳ. 화력 1. 산업의본질및패러다임변화 화력발전산업내부역량및핵심이슈분석 128 i

4 대한민국산업 기술비전 화력발전산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 산업전략 기술전략 화력발전산업비전체계도 144 Ⅴ. 신재생에너지 Ⅰ. 총론 149 Ⅱ-1. 태양광 160 Ⅱ-2. 풍력 178 Ⅱ-3. 연료전지 201 Ⅱ-4. 바이오연료 216 Ⅱ-5. 신재생에너지설비 227 Ⅲ. 결론 252 Ⅵ. 에너지효율 1. 산업의본질및패러다임변화 에너지효율산업내부역량및핵심이슈분석 에너지효율산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 산업전략 기술전략 에너지효율산업비전체계도 282 Ⅶ. 전력 스마트그리드 1. 전력 스마트그리드산업의본질및패러다임변화 전력 스마트그리드산업내부역량및핵심이슈분석 전력 스마트그리드산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 294 ii

5 대한민국산업 기술비전 산업전략 기술전략 전력 스마트그리드산업비전체계도 316 Ⅷ. 온실가스 1. 산업의본질및패러다임변화 온실가스산업내부역량및핵심이슈분석 온실가스산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 산업전략 기술전략 온실가스산업비전체계도 352 iii

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7 기술 비전 2020 The next big thing! 대한민국 산업 기술산업비전 2020 총 괄 Ⅰ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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9 I. 총괄 1 에너지 자원산업의본질과패러다임변화 1.1 에너지 자원산업의정의및범위에너지 자원산업은에너지 자원의효율적발굴, 생산, 수송및소비와관련된산업으로, 기후변화를억제하고, 자원및에너지의고갈에대비함과동시에신성장동력을창출하여국가의지속발전을견인하는핵심산업으로정의되며석유가스, 광물자원등자원의발굴과생산으로부터화력 / 원자력발전, 신재생에너지생산과이의수송, 그리고에너지의효율적소비및저장등에너지전주기를포함한다. < 그림 1> 에너지 자원산업의범위 1.2 에너지 자원산업의중요성대한민국은산업과생활의필수동력인자원및에너지를수입에의존하고있으며 08년기준으로 GDP( 약 8,372억달러 ) 의약 18%(1,500억달러 ) 를석유수입에소비하였다. 이는반도체및자동차수출액합계를넘어서는금액이며, 유가가배럴당 10 달러상승시무역수지 20억불, GDP 0.2% 의악화를초래한다. 09년기준으로광산물해외수입의존도는 93.7% 이며, 철을비롯한비철금속및희유금속등의 1인당소비량은전세계 2 5위의자원다소비국가이다. 기후변화와에너지고갈의위기에직면하여전세계는녹색산업을국가신성장동력으로육성하기위해치열하게경쟁중으로주요국에서도에너지산업을기반산업이아닌신성장동력산업으로간주하여정부가주도적으로육성하고있다. 3

10 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 중국의경우 7대신성장동력산업에서 4개분야가자원및에너지관련산업이며 ( 10. 9) 일본의경우기존에는기반부문에포함되어있던환경및에너지그린이노베이션분야를 7대신성장전략분야의성장부문에포함시켰다.( 10. 6) 미국은 4대신성장동력에서 3개분야가에너지관련부문으로 ( 10. 8) 에너지 자원산업은기후변화대응과녹색성장의핵심산업이다. 1.3 에너지 자원산업의환경변화에너지다소비체계지속시기후변화에따른경제손실은매년세계 GDP의 5 20% 에달할전망이며지구의평균기온은금세기말까지최대 6 상승이우려되며, 누적된영향으로 1980년대이후부터자연재해발생건수가급증하는등환경위기와자원위기를동시에직면하고있다. < 그림 2> 10 명이상사망, 100 명이상의부상에해당하는피해를준지진, 가뭄, 홍수, 태풍, 산불등 ( 미국 DOE, 2009) 인구증가와개도국경제성장등으로자원및에너지수요는지속적으로증가하여기후변화와자원고갈은가속될전망이다. 2030년세계인구는 82억명에이르게되며비 OECD 국가인구는 69억명으로전세계인구의 84% 를차지하여 ( 그림 3) 1차에너지수요증가를개도국이주도할전망이다. ( 표 1) 4

11 I. 총괄 < 그림 3> 주요지역별인구전망 (IEA, 2009) < 표 1 > 지역별세계 1 차에너지수요 ( 단위 : 백만 toe) (IEA, 2009) OECD 국가의지구온난화방지를위한온실가스배출규제제도화및법규강화와탄소시장대두는새로운시장창출기회를제공하고있으며 06년 310억달러규모의탄소배출권시장규모는 10년 1,500억달러로증가하는등기후변화는신성장동력발굴차원에서기회요인으로작용하고있다. (World Bank, '08) 5

12 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 원자력에너지는 CO2 감축이가능하고지속가능한현실적에너지로서 2030 년까지 490 기의신규건설이전망되어원자력산업의수출산업화가능성을바라보고있다. (WNA, '10. 5) 신재생에너지시장규모는 07년 773억달러에서 17년 2,545억달러로신재생에너지의보급확대가예상되며 (Clean Energy Trends '08) EU와북중미에서 40년이상의노후전력설비물량은연간 28 GW로서에너지고효율설비화및노후석탄발전소성능개선작업이적극적으로추진되고있다. 희귀자원을중심으로한자원무기화와고유가지속에따른안정적인자원확보를위한전세계적인경쟁이치열해지고있으며중국의치날코 (Chinalco) 社는호주의리오틴토 (RioTinto) 社금속사업을인수합병하였으며일본의미쯔비시 (Mitsubishi) 社는인도네시아의스크랜드미네랄 (Strand Minerals) 社를인수하는등중국, 일본, 인도등은풍부한자금력을바탕으로공격적인해외광물자원을확보하고있다. 중국은안정적인해외석유자원확보를위해 CNPC, CNOOC, SINOPEC 등 3개의국영석유회사를보유하고있으며일본도 INPEX, JAPEX 등국영및민영석유개발전문기업을 20여개이상보유하고있다. 희유금속역시중국과인도등의신흥국중산층을중심으로자동차, 휴대폰, LCD 등의수요가증가하여글로벌수요가동반급등하면서자원확보경쟁이가속화되고있다. 특히중국의희소금속자원무기화는관리광종을지정하여수출량을제한하고세금조치를통해자국의광물을보호하는단계로진행하고있다. ( 현대경제연구원, 09) < 그림 4 > 중국과일본의희토류소비량변화, (USGS Minieral Commodity Summaries, 09) 6

13 I. 총괄 1.4 에너지 자원산업의미래성장방향신재생에너지를중심으로한녹색에너지산업은신시장을창출하는거대산업으로부상하고있다. 09년신재생에너지세계시장규모는 5년간연평균 28% 의성장율로1,620억달러이다. 전세계적으로녹색에너지투자는매년 60 ~ 80% 급증하고있으며녹색에너지시장은향후 10년간연평균 15.1% 의고성장이전망되어환경친화적이며분산화된에너지로서성장할것으로전망된다. ( 미국, Clean Edge) 공급이풍부하고저렴한에너지인원자력은안정적이고경제적인에너지공급원으로기후변화와에너지안보의가장현실적인대안이기에지속가능한발전을위한원자력의역할은더욱증가될전망이다. 08년 IAEA는 2030년까지 300기이상의신규원전건설을전망하였으며 10년 WNA에서는 490기의거대시장을전망하는등원전수요는지속적으로증대될것이다. 있다이는 00년대후반부터계속된화석연료가격급등으로원자력발전의경제성이크게제고된것으로연료가격 50% 증가시발전원가상승은원자력 3%, 석탄발전 20%, 복합화력 38% 수준이다. 에너지효율향상은미래의가장중요한 연료 (fuel)" 가될것이며, 낮은비용으로실질적소비를줄이는데있어 2050년까지가장큰잠재력을제공할것이다. < 그림 5 > IEA Blue map 시나리오하에서이산화탄소감축을위한주요기술, (2010) 생산자중심적이던전력시스템이양방향성을띄게됨으로써소비자중심적으로전환되고, 소비자는전력시장에보다적극적으로참여하고선택권을행사할수있어생산자와공급자구분이사라지고있다. 또한전력망업그레이드와신재생에너지원의통합관리, 에너지저장및송배전지능화를위한스마트그리드가새로운성장동력으로대두되고있으며차세대스마트그리드시장은 2014년까지연평균 19.9% 성장해누적시장규모 190조원이예상된다. 7

14 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 오늘날전세계적으로전기혜택을받지못하는인구는약 15억명인반면, 2030년에는 13억명으로전기보급률이크게증가할전망이며도시화가가속됨에따라전력소비는기하급수적으로늘어 1980년대 8,300 TWh, 2000년대 15,400 TWh에서 2020년경 27,000 TWh로크게증가할전망이다. < 표 2 > 지역별전기보급율전망 1.5 에너지 자원산업의 Tipping Point 에너지 자원산업 Tipping Point 기후변화협약구체화 에너지산업구조의혁신니즈증대 생산자중심에서소비자중심으로변화 에너지자원으로부터 1차에너지, 2차에너지로이어지는가치사슬에혁신적인효율향상이요구되어새로운기술의변곡점이예상된다. (1,2차에너지전환손실 : 약 25%) 1차에너지는화석연료및광물자원에대한의존도를낮추면서, 청정에너지원을확대하기위해신재생에너지원의확보가새로운과제로대두될것이며최종에너지사용단계에서는에너지이용효율의극대화이슈와친환경적소비이슈가동시에부각될것이다. 또한기후변화협약이구체화되고, 에너지산업구조의혁신니즈가증대되면서, 에너지산업의전반적인지배가치는생산자중심에서소비자중심으로변화될전망이다. 이로인해자원의 8

15 I. 총괄 고갈과무기화에따른자원안보의중요성은더욱강조되며, 한정된자원으로인해극한 / 희귀자원개발에필요한 Total Solution 이크게요구될것이다. < 그림 6 > 에너지 자원산업의연계구조 9

16 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2 에너지 자원산업의내부역량과핵심이슈분석 2.1 우리의역량자원및자원순환에너지측면에서자원소비규모에비하여기술개발인프라는매우열악하나, 최근공기업대형화정책에힘입어해외기업을인수합병하는과정에서우리기업의입지가향상되고있다. 자원개발을위해서는자본, 기술, 인력등이필수적이며광물자원공사는 100위권자본력과선진국대비 50~60% 수준의기술력및선진국대비 20% 미만의전문인력을보유하고있는실정이다. 에너지생산측면에서화력부문은기기제작부문과설치, 운영능력이세계최고수준이나, 선진사대비전반적인경쟁력은낮은수준이며원자력부문은 UAE 수출을계기로경쟁력이급부상하였으며기기제작, 건설, 운영능력이우수하나산업기반인프라는취약하다. 신재생에너지태양광분야기술은선진국대비 80%, 풍력은 70~75%, 연료전지는 80% 수준이나풍력타워와같은일부부품은국내제작사가세계시장을선점하고있다. 에너지수송측면에서전력전송 / 변환분야는변압기, 모터등중전기기제작과계통운영기술은세계최고수준이나, 전통적인전력원천기술은전반적으로취약하며, 미래전력산업분야에서스마트그리드의하드웨어부분은세계최고수준에이르렀으나핵심이되는소프트웨어부분에서는개도국수준에머무르고있다. 에너지효율측면에서에너지원단위는 toe/ 천 $ 이며세계에너지효율 1 위인일 본 (0.101) 의 3 배이상으로효율성이저조 ('07) 한실정으로유사한에너지환경인일본과비 교시전반적인분야에서크게뒤지고있다. 온실가스저감측면에서 CO 2 포집 / 수송기술은선진국수준이나저장및비 CO 2 부분은 60~70% 수준이다. 우리의역량종합 기술집약적설비는대부분수입에의존하고, 핵심원천기술력이미약하여대외경쟁력열위 내수시장에한정되어기업규모가영세하고, 글로벌사업경험이부족하며, 수출사업모델부족 중공업엔지니어링설계, 시공및운영은세계최고수준 10

17 I. 총괄 2.2 에너지 자원산업의핵심이슈역량확보측면에서 Open innovation을통한 Time-to-market 단축과핵심원천기술확보, 스마트그리드등 IT기술과 S/W중심산업의급속한성장에대비한융복합능력확보와에너지 자원산업의지배가치가보유및발굴에서기술의존형으로전환됨에따른기술혁신역량배양이필요하다. 수출사업모델확보측면에서수요국에부응하는제품 Line 다양화와틈새시장선점 전략확보및제품단위중심에서 Total solution provider 로육성이필요하다. 기업육성과제도혁신측면에서내수시장확대, 세계시장공략에적합한글로벌기업 육성, 상용화를위한실계통대규모실증을통한성능검증, 공급실적확보, 에너지산업 의 Governance 변환에따른공기업 / 관주도에서민간참여확대가필요하다. 전략적투자및실증시범단지조성 - 실질적이고시장지향적지원을위해시스템적인지원체제확보 - 글로벌시장진출을위한실효성있는실증단지조성으로신뢰성과적용성확보필요 정책지원이슈 정부의새로운역할 - 기술융합, 정책네트워크, 표준화및지식재산권강화, 공정경쟁등의부문을정부가주도하고민간의역할을확대 - 에너지산업은단일기업이나국가가독점할수없는구조로범국가적통합과거시적접근필요 에너지 자원산업에대한인식변화 - 자원고갈과자원가격급등에대비한장기적대안마련등자원확보에대한새로운시각이필요 - 정부정책수립시성장산업으로의접근도필요 11

18 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 에너지 자원산업육성방향및전략 3.1 에너지 자원산업육성방향 저탄소녹색성장역량배양 첫째고부가가치분야에집중한다. 태양광분야와같이높은기술력이필요하고대규모투자비가요구되는분야에서설치, 운영, 관리등저부가가치분야에치중하고있는많은소규모사업자에대해 Value-chain 상균형발전이가능하도록지원하고부품, 장비업체육성을위한연구서비스기관및대학, 연구소간의협력 R&D를추진한다. 둘째에너지산업의지속성장선순환고리의발굴이다. 초기보급사업확대를통해 기업의양산기술확보와설비투자를유도하고, 단기적으로는원가절감및품질개선, 중 장기적으로는고부가가치제품개발을유도한다. 셋째국내인프라충족과동시에수출산업화이다. 수입의존도높은소재 / 부품국산 화및수직계열화로안정된 Supply-chain 을확보하고주력상품先상용화를통해해외 시장에진입한다. 넷째정부주도의대 중소기업상생시스템구축과기술협력추진으로국제표준화를선 도한다. 인력양성, 기업지원시스템등은정부가주도하고, 혁신기술개발과시장개척은대 기업, 핵심부품소재개발은중소기업이역할분담하는에코시스템지원체제를확보한다 수출산업화확대지원 신재생에너지의유망품목 / 분야는세계시장규모와대상국가의신재생에너지정책분야 를고려하여선정하고육성한다. ( 태양광, 풍력, 연료전지, 바이오에너지 ) 원자력부문은세계시장진출가능한분야품목 / 분야로써, 경쟁우위확보로지속적점유율 확대가가능하거나새로운용도의미래시장을대비하는품목을선정하고육성한다. ( 수 출형원전플랜트, 원전주기기, 다목적 SMR, 원전운영 Total solution 등 ) 12

19 I. 총괄 시장이확대되는국가진출을위한, 현지공장설립및경쟁기업과의기술제휴를지원하는시스템을구축한다. ( 국내인증과국제인증을연동하는방안의모색및관련비용지원등 ) 또한대규모플랜트수출등과같은대형사업에대한금융, 법무, 외교지원체제를확보한다 기술융합및개방형기술개발을통한신시장창출 바이오연료, 스마트그리드, 에너지고효율화등초기단계부터 BT, IT, NT의결합이요구되는분야에대해서는기획단계를강화해산업과시장의변곡점을포착하여시장을선점하고기술자립과같은수동적기술확보에서탈피해 Open Innovation과 Cross-license 등을통한중간진입과해외협력으로시장진출기회를확대개척한다. ( 신개념원전개발및해외수출을위한국제규제회피 ) 기술인프라확보를위해전문인력확보에집중하고있으나실험시설및설비의질적, 양적확대와효과적인활용제도정착으로실질적인원천기술및고유기술의확보를지 원한다. 3.2 에너지 자원산업육성전략 < 그림 7 > 에너지 자원산업육성전략 13

20 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 4 에너지 자원산업미래핵심산업 4.1 세부산업분야비전및핵심품목 / 분야 자원및자원순환에너지산업 에너지자원기술및자원순환산업이란석유가스나광물자원을탐사, 개발, 생산, 수송, 저장및자원순환을하는상류부문과이를정제, 유통, 산업체에활용하는하류산업부문으로정의되며우리기술과자본으로국내외자원을개발하여자주개발률을높임으로서석유가스및광물자원의안정적확보기반구축을목표로한다 원자력산업 원자력산업은원자력을이용해전기를생산하는원자력발전사업과같은원자력이용산업및이를지원하기위한핵연료주기사업, 원전기기제작, 건설, 서비스, 규제 / 연구의원자력공급산업으로정의되며기후변화및에너지고갈이슈와대형원전시장형성의기회에주도적으로대응하여 온실가스감축, 에너지안보, 신성장동력확보 라는 1석 3조의전략추구로세계 3대원자력강국에진입을목표로한다 화력발전산업 화력발전산업이란화석연료를주연료로사용하는발전설비, 부품등이포함된플랜트건설과전력을생산, 공급하기위한발전플랜트운영, 진단, 유지보수등 After market 사업으로정의되며실증사업확대를통한경쟁력있는해외수출용플랜트확보전략과노후발전소활용성능실증및향상기술확보를통해화력발전산업세계 5대강국에진입을목표로한다 신재생에너지산업 신재생에너지산업이란기존의화석연료를변환시켜이용하거나햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체등을포함하여재생가능한에너지를이용하는산업으로정의되며 4대핵심분야인태양광, 풍력, 바이오연료, 연료전지시장을선도하는기술을확보하여녹색에너지 5대강국실현을목표로한다. 14

21 I. 총괄 에너지효율산업에너지효율산업이란에너지생산, 전환및가공, 수송및분배, 저장, 수요부문에서에너지를합리적이고, 효율적으로이용하기위한에너지기기및공정시스템과관련된산업으로정의되며세계에너지수급형태가석유자원의존형에서기술의존형으로변화하면서, 에너지효율향상기술의발전이국가성장에필수적이며대기업과중소기업이연계한상생의연구개발및사업화추진, 효과적인민관협력체계구축을통한 Fast growing 전략으로에너지효율산업세계 4대주도국가로도약을목표로한다 전력 스마트그리드산업 전력 스마트그리드산업은전기의생산, 저장, 수송및이용에관련된일체의산업을말하며전기에너지공급이필요한대부분산업에필수불가결한국가의중추산업으로정의되며기술개발, 국내실증사업, 해외실증사업을통한수출산업화연결을지원하고, 적극적보급을위한법 / 제도적지원강화를통해스마트그리드부문에서세계시장을주도함을목표로한다 온실가스 ( 감축 ) 산업 온실가스산업이란기후변화영향이큰이산화탄소와일부산업에서사용되는 F- 가스를 감축하기위한일련의설비산업으로정의되며개발자, 공급자, 수요자로구성된일괄컨 소시엄으로국내 CCS 실증및보급추진함과동시에국내고유기술및국내기업중심 의사업화를위한시장여건, 관련법제도정비등의노력을통해 CCS 기술강국도약 을목표로한다. 산 업 핵심품목 / 분야 자 원 석유가스자원개발솔루션 ( 극지 / 심해, 비재래 ), 광물자원개발솔루션 ( 스마트개발, 희유금속 ) 자원순환기술솔루션 ( 순환금속원료및소재, 전기차용재제조부품및모듈 ) 원자력 원전 Plant, 원전주기기, 원전운영 total solution, 다목적 SMR, 방사선이용 화 력 USC 화력발전플랜트, 연료다변화대응대용량 CFB, 노후설비녹색화, 열병합고효율 GT시스템, 복합화력 100+ GT, After market GT 부품 신재생에너지 태양광, 풍력, 연료전지, 바이오연료, 신재생에너지설비 에너지 차세대공업로, 초저온플랜트, 중질유고도화, 반도체조명기기, 스마트 효 율 빌딩, 에너지저장장치, 저등급석탄가스화플랜트 에너지저장시스템, 고압직류송전시스템, AMI(Advanced Metering Infrastructure), 전력 스마양방향대용량전력변환장치, 에너지관리시스템, 지능형전자기기, 전기차용급속충트그리드전시스템, IGBT(Insulated gate bipolar transistor) 온실가스연소후 CCS, CO 2 저장, CO 2 수송용선박, NOX/N 2 O 동시처리촉매, 연소전 CCS 15

22 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 4.2 에너지 자원산업 2020 비전및목표 2020 년에너지산업수출 1,900 억불달성 2020 년자원자주개발율 30%( 석유가스 ), 42%(6 대전략광종 ) 달성 16

23 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 자 원 (자원기술 및 자원순환) Ⅱ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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25 Ⅱ. 자원 1 산업의본질및패러다임변화 1.1. 자원기술및자원순환산업의정의및중요성 자원기술및자원순환산업의정의자원기술산업은석유가스및광물등의천연자원을탐사, 개발, 생산, 수송및저장하는상류부문의산업으로써, 천연자원의정제및유통을담당하는하류부문에원료를공급하는역할을하며, 자원순환산업은하류부문의한분야로기사용된모든유형광물자원을재순환함으로써자원의활용성을증대시키는산업이다 자원기술및자원순환산업의중요성 2010년기준세계 6위의석유수입국이며 9위의소비국인대한민국은해외에서단순도입하는석유양이 90% 로써유가상승시물가상승, 교역조건악화, 경제성장둔화등다양한문제가발생되어국가경제에지대한영향을미치므로안정적으로석유가스자원을확보하기위해서는해외석유가스자주개발사업활성화가절실하다. 최근해외석유가스개발시장은기술력이없이는신규참여가불가능하고참여했다손치더라도성공이불가능한실정이다. 따라서이와같은사업의활성화와성공률제고를위해서는관련기술개발및보유가선행되어야한다. (BP통계, ) 2008년기준 GDP( 약 8,372억달러 ) 의약 18%(1,500억달러 ) 을에너지수입에소요하고있는데, 이는대한민국 1, 2위수출품인반도체및자동차수출액합계를넘어서는금액이며유가 10% 상승시무역수지 20억불, GDP 0.2% 정도악화가예상된다 (KDI). 해외자원자주개발사업은자체기술력으로자원을개발하기때문에자원가격상승시자원가격상승분을기술제공으로개발이익을환수할수있다. 또한독자적인자체기술력보유시에는타국가에비해기술경쟁력우위를점할수있기때문에해외자주개발사업의진출이용이하게된다. 대한민국은세계무역규모 10위권으로철강, 조선, 자동차, 반도체, 가전업종이주도하는제조업기반의산업구조로, 철을비롯한비철금속및희유금속등의 1인당소비량이전세계 2 5위의자원다소비국가이며 09년기준광산물해외수입의존도는 93.7% 로국내외광물자원확보를위한공격적인정책발굴및이행이필요하다. ( 에너지코리아뉴스, ) * world trade development in 2009, 한국수출 9위, 수입 12위최근중국및인도등신흥공업국의자원수요증가로인해국제자원확보경쟁이치열해지고있는시점에서신자원민족주의가대두되고있으며, 향후경제력만으로는자원을확보할수없는상황이도래할것으로예상되어국가안보전략차원에서해외자원개발산업을발전시켜야할것이다. 또한, 천연자원의부족및친환경적인자원기술로서자원순환산업의중요성이높아지고있다. 그림 1에서볼수있는바와같이자원순환기술은천연자원의회수에비해에너지절약형자원확보기술이다. 천연광물개발에비해부품 / 모듈재제조는 80~90% ( 국가청정생산지원센터, 2007), 원료순환은최대 95% 까지에너지소요량의절감이가능하다. ( 한국환경공단, 2010) 19

26 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 1> 천연자원에비해도시광석에서금속을회수할경우절약가능한에너지의양 ( 한국환경공단, 2010) 1.2. Macro 환경분석 정치 / 정책변화 화석에너지자원을충분히확보한 OECD 국가들은화석연료의고갈과사용에따른기후변화에미치는영향을이유로화석연료보다는신재생에너지원에대한기술개발에정책초점을맞추고있으나 EIA(Energy Information Administration) 는, 30년까지세계에너지소비에서석유가스가차지하는비율이 50% 이상이며, 신재생에너지원은 10% 를넘지않을것이라고전망하고있다 ( 그림 2). 화석연료를기반으로한산업발전이정점에도달한선진국의경우신성장동력산업의발굴을위해신재생에너지원산업발전을위해다각적인노력을하는것은어쩌면당연하다. 그러나아직까지화석연료조차안정적으로확보할수없는대한민국의경우국가산업을지속적으로발전시키기위해서는산업발전의기반이되는핵심전략자원확보정책이그어떤정책보다우선적으로실행되어야한다. 멕시코만심해에서오일유출사고이후, 세계각국은심해시추는물론자원개발전반적으로환경규제강화움직임이있어고난도의환경친화적인자원개발기술의확보가시급하다. 우리나라자원확보에서가장큰경쟁국인중국은국가차원에서광물자원확보를위해자국의엄청난외환보유고를해외자원개발에투자하고있으며, EU도 08년광물자원의안정적확보를강조한 기초자원이니셔티브 를발표하는등자원확보전쟁에돌입하였다. 그동안세계석유수요증가분의대부분공급처였던심해석유자원개발의규제강화로신규공급처확보가시급한실정이다. 이와같이석유가스신규공급처로서북미지역의비전통석유가스자원과북극대륙붕지역의석유가스자원이유망할것으로전망된다. 대한민국은제4차해외자원개발기본계획을통하여석유가스의경우 19년 30%, 6대전략광종의자주개발율을 42% 로, 新전략광물 ( 희토류, 리튬 ) 자주개발율은 26% 목표로하고있다. 20

27 Ⅱ. 자원 2008년대통령의 녹색성장 발언이후자연자원소비절감을통한지속가능한자원보존에필수적인 자원순환형사회 구축을위해서는순환자원으로부터자원을재활용 / 재이용하는산업의중요성이부각되었으며녹색성장위원회는녹색성장을위한 10대정책방향중 산업의녹색화및녹색산업육성 을통해주요지표로써자원순환율을 `09년 15% 에서 `13년 17.0%, `20년 17.6%, `30년 18.4% 로제시하였다. ( 녹색성장위원회, 2009) * 자원순환율 = 폐자원재활용량 / 국내물질 자원의총투입량 거시경제환경변화 IEA(International Energy Agency) 에따르면, 08년미국발세계경제위기로인해세계경제는잠시침체상태에빠지게되어유가또한급락하였으나각국의발빠른경기부양책과중국및인도등신흥공업국의지속적인수요증가로다시상승할것으로전망되고있다.( 그림 3) BHP빌리톤, 리오틴토등메이저자원개발회사는 M&A를통해 02년대비 08년자산가치가 4배이상확대되었으며, 10대메이저업체의시장점유율은주요광종의경우 50% 를상회하며중국, 인도를비롯한 BRIC's 등신흥국의발전에따라광물자원수요가지속증가될전망이다. 중국의주요광종에대한급격한소비증가로세계광물자원소비량중 01년에서 08년의중국점유율비중변화는철 ( %), 동 ( %), 아연 ( %), 니켈 ( %) 로증가될전망이다. ( 제4차해외자원개발기본계획자료 ) 1인당 GDP와 1인당자원소비량은일정소득수준 ( 약 1만불 ) 까지비례관계에있다.( 그림4) 00년이전최대자원수요처인 OECD 국가의인구에비해 BRIC's의인구는 2.4배이며 BRIC's 의경제규모가 08년 OECD 국가의 17.2% 에서 25년 62% 수준까지성장할것으로예측된다. ( 골드만삭스리포트, 2008) 10년 CIA리포트에의하면 OECD 인구는 11.8억명, BRIC's 인구 28.3억명, 기타개도국 27.5억명으로보고되었다. < 그림 2> 석유가스에너지비중전망 (EIA, International Energy Outlook, 2009) < 그림 3> 중장기유가전망 ( 자원개발정책편람, 지경부, 해자협, 2010) 21

28 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 4> 1 인당 GDP 와자원소비량관계 ( 지식경제부 2007) 사회환경변화 전세계적인도시화추세에따른인구과밀, 주거해소를위한고층건물의증가, 중산층화에따른소비욕구의증가로인류의자원수요는급속히증가될전망이며, IT, 자동차, 항공우주등최근대한민국경제의성장동력이라할수있는주요첨단산업은희유자원을대량으로필요로하나대부분수입에의존해야한다. 이는최근의원자재가격상승과중국을중심으로한희유자원독과점, 수출제한등의환경과맞물려국가성장동력의추진력약화를초래할가능성이크다 기타 세계에너지자원개발환경은육지및대륙붕등 Easy 에너지자원개발보다는고난도의기술력을요하는 Extreme 에너지자원개발이주요타깃이되고있으며, ( 그림 5) 신규자원탐사 개발대상은극지, 심해, 오지, 밀림및고산지대등자원탐사및개발이이루어지지않았던프론티어지역으로그중요성이증대되고있다. 또한회유금속자원도해수 염수등에서리튬이나해저열수광상등새로운개념의광산개발이나자원순환에관심이증대되고있다. 22

29 Ⅱ. 자원 < 그림 5> 최근석유가스자원개발동향 (IEA World Energy Outlook, 2009) - NGL : Natural Gas Liquid - Unconventional oil : 비전통오일 - Crude oil-fields yet to be developed or found : 아직발견되지않았거나개발되지않은원유 - Crude oil-currently producing fields : 현재생산중인원유 1.3. 자원기술및자원순환산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망 EIA 보고서에따르면 " 글로벌에너지수요는 35년까지 07년대비 49% 증가할것 " 이라고전망하였으며특히, 중국, 인도등의개발도상국은 84% 정도의두드러진증가세를보일것으로예상하였다. (International Energy Outlook, 2009) 전세계에너지소비추이에서 OECD 국가는 30년까지변화가크지않은반면, 비OECD 국가들의에너지소비는크게증가될것으로전망 ( 그림 6) 되며, 에너지형태별소비전망에서는화석에너지의소비가 35년까지꾸준히증가할것으로예상된다. ( 그림 7) < 그림 6> 세계에너지소비전망 (International Energy Outlook, 2009) < 그림 7> 세계에너지형태별소비전망 (International Energy Outlook, 2009) ( 단위 : Quadrillion Btu) ( 단위 : Quadrillion Btu) 향후이같은자원수요를지탱해줄수있는공급처로는북극및심해등극한지지역과오일샌드및셰일가스등비전통석유가스자원이유력하다. 최근북극지역이기후온난화현상으로북동항로 ( 알래스카 ) 가개방됨으로써이지역자원개발이활성화될전망이다. 북극이지리적으로우리나라와가까운위치에있기때문에이와같은환경변화는전략을잘세우기만한다면우리에게좋은기회로작용할수있을것으로판단된다. 한편미국의셰일가스의생산량은 09 년 2.4TCF(Trillion Cubic Feet) 기준으로연평균약 3.7% 증가하여 35년에 6.0TCF에이를것으로예상되며 (Business Insights Ltd, 2010) 캐나다오일샌드의일일생산량은 09년약 139만배럴기준 23

30 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 으로연평균약 6% 증가하여 25년에는 332백만배럴에이를것으로전망된다. (Business Insights Ltd, 2010) 이와같은지표는향후세계석유가스자원개발주요시장이북미지역의비전통석유가스자원이될것이라는것을의미한다. 광물자원은중국 일본 인도등의세 ( 勢 ) 불리기가속및메이저기업의독과점이심화되고있으며중국, 일본, 인도등은풍부한자금력을바탕으로공격적인해외광물자원확보가추진되고있다. 주요광물의절반이상을메이저가생산, Selling Power가 Buying Power를압도하였으며개발, 생산광산중심의거래가활발히진행됨에따라세계광물자원시장이재편되고신흥메이저가출현하는추세이다. 예를들면, 중국의치날코 (Chinalco) 社는호주의리오틴토 (RioTinto) 社금속사업을인수합병하였으며일본의미쯔비시 (Mitsubishi) 社는인도네시아의스트랜드미네랄 (Strand Minerals) 社를인수하는등중국, 일본, 인도등은풍부한자금력을바탕으로공격적인해외광물자원을확보하고있다. 주요광물의 10대메이저시장점유율은 50% 에육박하였으며우라늄생산의 76% 를프랑스원전시공업체인아레바 (Areva) 등 10개社가차지하고있다. 중국의경제성장과도시화가속 ( 그림 8) 은철을비롯한전략광종의소비를진작시킬것이며, 경제성장률을 7% 로가정할때, 20년중국의전략광물소비량은 05년도전세계전략광종소비량만큼의규모로증가될것이예상된다. ( 그림 9) < 그림 8> 중국의도시화및경제성장예측 (BHPbilliton, 2009) < 그림 9> 중국의경제성장에따른자원소비량예측 ( 지식경제부, 2007) 중국을 10~15년의격차로따라오고있는인도를감안하면, 조만간전세계적인광물자원부족현상이심화될것으로예상된다. 희유금속역시중국과인도등의신흥국중산층을중심으로자동차, 휴대폰, LCD 등의수요가증가하여세계수요가동반급등할것이며삼성경제연구소에의하면 20년중국의자동차수요를 1억 4,000만대로예상한다. 이러한자원소비량의급격한증가는천연자원개발뿐만아니라주요금속자원및첨단소재자원의부품 원료용순환산업활성화에도많은원동력을공급하고있다. 향후자원순환산업시장은연평균 8% 대로성장될것으로추정되며 ( 한국환경공단, 2010) 10년국내재제조시장은약 6,000억규모로추정 ( 지식경제부추정 ) 된다. 원료형태의순환자원시장은 09년기준약 1,600억원 (1.4억달러 ) 규모이었다. ( 리싸이클링백서, 2009) 24

31 Ⅱ. 자원 경쟁동향분석중국은서구메이저석유회사에뒤져있는경쟁력을극복하고안정적인해외석유자원확보를위해 CNPC, CNOOC, SINOPEC 등 3개의국영석유회사를보유하고있으며, 기술, 정보및인력양성을위해북경석유대학과크고작은기술서비스기업을정책적으로육성하여해외석유가스개발사업진출시동반진출하고있다. 일본은안정적인해외석유자원확보를위해 INPEX, JAPEX 등국영및민영석유개발전문기업을 20여개이상보유하고있으며, 기술, 정보및인력지원을위해 72년부터일본석유금속공단기술센터 (JOGMEC-TRC), 92년부터석유정보센터 (ICEP) 를설립운영하여자국회사의부족한기술력과정보력을집중지원하고있는중이다. 엑스모빌, BP 등미국및영국의서방기업들은석유개발시장에서이미기술시장을선점한슐럼버저, 헬리버튼및베이커휴그등메이져급기술서비스기업을통해기술을지원받고있다. 메이저광물자원개발기업은개발지역의시장과광종의다변화, 광산의대형화를통한원가절감및생산기간의연장과 M&A를통한대형화와현금창출능력의극대화를통해국제경쟁력을확보하고있다. ( 그림 10) 자원순환은제품원가및환경비용과직결되기때문에주로대형전자기업을중심으로업체자체적으로이루어지는경우가많다. < 그림 10> 2002 년자원개발업계 ( 좌 ) 와 2008 년자원개발업계 ( 우 ) ( 정책동향분석 자원개발선도국은자원부국이자광업기술력선도국 ( 미국, 캐나다, 호주, 남아공등 ) 으로서경쟁우위의기술 자본력으로자원은풍부하나자금이나기술력이부족한자원보유개도국 ( 남미, 동남아, 아프리카등 ) 에대한투자기회선점과자국자원의광역탐사를통한유망사업발굴 제공및세제지원등을하고있다. 자원보유개도국은자원민족주의에서벗어나외국인투자제한요소를경감시키고자국의부가가치를극대화하는방향으로정책수행, 자원의교역확대를통한국민소득증가를유도하고있다. 25

32 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 일본, 한국, 대만등자원수요국은자원의안정적확보와공급이국가경제에중요한국가들로광업전문회사의재무능력과기술력이열악하여국가지원하에해외자원개발전문기업육성과사업활성화에주력하고있는데최근부족한자원을충당하기위한노력의일환으로기사용된모든유형자원을재순환하는정책입안및기술개발에힘을쏟고있다. * 자원순환관련국외정책 : EU(WEEE, RoHS), 일본 ( 순환형사회형성추진기본법 (2001)), 중국 ( 청정생산촉진법 (2004), 순환경제촉진법 (2009)) 기술동향분석 최근석유가스개발기술동향은극지, 심해및균열저류층등 Extreme 자원개발, 셰일가스, 오일샌드등비전통석유가스전개발과같은기술집약적인자원개발솔루션확보에주력하는추세이다. 극지, 심해및균열저류층석유가스개발측면에서는극한환경에서도무인으로석유가스를개발할수있는무인석유가스탐사및시추기술을비롯하여스마트유전관리기술, 나노기술을이용한회수증진기술등을연구하는중이며비전통석유가스전개발측면에서는 In-Suit 역청회수증진, 장공수평시추, 다층수압파쇄기술등을연구하는중이다. 광물탐사기술의개발동향은물리탐사, 광상조사, 시추탐사, 지질화학탐사등의모든자료를하나의플랫폼에데이터베이스화한후융합해석하는융합자원탐사기술, 갱내 시추공물리탐사, 항공물리탐사기술등을연구하는중이며광물자원개발기술동향은 3,000미터이하지하고심도채광기술, 광산자료처리및광산설계관련소프트웨어개발, GIS를활용한광산지질정보관리기술, 위성통신을이용한원격제어채광기술등을개발하는중이다. 광물의선광 제련개발기술동향은광상유형별선광기술및시스템개발, 미립분쇄에의한유가금속단체분리기술및금속별회수기술, 친환경부유시약을이용한기술, 저품위금속광에관련선광 제련기술, 해수 염수및담수용존희유금속자원회수기술등을연구하는중이다. 자원순환기술은금속및비금속순환자원의전처리, 전처리원료의자원화및자원화원료의제품화기술등으로이루어지고있다 자원기술및자원순환산업의미래패러다임변화전세계석유가스개발산업을지배하던메이저석유회사의영향력이축소되고, 자금및기술력이부족했던산유국국영석유회사들이오랜경험과오일머니를바탕으로시장지배력을강화할전망이며향후자원개발산업은자금력만으로도사업이가능했던 Easy 및전통에너지자원개발은점차줄어드는반면, 고난도의기술력을필요로하는 Extreme 및비전통에너지자원개발이점차증가될전망이다. EIA 09년보고서에의하면, 20년전후미국천연가스생산량의약 60% 는셰일가스와같은비전통가스가차지할것으로예상하고있으며, 석유공사, 가스공사, STX, 골든오일등이추진하는캐나다사업처럼최근대한민국기업도이들지역에집중적으로투자하고있다. 26

33 Ⅱ. 자원 자원개발핵심기술력을확보할경우자원개발사업은고갈성의문제라기보다는정치적 기술적접근성의문제가되고있으며향후발생할중국의천연자원수요증가를고려하여대한민국이적절한시기에동북아자원허브로서의역할을할수있는정책발굴및이행, 기술개발이필요하다. 특히희유금속의경우, 짧게는수년내에고갈될것이라는예측이나오고있어서자원순환으로재활용하는경향이지배적일것으로예상된다. 따라서대한민국은해외자원개발핵심기술을확보해야하며, 대아프리카, 남미등신생자원부국자원외교를하여야한다. < 세계자원산업 (upstream) 의패러다임변화 > 기존자원개발산업계 변화하고있는자원개발산업계 국제메이저사 (IOC) 주도 국영회사 (NOC) 주도 Easy 에너지및자원 Extreme 에너지및자원 재래석유가스 비전통 석유가스개발 자원고갈문제 자원개발접근성제한문제 27

34 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2 자원기술및자원순환산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 자원기술및자원순환산업에서우리나라의현주소 (As-Is) 국내자원개발전문기업의세계순위는 09년기준석유공사 77위, 광물자원공사 (KORES) 가세계 96위로, 나머지민간대기업은일개부서가담당하고있거나몇몇의중소기업수준이다. (PIW; Petroleum Intelligence Weekly, 2009) 이들공공기업은자체적인연구조직은있으나규모나예산등신규확대가필요하며, 나머지민간기업은연구소조자갖추지못한상태로기술력및정보력에있어서매우취약하다. 해외자원개발기술 R&D를전문적으로하는국책연구기관이나대학의전체전문연구인력은 2백명미만으로선진국의일개대학이나기관보다적은실정이다. 미국슐럼버저사는전문인력이약 7만명, 프랑스석유연구소 (IFP) 및일본 (JOGMEC-TRC) 등도각각천여명이넘고예산또한국내기관의 10배이상이다. 원료형금속자원순환기술은선진국의 60 70% 수준이며, 기술적인한계로저급원료로순환되거나용도가제한적이며재제조기술역시표준화및제도미비로낮은수준이다. 국내자동차재제조부품의보증기간은 3 6개월이며불량률은 20 30% 이다 글로벌시장포지션 최근정부의공기업대형화정책에힘입어해외기업을연속적으로인수합병에성공한관계로세계시장에서입지는점차커지고있으나, 자체적인핵심기술을보유하고있지는않기때문에장기적으로시장을선도하는것에는분명한한계가있다. 심해시추기제작능력은삼성중공업이세계시장의 63% 정도차지 ( 시사서울, 10.7) 하고있고석유개발과관련된플랜트설계 제작기술력또한세계최고의수준이나, 이러한장비를이용한기술서비스산업은전무하다. 광물자원개발기업은세계시장점유율보다는자주개발율제고에주안점을두고있어주요 6대전략광종의자주개발율은 09년기준 25% 정도달성하고있으나, 역시핵심기술력이부족하다. 자원순환의경우주로국내시장공급에국한되어있으며, 철및구리등일부주요금속은국내산업기반의경쟁력에힘입어순환자원의재처리능력을보유하고있다 핵심역량보유수준평가 대한민국기업이세계시장에서리더가되기위해서는해외자원개발사업에필수적인핵심기술을확보해야하나아직까지세계시장에내세울만한기술력은부족하다. 석유공사의경우베트남 15-1 유전개발을운영함으로서세계최고수준의균열기반암저류층유전개발기술을보유하게되었으나, 이를체계적으로발전시킬국가연구조직이나프로그램은아직확보되어있지않은실정이다. 석유공사의캐나다하베스트, 가스공사의캐나다엔카나사업등비전통석유가스전개발사업에진출하여양적인수준은향상되었으나, 비전통석유가스전개발의핵심기술을자립화할수있는국가프로그램은아직까지만들어지지못한실정이다. 또한, 세계최고수준의 IT, 기계및조선등발전된산업이있어세계심해시추기의 70% 이상을국내에서생산하고있으나, 이를 28

35 Ⅱ. 자원 운영하는심해시추선운영기술력을자립화할수있는프로그램이없어단순히장비만제작하여판매하고있다. 우리나라자원개발분야의국가 R&D 조직이나규모로는극한지및비전통석유가스전개발기술과희유금속에관한 R&D를전문적으로추진할만한역량을갖추지못하고있는실정으로기존국책연구기관조직확대개편, 혹은석유연구소, 희유금속자원연구소등의전문연구기관신설이필요하다. 광물자원공사는전세계약 100위권의자본력을가지고있으며, 기술력은선진국대비 50~ 60% 수준이며전문인력역시선진국의 1/5 이하수준이다. 자원외교는 ODA(Official Development Assistance) 나 EDCF(Economic Development Cooperation fund) 등을통해이행하고있으나차관공여액이작아실효성이거의없는실정이다. 자원순환산업의경우에는, 복잡한구성의순환자원을용도에맞게성분별로분리하고농축하는기술의개발이전제되어야전체적인자원순환산업기술수준향상이기대된다 핵심이슈분석 자원개발후발국으로써급변하는세계석유가스및광물자원개발과자원순환산업에서능동적으로대처하고산업의리더로서자리잡기위해선대한민국만의핵심특화기술을확보하여야한다 정책 / 제도적측면대한민국석유가스개발산업전체 R&D 예산규모는선진국의단일대학이나석유연구소수준이다. 이러한현실을극복하기위해서는기술개발을전문적으로하는공공기업및국책연구기관등을혁신적으로개편해야한다. 이전의국가자원개발정책이해외자주개발정책과같은직접적인자원개발산업활성화에중점을두었다면, 향후에는자원개발산업을뒷받침하는기술서비스기업의육성및동북아천연자원 ( 석유가스및광물등 ) 허브구축과같은종합지원에초점을맞추어야한다. 싱가포르의경우, 석유자원보유량이없음에도불구하고 90년대초제조업의국내총생산 (GDP) 에서차지하는비중을 25% 이상유지하기위한경제발전전략의일환으로아시아오일허브정책을전개하여현재 GDP의약 7~8% 를이분야가담당하고있고네덜란드도유럽의오일허브역할을담당하며자국 GDP의약 4% 정도를오일허브관련산업으로벌어들이고있다. 국내에도극동및북극자원개발의활성화를대비하여아시아의싱가포르같은역할을할동북아오일허브및자원개발기술지원전문도시의출현을위한정책발굴및지원이필요할것이다. 현정부들어자원외교에의강력한드라이브를통해남미, 아프리카의자원개발에서일부가시적인성과를거두고있으나시스템적인뒷받침이부족하면단발적인실적에그칠수있으며, 자원보유국과대한민국이동반성장할수있는자원보유국맞춤형동반성장전략 ( 자원-인프라-교육-투자패키지 ) 입안이필요하다. 자원개발은글로벌비즈니스로정치, 경제, 인문학적인역량의집중이필요하며그중에서도기술력의담보없이는사업협상에있어주도권을가질수없다. 따라서관련기술개발이매우절실한상황이다. 지경부에너지 R&D 투자예산은 01년부터 09년까지연평균 34% 의대폭적인예산이증가하고있으며, 이는최근 10년간 ( 97~ 07) 정부 R&D 예산연평균증가율 12.5% 를대폭상회하는것으로, 미국 (7.0%), 일본 (5.0%) 보다높은세계최고수준이다. 에너지기술개발사업예산은 01년 702억원에서 09년 7,376억원으로연평균 34% 증가하고 29

36 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 있으며, 08년정부 R&D 예산 10조 8,423억원대비에너지비중은 5.7% 수준이다. 그러나정작자원개발분야의 R&D 예산규모는시장수요를감당하기에는턱없이부족한실정이다. ( 지경부 그린에너지전략로드맵, 2009년 ) 일본의경우신소재산업의발달로희유금속확보정책이중요한이슈가되고있으나, 대한민국의경우상대적으로원자력, 철강및조선산업등의발달로우라늄, 철및유연탄등광물자원확보가중요하다. 대한민국의자원순환정책은대부분이환경적인관점에서접근되고있으나최근원자재파동등으로인한자원가격의상승으로자원확보의관점에서도접근할시점이다 기업전략측면 자원분야공기업매출액의약 5~10% 는관련분야 R&D에투자하도록하는법적제도를마련함으로서기업들이자체적으로기술력을향상시킬수있는기반을갖추어야한다. 또한, 국내자원개발기업의국제경쟁력확보및경영능력증진을위해서는현재탐사위주의사업지원에서광구운영사업지원으로중심을옮길필요가있다. 향후자원의고갈및환경비용의상승은더심화될것이므로, 대기업뿐만아니라중소기업도자원순환을통한원가절감, 원료확보및환경비용절감을위한구체적인대안을마련해야한다 기타 해외자원개발사업에절대적으로부족한자금확보를위해선진국에서활성화되고있는자원개발금융테크가국내에서도자리잡을수있는정책기반마련이필요하다. 미국및캐나다등에서활성화되고있는북미에너지트러스트펀드는위험도가낮은석유생산사업에투자하는금융상품으로퇴직자들의연기금운용에큰역할을담당하고있다. 이같은제도가정착되기위해선국내기술력이발전되어야한다. 30

37 Ⅱ. 자원 3 자원기술및자원순환산업 2020 비전및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점중국및인도등신흥공업국의발전과함께자원수요의증가와자원부국의신자원민족주의대두로국제시장에서자원확보경쟁이치열해지고있으나, 대한민국은투자재원, 기술력및정보력이부족하여이를획기적으로개선할수있는정책개발이필요하다. 세계자원수요증가분을감당하기위한신규공급처로각광을받고있는극지, 심해및비전통석유가스등과같은 Extreme 에너지자원을비롯한오지, 정글, 고산지대등과같은프론티어지역광물자원개발과기사용된모든유형자원을재순환하는자원순환기술및시스템확보가필요하다. 기존에중점적으로육성했던해외자원개발산업활성화정책을체계적으로뒷받침할수있는해외자원개발기술서비스산업및자원개발금융산업, 동북아자원허브구축등과같은종합적인자원개발지원산업정책을적극적으로발굴육성해야한다 SWOT 분석을통한전략적시사점 자원개발산업분야 SWOT 분석은하기와같다. Strength 정부의적극적인자원외교지원 국내발달한 IT, RT(Robot Technology), ST(System Technology), 기계및조선기술 한국의경제개발노하우에대한저개발산유국들의긍정적평가 주요금속산업 ( 철, 동, 아연등 ) 기술수준높고제조업기반견고 석유가스전문업체 ( 석유공사, 가스공사둥 ) 과광물자원전문기업 ( 광물공사, 한전, 포스코, LS 니코제련등 ) 의적극적인해외자원개발투자 Weakness 투자재원의부족 전문인력의부족 핵심기술의부족 통계시스템부재 Opportunity SO 전략 WO 전략 세계적으로기술력을기반한 Extreme 정부지원의교육프로그램을 IT, RT, ST, 기계및조선등과의융복합및비전통석유가스자원개발산업의통한국제경쟁력있는해외자형자원개발기술의선점대두원개발전문인력양성 산유국경제개발계획입안, 교육정책 적당한투자처를찾지못하는국내막대 선택적 R&D 지원을통한국제제시등소프트파워를이용한접근을한민간부동자금경쟁력있는자원개발기술확보통한신규석유가스전사업발굴 청정에너지원자력수요증가및첨단소 탐사가이루어지지않은프론 기술력을기반으로한석유가스전및재용희유금속가격폭등티어지역에대한광물자원개광물자원개발신규유망사업진출 BRICs 발전에따른자원수요팽창발기술및시장선점 철 / 비철, 희유금속, 우라늄등에대한 활용가능한순환자원의양증가 ( 제품 국내막대한부동자금을해외전략적투자주기짧아짐 ) 석유개발사업에투자할수있 대량처리가가능한건식금속회수자 천연자원의지속적가격및에너지비용는기반조성원기술개발로회수율향상및환경비상승 대형 R&D 추진으로기술개발용절감 기후및환경규제심화과인력양성동시추진 Threat ST 전략 WT 전략 메이저석유및광물회사의 M&A 를통한시장지배력확대 중국의해외석유가스개발사업의무분별한투자 자원민족주의의확산및심화 중동, 아프리카지역등의여전한정치적리스크 재제조시장이작음 ( 신품선호, 제품생명주기짧음 ) 높은기술의유럽및일본, 자금 / 경제성의중국과경쟁 일부제외하고는산업규모가영세함 산유국맞춤형동반성장전략 ( 자원 - 인프라 - 교육 - 투자패키지 ) 제시를통한동반자형관계확립 중동, 아프리카등정치적위험도가높은지역에대한선진국과공동진출을통한국가리스크저감 국내오일허브구축을통한중국수요대비및안정적자원확보 제조업체와자원순환업체의긴밀한협력체계구축으로 win-win 산업육성 고난도기술확보를통한해외자원시장취약점극복 한국경제성장경험노하우를저개발산유국에전수를통한산유국자원외교력강화 자원특성화대학활성화를통한산유국전문가국내교육으로친한파양성도모 자원순환시장육성을위한정책지원으로시장활성화 31

38 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 핵심이슈해결방안 석유공사및광물자원공사는물론민간자원개발전문기업의대형화와 Extreme 에너지및광물자원개발을위한 R&D 역량을강화할수있는해외자원개발기반조성조기구축이요구된다. 전문기업대형화는현재석유공사, 광물자원공사를중심으로외국기업인수합병을통해실현하고있으며, R&D 역량강화를위해전문기업의자체적인조직, 예산및인력등을확충해야한다. 특히, 전문기업매출액의 5~10% 정도는 R&D 기금으로활용할수있는제도개선이필요하다. 기술력을갖추고있지못한국내민간기업의기술및정보를지원하거나대자원부국의자원외교강화를위해국책연구기관의규모를확대하거나프랑스의석유연구소 (IFP) 나일본기술센터 (JOGMEC-TRC) 등과같은신규조직을신설혹은기술서비스산업을육성해야한다. 프랑스석유연구소및일본의기술센터는석유특별세로유지되고있으며자원개발전문기업이자원부국에서자원개발사업이원활히이루어질수있도록자원부국과국제공동연구, 인력교류, 세미나개최등자원외교력강화를위해노력하고있다. 노르웨이는 71년북해석유자원을개발하는과정에서자국내발달된조선기술을기반으로석유개발관련해양플랜트산업을발전시켜 08년기준으로총 GDP 5만달러중석유산업이차지하는비중 20% 로선진국진입에성공하였다. 네덜란드암스테르담은유럽을배후에둔오일허브로서국민총생산의 4% 를석유비축으로벌어들이고있고, 싱가폴은중동산석유를비축하여동남아시아에공급하는역할을담당하여 08년도기준 GDP의약 8.75% 를벌어들이고있다. 2006년해외자원개발펀드법이제정되어석유공사및광물자원공사가관련사업을벌이고있으나민간자금유입에한계가있으며민간금융의요구조건을충족시킬수있는민간기술서비스산업의육성이필요하다. 향후 10년후의동북아지역은세계최대석유소비지이며생산지로부각할전망으로아시아의싱가포르, 북해의노르웨이와같이동북아및북극해의오일허브및기술서비스지원전진기지로서역할을담당할수있는국가정책이수립되어야할것이다. 또한절대적으로부족한해외자원개발자금을확보하기위해서막대한민간유동자금이안심하고해외유전개발산업에유입될수있도록세계적인유망광구발굴및운영전문기술서비스민간기업의육성이필요하다 해당산업의 2020 비전및목표 비젼 : 자원개발융복합기술을기반으로석유가스및광물자원의안정적확보 목표 : - 석유가스자주개발율 30% 달성 - 6대전략광종 42%, 新전략광물 ( 희토류, 리튬 ) 26% 달성 - 자원순환율 18% 달성 32

39 Ⅱ. 자원 3.3. 자원기술및자원순환산업유망제품 / 부품 자원기술및자원순환산업유망제품 / 부품선정기준 자원기술및자원순환산업전체유망솔루션리스트및특징은하기와같다. 분류솔루션종류특징 석유가스자원 광물자원 자원순환 극한지석유가스자원개발솔루션비전통석유가스자원개발솔루션미래석유가스자원개발솔루션대륙붕석유가스자원개발솔루션육상석유가스자원개발솔루션심부석유가스자원개발솔루션천해석유가스자원개발솔루션 프론티어지역스마트금속자원개발솔루션 첨단산업원료용희유금속확보솔루션 고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션 청정원료용유연탄개발솔루션 전세계재래석유가스매장량의 25% 정도로솔루션확보시산업및경제성파급효과큼. 전세계재래석유가스매장량의 2-3배이상으로솔루션확보시산업및경제적파급효과큼. 전세계매장량은풍부하나현재유가로는상업적경제성이취약하나, 미래발전전망이좋음. 대부분자원개발선도그룹이선점하여자원개발후발국으로진입이쉽지않음. 대부분자원개발선도그룹이선점하여자원개발후발국으로진입이쉽지않음. 자원개발선도그룹이이미확보된고난도의기술력으로대부분선점함. 아직까지기술개발이이루어지지않았지만경제적파급효과가크지않음. 기술개발초기단계로국내발달된여타산업과융복합화한솔루션을개발할경우시장성장및기술선점효과가기대됨. 국내소재산업의발전을전제로기술개발초기단계이며국내산업파급효과가클것으로기대됨. 막대한부존량으로개발솔루션이확보될경우산업파급효과클것이기대되나기술난이도가높아기술개발성공률은타기술에비해다소낮음. 산업적매력도는높으나기술적의존도가낮아기술개발결과가산업적파급력을높이기어려움. 육상광물자원개발솔루션 이미기술개발이거의완성단계에있는기술로선진국이이미선점한기술임. 초심부광물자원개발솔루션 고난이도의기술확보가필요하여현재로선경제성이문제가됨. 막대한양이부존되어있을것으로추정되어기 심해광물자원개발솔루션 술확보시산업적파생효과가클것이나기술개발 기간및비용에비해당장경제성확보가어려움. 대륙붕광물자원솔루션 전략적가치는높으나경제성을확보하기어려움. 순환금속원료및소재 재제조자동차부품 / 모듈 관련기술을확보할경우천연희유금속확보이상의효과가기대되나일본수준의첨단기술확보가관건. 에너지소비량감소, 산업파급효과, 시장성장가능성, 수출증대효과등이기대됨. 자원기술및자원순환산업유망솔루션선정기준 ( 상기표에서회색셀 ) 은전세계적으로기술개발초기상태에있으며, IT, 기계, 조선등강점이있는국내산업과연계할경우조기에기술력을확보할수있는극한지및프론티어자원개발솔루션등의아이템과매장량이풍부하고 33

40 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 발전가능성이높아기술확보시국내외적으로경제 산업적파급효과가큰비전통자원개발솔루션과같은아이템그리고고난이도기술로확보시기존에너지원이나자원을대체할수첨단산업용희유금속개발, 미래자원개발및고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션의아이템및환경친화적인기술로확보시미래시장을주도할수있는아이템인순환금속원료및소재, 재제조자동차부품 모듈을선정하였다 자원기술및자원순환산업유망제품 / 부품도출 34

41 Ⅱ. 자원 4 산업전략 4.1. 자원기술및자원순환산업전략 대한민국해외자원개발정책패러다임변화및이에따른대한민국해외자원개발산업전략을아래와같이도식화하였다. 구분 \ 년도 2003년이전 ( 태동기 ) ( 양적성장 ) 2010년이후 ( 질적성장 ) 유가동향 저유가시대 초고유가시대 고유가시대 해외자원확보형태 단기전략에따른자원확보 - 원유의전략비축및유망광산확보주요정책 년 IMF 시헐값매각특징 - 민간자본 - 국가지원산업 대상 중동, Easy 자원및위험회피형광산 지분참여자주개발도입 M&A 등자원개발기업대형화를통한자원확보 - 금융상품 - 성장동력산업으로태동 Easy 자원및중동외중앙아시아, 남미등지역다각화 기술기반자주개발도입 프론티어지역 / 비전통등고난도자원개발융복합기술을기반으로한자원확보 - 기술및금융복합상품 - 신성장동력산업으로발전 프론티어지역 / 비전통자원, 희유금속 35

42 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 투자재원의확충측면에서해외자원개발산업전략으로에너지특별회계자금의경우가능하면타산업지원금을줄이고해외자원개발관련산업에주로재투자할수있도록제도를재정비하여해외자원개발정부지원자금을확충해야한다. 예를들면, 프랑스석유세의경우프랑스석유연구소 IFP 운영에주로사용하고있다. 우리나라도이와같은시스템이뒷받침되어야만선진국수준의자원확보가가능하다. 현재해외자원개발프로젝트의자금지원은기업의재정담보력으로만대출하고있는실정이다. 따라서이러한문제점을극복하기위해선담보력이없이도해외자원개발자금을지원받을수있게국책은행의해외자원개발프로젝트파이낸싱이가능할수있게제도를개선해야한다. 해외자원개발사업은많은위험성이내포되어있기때문에이러한문제점을극복하고막대한민간부동자금이해외자원개발에안심하고투자할수있도록국가차원의제도마련이필요하다. 즉, 국내민간기술서비스기업이세계적인기술력과정보력을갖추게되어금융투자를지원하게된다면민간자본이안심하고투자할수있을것이다. 그러나국내에는현재 10명이내의소규모민간기술서비스기업만이존재하기때문에이와같은수요를감당할수없는실정이다. 따라서우리나라가향후해외자원개발사업을활성화하기위해선우선적으로국내자원개발기술서비스기업을육성할수있는방안이마련되어야한다. R&D, 인력양성및정보화사업등해외자원개발기반조성측면에서우선적으로중요한것은전문인력확보방안일것이다. 이런측면에서보면현재시행되고있는자원개발특성화대학사업은적어도 10~20년이상지속시켜야할것이다. 또한, 지질분야특성화대학이추가되도록재원확충및제도개선이필요할것이다. 이와더불어중요한것은우리나라도이제는일본의석유기술센터 (JOGEMEC-TRC), 프랑스의석유연구소 (IFP), 중국의북경석유대학등과같은전문연구원을신설하거나기존의국책 R&D 연구기관의조직을확대개편하여국가자원개발 R&D 역량을강화할필요가있다. 자원개발컨트롤타워의신설및자원외교역량강화측면에서해외자원개발산업전략으로우선자원메이져기업과중국과경쟁하기위해서는한국컨소시엄 ( 산 학 연 ) 개념의국가적인역량의결집이필요하다. 또한남미및아프리카등자원개발이이루어지지않은프론티어지역의정치적, 국가적리스크관리를위한자원외교역량강화가요구된다 유망솔루션전략과제 극한지석유가스자원개발솔루션전략 극지, 심해및균열저류층등의석유가스개발솔루션개발을통한안정적인해외자주개발원유확보를목표로하며대상지역으로는극지의경우러시아및캐나다북극대륙붕, 심해의경우브라질, 앙골라, 나이지리아, 미국등이며균열저류층의경우베트남, 예멘등을선정하였다. 석유가스개발국제시장에서 Extreme 석유가스자원개발기술력우위확보를위한첨단기술의확보라는정책방향을가지고국내석유가스개발공공기업과조선및플랜트기업의매칭펀드와정부자금 ( 에특회게자금확보 ) 출연으로 R&D 기금등으로재원을확보하고자한다. 중점기술개발목표지향적 R&D 사업단이나석유연구소와같은기술개발전문연구기관신설과같은제도정비를통해지원체계를확보한다. 36

43 Ⅱ. 자원 비전통석유가스자원개발솔루션전략 오일샌드, 초중질유및셰일가스등자원개발솔루션개발을통한안정적이며지속적인해외자주개발원유확보를목표로하며대상지역으로는캐나다오일샌드, 베네수엘라초중질유, 미국셰일가스등을선정하였다. 재래석유가스자원부존의한계성극복과국가해외석유가스자주개발목표달성을위한핵심기술확보라는정책방향을가지고국내석유가스개발전문기업이나플랜트수출기업의매칭펀드와정부자금 ( 에특회게자금확보 ) 출연으로 R&D 재원을확보하고자한다. 중점기술개발을위한목표지향적 R&D 사업단이나석유연구소와같은기술개발전문연구기관신설과같은제도정비를통해지원체계를확보한다 프론티어지역스마트금속자원개발솔루션전략프론티어지역 ( 오지, 밀림, 고산지대, 극지 ) 스마트자원개발솔루션개발및이를통한철 비철금속의확보를목표로하며아프리카오지, 밀림지대및남미고산지대의철 비철금속광을대상으로한다. 아프리카, 남미의유망국가선정및탐사권 개발권획득을목표로실용화기술개발투자및인프라동반진출전략에의한자원확보에투자한다. 재원은정부투자및에특융자, 민간펀드를통해확보하고자원개발 JV(joint venture) 의정부연구사업참여가가능하도록제도정비를통해지원체계를확보한다 첨단산업원료용희유금속확보솔루션전략국내희유금속광확보및해수 염수에서의용존자원회수를목표로하며국내희유금속및해수 염수용존자원을대상으로한다. 소재기술과연계한정책수립의정책방향을가지고포스코, LS니꼬동제련등수요기업의요청 ( 광종선택 ) 에부응하는전략적투자를지향한다. 재원은정부투자및에특융자, 민간펀드를통해확보하고희유금속산업기반조성을통해지원체계를확보한다 순환금속원료및소재전략도시광산으로부터산업원료로서활용가능한수준의순환금속자원확보를목표로하며도시광산대상순환자원중주요희유금속, 희토류금속및범용금속중파급효과가큰금속 ( 구리등 ), 귀금속등을대상으로한다. 친환경적기술개발과희유금속원료의확보라는정책방향을가지고재원은자원공기업의출자금, 정부투자및기업의매칭펀드를통해확보하며자원순환금속원료및소재산업기반조성을통해지원체계를확보한다 미래석유가스자원개발솔루션전략오일셰일및가스하이드레이트자원개발솔루션개발을통한안정적인화석연료확보를목표로하며미국오일셰일, 대한민국동해가스하이드레이트등을대상으로한다. 재래석유가스자원의고갈성을대비하여향후미래에도안정적으로화석연료를확보하기위한정책의일환으로추진한다. 국내석유가스개발공공기업의매칭펀드와정부자금출연으로 R&D 기금을통해재원을확보한다. 중점기술개발목표지향적 R&D 사업단이나석유연구소와같은기술개발전문연구기관신설과같은제도정비를통해지원체계를마련한다. 37

44 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션전략경제성있는부정합형및흑색세일형우라늄자원개발을목표로하며캐나다부정합형우라늄광및국내흑색세일형우라늄을대상으로한다. 연구개발자금지원, 국내탐사기업의해외직접탐사를적극유도하는정책방향을가지고원천기술개발을통한부가가치확보및개발광구확보에투자한다. 투자재원은정부투자및에특융자, 민간펀드를통해마련하고자원개발 JV의정부연구사업참가가가능하도록제도를정비한다 재재조자동차부품 / 모듈전략신제품에사용가능한수준의재제조부품 모듈생산기술개발및신뢰성확보를목표로하며전기자동차를포함한모든차량을대상으로한다. 15년자동차 95% 순환정책시행등규제대응, 원가절감, 수출지원의정책방향을가지고정부투자및자동차기업, 자동차부품기업의매칭펀드를통해재원을마련하며재제조산업기반조성을통해지원체제를마련한다. 38

45 Ⅱ. 자원 5 기술전략 5.1. 유망솔루션에필요한전략기술도출 유망솔루션육성을위한필요기술 List 극한지석유가스자원개발솔루션 필요기술명 균열저류층석유가스개발기술 주요내용 균열저류층탐사특화및시뮬레이션기술, 균열저류층특수시추기술, 나노기법을이용한균열저류층회수증진기술 극지 / 오지석유가스개발기술 무인탐사및시추장비설계구축및운영기술, 스마트유정, 수송및저장시설관리기술, 극한영하에견디는장비신소재개발기술, 석유가스스마트수송및저장기술등 심해석유가스개발기술 심해탐사및시추기술, 심해저장비유동특성분석기술, 심해장비설계 / 제조및운영기술, 심해시추안전기술, 석유가스스마트수송및저장기술등 천해석유가스개발기술 천해탐사선및시추선설계제작및운영기술등 심부석유가스개발기술 심부지층손상및자극기술, 심해시추기술등 비전통석유가스자원개발솔루션 필요기술명 오일샌드 / 초중질유탐사및개발기술 주요내용 오일샌드 / 초중질유부존지층의영상화및저류시뮬레이션기술, 나노기술을이용한역청및초중질유현장회수기술, 역청개질및수송기술, 폐수및폐기물처리기술등 셰일가스 / 석탄층가스탐사및개발기술 셰일가스 / 석탄층가스부존지층의특성파악및천부방향성시추장비개발및고심도수평시추기술, 수압파쇄및산처리기술, CTD(Coiled Tubing Drilling) 기술 DME(Dimethyl Ether) 및 GTL(Gas to Liquid) 기술, 가스수송및저장기술등 39

46 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 프론티어지역스마트금속자원개발솔루션 필요기술명 스마트무인자원탐사기술 자료융합플랫폼기반의원격자료획득 스마트자동화채광시스템 에너지절약형선광 / 융합제련 토모그래피탐사및자료해석기술 지구식물학및다중센서원격탐사기술 3D 광체모델링기술 스마트발파제어기술 주요내용 무인항공기기반의물리탐사시스템, 무인지상로봇탐사기술, USN 기반의탐사기술개발 융합플랫폼상에서위성네트워크를통한스마트무인자원탐사자료의원격획득 / 실시간자료처리및융합해석 GIS 기반의 3D 채광설계와증강현실을접목한채광로봇및원격제어자동화장비개발 USN(ubiquitous sensor network) 모니터링을통한선광제어및 Mechano-Bio 융합제련 지하하부의광체를전기또는전자, 탄성파탐사기법을통해 2 차원또는 3 차원으로탐지하고해석하는기술 특정광종관련특정식물의군락지를위성 / 항공원격탐사를통해탐지, 지표광물의분광특성을통해광종을직접탐지 시추공자료를기초로지질, 광상학적 concept 에따라유용광체의 3 차원적실제영상구현 노천이나지하에서채굴을위한발파를스마트센서와결합하여지능형최적제어기술 첨단산업원료용희유금속확보솔루션 필요기술명 IT+ET 융복합국내희유금속탐사기술 희유금속친환경고도선별 / 제련 해수 / 염수용존리튬침출기술 비전통형희유금속부존해석기술 희토류원소의초고순도분리정제 주요내용 국내유망광화대를대상으로탐사기술개발및잠재매장량확보 친환경고도선별및 BT+ET 융복합친환경희유금속침출기술 해수 / 염수에서리튬을흡착하여, 탈착한후분리정제. 반복사용가능한 고성능흡착제제조기술 로환경오염방지 미래형희유금속자원인염수와석유, 암석 / 토양중에흡착된희유금속광상평가 초고순도희토류원소분리정제기술 >=6N 40

47 Ⅱ. 자원 순환금속원료및소재 필요기술명파분쇄 ( 단체분리 ) 기술고효율선별기술산업별원료화기술 주요내용 순환자원의경제적인파쇄및분쇄기술. 이후공정의경제성및용이성향상가능. 파분쇄된순환자원의성분별, 용도별분리기술. 주로물리적방법에의한분리선별기술임. 산업의특성에맞는원료화기술로, 건식, 습식등다양한방법을포함. 고순도화기술특수용도에맞는초고순도원료제조기술. 잔류물최종처리기술금속자원순환후발생하는잔류물의순환을위한기술 미래석유가스자원개발솔루션 필요기술명 오일셰일탐사및개발기술 가스하이드레이트탐사및개발기술 주요내용 저류층특성파악및열역학적시뮬레이션기술, 케로젠열분해기술, 현장회수증진기술, 폐수및폐기물처리기술등 가스하이드레이트탐사기술, 가스하이드레이트형성및해리기술, 감압법, 열공법, CO 2 치환등회수기술등 고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션 필요기술명부정합형우라늄융합탐사기술흑색세일형우라늄경제적선광 / 제련기술 우라늄 In-Situ Leaching 노천채광및방사선차폐광미적치기술사암형우라늄광상평가및 3D 모델링기술 주요내용 탐사자료의융합해석을이용한심부부정합층에존재하는고품위우라늄의정밀탐사 국내뿐아니라세계적으로잠재매장량이가장많은흑색세일형우라늄의친환경 / 경제적침출공정개발 직접채광이아닌시추공을이용한용매침출을통한채광으로환경문제제거 친환경노천채광및광미의방사선차폐기술개발 생산우라늄광중가장많은시장점유율을갖는사암형우라늄광상의평가및광체 3D 모델링기술 41

48 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 자동차재제조부품 / 모듈 필요기술명 전기공급장치재제조기술 주요내용 NiMH, LTO, Li-Polymer, Li-ion, LiS, NaS 등현재활용중, 혹은연료전지등향후활용가능성이높은대용량전지의재제조를위한제반기술. 원동기재제조기술엔진및구동용모터재제조기술. 전기차용충전시스템제품수명및안전성확보를위한충전시스템재제조기술. 재제조동력전달계통재제조기술변속기, 등속조인트등동력계통주요부품재제조기술. 기타일반부품재제조기술 부품 / 모듈성능시험기술 교류발전기, 시동전동기, Power Steering Gear, Caliper 등일반적인자동차부품의재제조기술. 재제조부품 / 모듈의안전성및기능성확보를위한성능시험기술 유망솔루션육성을위한전략기술 list 유망솔루션극한지석유가스자원개발솔루션비전통석유가스자원개발솔루션프론티어지역스마트자원 ( 금속광 ) 개발솔루션첨단산업원료용희유금속확보솔루션순환금속원료및소재미래석유가스자원개발솔루션고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션재제조자동차부품 / 모듈 전략기술 극지, 심해, 오지및균열저류층탐사및개발대상으로필요기술선정오일샌드, 초중질유, 셰일가스, 석탄층가스탐사및개발관련필요기술선정프론티어지역중접근가능성이높은아프리카와남미의오지, 밀림, 고산지대를대상으로필수기술선정 희유금속자원을단기간에확보가능한기술선정 제품맞춤형선별및원료화, 순환자원파분쇄 ( 단체분리 ), 금속순환자원의고순도 / 초고순도화및잔류순환자원최종처리기술 오일셰일, 가스하이드레이트탐사및개발관련기술선정 기술적난이도가높아탐사 / 제련기술부족으로개발이어려우나잠재매장량이높은광상대상기술선정 원동기재제조, 전기자동차용전기공급장치 ( 배터리 ) 의재제조, 일반부품재제조, 자동차재제조부품 / 모듈성능시험, 동력전달계통재제조및충전시스템재제조기술 42

49 Ⅱ. 자원 5.2. 전략기술확보방안 유망솔루션 중점육성대상기술 기존연구활용및개선대상기술 타국가및해외기업과공동연구대상기술 구매대상기술 극한지석유가스자원개발솔루션 균열저류층석유가스개발기술, 극지석유가스개발기술, 심해석유가스개발기술 오지 / 밀림석유가스개발기술 천해및심부석유가스개발기술 비전통석유가스자원개발솔루션 오일샌드 / 초중질유개발기술, 셰일가스개발기술 석탄층가스개발기술 프론티어지역스마트자원 ( 금속광 ) 개발솔루션 스마트무인자원탐사기술, 스마트자동화채광시스템 자료융합플랫폼기반의원격자료획득, 에너지절약형선광 / 융합제련, 토모그래피탐사및해석기술, 스마트발파제어기술, 3D 광체모델링기술 다중센서원격탐사기술, 지구식물학원격탐사기술 첨단산업원료용희유금속확보솔루션 해수 / 염수용존리튬침출기술 희유금속친환경고도선별 / 제련, 희토류원소의초고순도분리정제, IT+ET 융복합국내희유금속탐사기술 비전통형희유금속부존해석기술 순환금속원료및소재 순환자원파분쇄 ( 단체분리 ), 제품맞춤형순환금속자원선별및원료화 금속순환자원의고순도 / 초고순도화, 잔류순환자원최종처리기술 순환자원파분쇄 ( 단체분리 ) 기술 미래석유가스자원개발솔루션 가스하이드레이트개발기술 오일셰일개발기술 고난이도기술집약형우라늄광개발솔루션 부정합형우라늄융합탐사기술, 흑색세일형우라늄경제적선광 / 제련기술 노천채광및방사선차폐광미적치기술 우라늄 In-Situ Leaching, 사암형우라늄광상평가및 3D 모델링기술 재제조자동차부품 / 모듈 자동차용원동기재제조, 자동차용이차전지재재조, 재제조부품및모듈성능시험 기타일반부품재제조 자동차용연료전지재제조, 자동차재제조부품 / 모듈성능시험, 동력전달계통재제조, 충전시스템재제조기술 43

50 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5.3. 중점육성기술개발을위한 R&D 추진전략 균열저류층 극지 심해석유가스자원개발솔루션 R&D 전략 현황및향후계획 구분균열저류층극지심해 현황현재석유공사는 2004년부터베트남 15-1 유전을비롯하여예멘등균열기반암유전개발사업에참여하고있어부분적인기술은세계최고수준을확보하고있으나, 총체적인기술시스템을확보하기위해선국가차원의 R&D 프로그램지원이필요함전세계석유매장량의약 25% 정도가북극에부존되어있는것으로알려져캐나다및러시아등은국가들은이들지역석유개발에다각적인노력을경주하고있으나아직까지우리나라는이부분에대한전략조차마련되지못함수심이 1,500m 이상의초심해에약 1,600 3,000억배럴의석유가부존되어있고, 이중약 70% 이상이브라질, 앙골라, 나이지리아및미국등에부존되고있는것으로추정되고있어세계각국은이들심해석유가스개발에심혈을기울여왔으나, 우리나라는관련전략없음. 또한최근멕시코만심해오일유출사고로각국에대한심해시추규제의강화움직임이보이고있음 단계별전략 단계 (1단계) (2단계) (3단계) 단계별전략학 연중심의극한지석유가스개발원천기술확보에노력산 학 연공동으로핵심기술자립화및첨단기술확보기술사업화및기술서비스시장진출또는관련기술을기반으로한신규유망석유가스전발굴에역점 산 학 연 정의역할분담 구분산업계학 연정부 역할분담장기적인차원에서자체적인연구역량 ( 연구비및연구인력추가확보등 ) 강화에노력하고이를산업화로발전시킬수있는전략수립및이행프로그램마련필요극한지석유가스개발원천기술을개발함 R&D 사업단신설등관련기술확보를위한신규조직신설및예산확보지원 44

51 Ⅱ. 자원 오일샌드및셰일가스개발솔루션 R&D 전략 현황및향후계획 구분오일샌드 / 초중질유셰일가스 현황석유공사의캐나다블랙골드사업참여로국내기업의오일샌드개발이본격화되었으나대부분기술은선진국기술에의존하고있음. 베네수엘라초중질유개발사업또한향후몇년동안활발히진행될것으로예상되는바, 관련기술의확보가필요함. 특히, 최근멕시코만원유유출사고에의해다시오일샌드 / 초중질유개발에대한관심이고조되고있어이분야기술확보가시급함최근북미지역을중심으로셰일가스개발이활성화되고있고석유공사및가스공사를비롯하여민간기업은이들사업에활발히진출하고있으나원천기술은확보하지못한실정임 단계별전략 단계 단계별전략 (1 단계 ) 학 연중심의원천기술확보에노력 (2 단계 ) 산 학 연공동으로핵심기술자립화및첨단기술확보 (3 단계 ) 기술사업화및기술서비스시장진출또는관련기술을기반으로한신규사업발굴과운영사업의성공률을제고해야함 산 학 연 정의역할분담 구분 산업계 역할분담 장기적인차원에서자체적인연구역량 ( 연구비및연구인력추가확보등 ) 강화에노력하고이를산업화로발전시킬수있는전략수립필요함 학 연 비전통석유가스개발을위한원천기술및핵심기술개발을수행함 정부 R&D 사업단신설등관련기술확보를위한신규조직신설, 예산확충및정책지원 45

52 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 스마트자원탐사 / 개발기술 R&D 전략 현황및향후계획 구분스마트무인자원탐사스마트자동화채광시스템 현황지자연무인비행선기반의항공물리탐사시스템및무인전기비저항탐사로봇을개발하고있어향후항공우주연구원과공동으로스마트무인기개발, 다양한센서와스마트기능탑재한무인자원탐사기술개발이필요함국내민간기업 3D 채광설계및 ERP 시스템개발기술확보, 로봇기술발전가속화에따른 FR (Factory Robotization) 가속, 리오틴토 2008년부터 Mine of the Future 프로그램실행, 국내민간자동화연구팀과공동으로원격 / 무인채광시스템개발이필요함 단계별전략 단계 (1단계) (2단계) (3단계) 단계별전략학연중심의원천핵심기술개발산학연중심의개발기술의실증및현장적용성연구프론티어지역자원확보및자원탐사서비스시장진출 산 학 연 정의역할분담 구분산업계학 연정부 역할분담자체적인연구역량강화노력, 산업화시킬수있는전략수립프론티어지역탐사및채광관련원천기술개발 R&D 사업단신설등관련기술확보를위한조직및예산지원 46

53 Ⅱ. 자원 해수 염수용존희유금속확보솔루션 R&D 전략 현황및향후계획 구분 해수 염수용존희유금속확보 현황 해수 / 염수용존리튬침출핵심요소기술개발, 2020년상용화기술개발 단계별전략 단계 (1단계) (2단계) (3단계) 단계별전략산연중심으로초고효율흡착제제조, 흡 탈착공정최적화, 리튬화합물제조등원천기술개발산연중심의실증플랜트건설 / 운용해수 / 염수용존리튬추출상용화기술개발 산 학 연 정의역할분담 구분산업계학 연정부 역할분담상용화공동기술개발및산업화시킬수있는전략수립원천기술개발및상용화기술공동개발해수 / 염수자원이용에대한제도적정비 47

54 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 제품맞춤형순환금속자원선별및원료화기술 R&D 전략과제 현황및향후계획 구분순환금속자원선별및원료화기술 현황최근희유금속등금속자원의확보가국가산업전반에걸쳐가장중요한이슈이며, 이와함께환경비용및기업이미지제고비용이급격히증가하고있음. 이러한문제를동시에해결할수있는방안은순환자원으로부터금속자원을회수하는산업임 단계별전략 단계 (1단계) (2단계) (3단계) 단계별전략산연중심으로순환금속원료및소재개발산연중심의실증플랜트건설 / 운용개발원료 / 소재의상용화추진 산 학 연 정의역할분담 구분산업계학 연정부 역할분담상용화공동기술개발및산업화시킬수있는전략수립원천기술개발및상용화기술공동개발순환금속원료및소재개발사업의활성화를위한제도정비 48

55 Ⅱ. 자원 가스하이드레이트개발기술 R&D 전략 현황및향후계획 구분 현황 가스하이드레이트개발기술 2005년설립된가스하이드레이트사업단을통해국내동해에서가스하이드레이트탐사사업을수행한결과 2009년실물을발견하였으며, 탐사및개발생산을위한원천기술확보를위한다각적인노력을기울이고있음 단계별전략 단계 단계별전략 (1 단계 ) (2 단계 ) (3 단계 ) 학 연중심의가스하이드레이트탐사및개발생산관련원천기술확보산 학 연공동으로가스하이드레이트탐사및개발생산관련핵심기술자립화및첨단기술확보가스하이드레이트탐사및개발기술의해외기술서비스시장진출에역점을둠으로서개발기술수출도모 산 학 연 정의역할분담 구분 역할분담 산업계자체적인연구역량강화에노력하고이를산업화로발전시킬수있는전략수립. 학 연 정부 원천기술개발을수행함 현재설립된가스하이드레이트사업단의활성화및법인화노력 49

56 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 부정합형 흑색세일형우라늄자원확보기술 R&D 전략 현황및향후계획 구분부정합형우라늄흑색세일형우라늄 현황한국광물자원공사 / 한국지질자원연구원공동으로우라늄융합탐사및물리화학적선광 / 제련기술개발사업수행한국광물자원공사 / 한국지질자원연구원공동으로우라늄융합탐사및물리화학적선광 / 제련기술개발사업수행 단계별전략 단계 단계별전략 (1 단계 ) (2 단계 ) (3 단계 ) 산학연중심의원천기술개발 테스트베드실증및파일럿플랜트운용을통한기술개발 자원탐사서비스기술시장진출및유사현장에적용을통한상업화추진 산 학 연 정의역할분담 구분 역할분담 산업계 자체적인연구역량강화노력, 산업화시킬수있는전략수립 학 연 우라늄융합탐사탐사기술의원천기술개발 정부 국내기업출자해외 JV(Joint Venture) 의국간연구과제참여기업참가가능하도록제도적보완 50

57 Ⅱ. 자원 재제조자동차부품 / 모듈성능시험및전기차용이차전지제재조 R&D 전략 현황및향후계획 구분 현황 재제조기술 자동차산업은막대한자원을소모하는자원다소비산업으로서선진국을중심으로향후 95% 이상의재활용율규제가형성될것으로예상됨. 따라서자동차부품의재순환에가장효율적인재제조시장도급격히확대될것임 단계별전략 단계 (1단계) (2단계) (3단계) 단계별전략산연중심으로재제조부품및모듈성능시험산연중심의실증플랜트건설 / 운용개발기술의상용화추진 산 학 연 정의역할분담 구분산업계학 연정부 역할분담상용화공동기술개발및산업화시킬수있는전략수립원천기술개발및상용화기술공동개발재제조산업의활성화및수출산업화를위한제도정비 51

58 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 6 자원기술및자원순환산업비전체계도 52

59 Ⅱ. 자원 < 참고문헌 > 1 지식경제부, 2010, 제4차해외자원개발기본계획 2 에너지관리공단, 2010, 2010 에너지 기후변화편람 3 기획재정부, 2010, 2010년국가경쟁력보고서 4 국가청정생산지원센터, 2007, 재제조산업동향및발전전략 5 녹색성장위원회, 2009, 녹색성장국가전략 6 류수호, 2009, " 효율적인자원순환사회형성을위한자원재활용정책고찰 ", 자원재활용학회지, Vol.18, no.2, pp 삼성경제연구소, 2010, 희소금속과산업경쟁력, CEO Information 8 자원재활용기술개발사업단, 2009, 리싸이클링백서, 청문각 9 지식경제부, 2010, 자원개발정책편람. 10 지식경제부, 2007, 전력산업과자원개발의해외동반진출전략연구 11 지식경제부 환경부, 2009, 도시광산활성화를통한소재공급확대방안 12 한국환경공단, 2010, 미래주도형폐금속자원재활용기술개발연구최종기획보고서 13 BHPbilliton, 2009, Stability Throughout the Cycle, Exane BNP Paribas - 11th European Seminar 14 Business Insights Ltd, 2010, "The Unconventional Oil and Gas Market Outlook" 15 EIA, 2009, "International Energy Outlook" 16 IEA, 2009, "World Energy Outlook" 17 PIW; Petroleum Intelligence Weekly,

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61 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 원자력 Ⅲ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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63 Ⅲ. 원자력 1 산업의본질및패러다임변화 1.1. 원자력산업의정의및중요성 원자력산업의정의 원자력은안정적이고경제적인전력에너지공급원으로서국가발전의원동력이며, 지구온난화와공해문제를유발하지않는환경친화적에너지이다. 또한, 방사선이용을통해국민복지및삶의질향상에기여하고산업기술진흥과수출동력화를통한고용 / 소득증대및국가위상제고에기여하는종합과학기반산업기술이다. 본보고서에포함된원자력산업의범위는전력생산을위한원전플랜트, 산업용열원공급등비전력용중소형원자로, 원자력발전주기기제작및원전운영 Total Solution 등원자력전분야를포함한다 원자력산업의중요성원자력은안정적 경제적에너지공급원으로서국가경제발전, 지구환경의보전, 국민복지의증진, 과학기술진흥에크게기여해왔으며, 지속가능한발전을위한원자력의역할이앞으로더욱증대될것이다. Brundtland 보고서에원자력을지속가능한발전의의미로 " 미래세대가그들스스로의필요를충족시킬수있도록하는능력을저해하지않으면서, 현재세대의필요를충족시키는발전 " 이라보고된바있다. 기후변화와에너지위기해결을위한가장유력한대안인원자력에너지는 IEA(International Energy Agency) 블루맵시나리오하에서이산화탄소감축기여도 6% 의 CO 2 감축이가능한에너지원으로선진각국은탄소배출권대응을위한원자력에너지에집중투자로거대시장의형성이전망된다. 특히, 원전운전성능의지속적향상, 화석연료의가격급등, 화력발전소의이산화탄소배출감소설비투자등으로원자력발전의경쟁력이향상되고있다. 57

64 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 원자력연료는화석연료에비해전세계적으로고르게특히전통적우방국에분포되어공급안정성및가격안정성이우수하며최근세계적으로원자력에대한대중의이해가향상되는추세이기도하다. 에너지 환경대안으로원전시장이전개되고있는데국제원자력기구 (IAEA : International Atomic Energy Agency) 는 2030년까지 300기이상의신규원전건설을전망하고있으며, 최근각국의신규원전건설, 도입계획발표치는 IAEA의전망치에근접하고있으며최근의 World Nuclear Association 전망은 2030년까지 490기의시장도래를예측하고있다. < 표 1> 2030년까지의원전건설전망 기관 예상건설호기수 비 고 IAEA(2008) World Nuclear Association(2010.5) 300기 490기 * UAE 4기건설비 $180 억 (45억 $/ 호기, 5조원 / 호기 ) 한계에달한국내원전시장에서벗어나적극적인해외시장개척이필요한시기가도래했으며, 고용 소득증대및국가위상제고에기여할것으로기대되고있다. 또한우리나라의주력산업이섬유산업에서철강산업, 조선산업, 반도체산업, 자동차및 IT산업으로, 다시그린에너지산업으로이동하고있으며현재그린에너지산업이미래경제성장의중심축으로부상하고있다. 세계녹색에너지시장의선도국가로성장하기위한혁신적이고전향적인기술이필요한시점에서 2010년대후반확대전망인, 비화석연료에의한다목적고열원활용기술확보도주요화두로등장하고있다. * 석탄가스화및석탄액화공정, 산업용공정열공급, 해수담수화및지역난방, 천연가스수증기개질 (Reforming) 을통한수소생산 21세기는에너지 기후시대로서원자력산업전분야에서패러다임변화가진행중이며원자력산업의미래패러다임변화에대응하기위해서는국내저탄소에너지확보및에너지안보, 세계시장진출확대를위한사용후핵연료처리등원자력고유문제해결및원천기술확보가선결되어야한다. < 표 2> 수출실적및전망시장자료 ( 월, 천불 ) 1985~ 2001~ 2006~ 원전수출 18,600, ,688 35,000,000 15,000,000 주기기 247,000 1,397,000 원전서비스 45,534 28,474 62,080 7,277 6,800 계 45, ,474 1,459,080 18,607, ,488 58

65 Ⅲ. 원자력 1.2. Macro 환경분석 거시정책변화 OECD 국가의지구온난화방지를위한온실가스배출규제제도화및법규강화와탄소배출권을거래하는탄소시장의대두는원자력산업을위한커다란기회요인으로작용할것이며지구환경문제와화석연료의유한성은화석연료를대체할수있는가장유력한에너지원으로원자력에너지를인식시키고있다. 경쟁국들은한국의 UAE 원전수주이후수출지원조직정비등을통해정부지원을강화하고선진업체간제휴 통합으로시장장악력확대를도모중이다. 다만, 일본원전사고이후원전건설을중단하는국가가등장하고있지만현실적대안을찾기어려운나라의경우는기존원전의안전성을강화하거나신규원전의경우에는완전피동을채용하는방향으로나아가고있다. < 표 3> 주요국정책지원및기업체동향 주요국동향 ( 일본 ) 경산성내원자력국제협력추진실신설 ( 09.4) ( 프랑스 ) 원전수출전담조직신설 ( 09.10), 원자력산업구조개편 ( 10.4) 선진기업동향 도시바의미 WEC 인수 ( 06.10) AREVA-MHI 제휴 ( 06.10) GE-히다치제휴 ( 07. 5) 거시경제환경변화 현실적이고실행가능한 CO 2 배출감축수단으로서원자력대두원전은수많은정밀부품들이결합된현대과학의결정체로원전분야의핵심기술보유여부는그나라의국력을상징하는대명사로여겨지고있으며이러한선진원전기술확보를위해서는지속적인연구개발이필요하고이를실증할수있는원전의건설이필요하다.. 향후국내전력시장환경은국제적인지구온난화방지를위한협력의일환인온실가스배출규제강화로인하여원전건설에대한수요가증가할것으로전망되어국내시장에기반한원전기술개발이더활발해질것으로예상된다. 이에따라세계시장진출을통한성장동력창출이가장시급한주제로대두되고있다. * 국가에너지기본계획상 2030년까지원전비중은 40% 까지증가 ( 설비기준 ) 한편, 개발도상국을중심으로신규원전에대한수요가증가하고있어국내시장에서축적된세계정상의원전기술을바탕으로해외시장진출을적극적으로모색할필요가있으며, 원전산업이안정적이고값싼전력공급을통해국가경제발전에기여하면서, 더나가앞으로는해외시장진출을통한외화획득및내수경기유발과같은수출산업화달성이요구되는시점이다. 지구온난화문제에대처하기위한전지구적차원의공동노력의일환으로온실가스배출을통제하기위한국제협약인교토의정서가발효되어시행중이며온실가스감축이전세계적인화두로떠오르면서감축목표달성을위한가장현실적이고경제적인대안으로원자력이부상되고있다. 59

66 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 4> 세계주요국가별 CO 2 감축목표제시량 ('20년목표 ) 국가 EU 일본 캐나다 러시아 한국 90년대비 20% 9% 3% 10% 4%* * 한국은 05 대비 화석연료가격급등에따른원자력의경제성부각 2000년대후반부터계속된화석연료가격급등은원자력발전의경제성에대해다시한번검토해보는계기가되었고 '08년원유및유연탄가격은사상최고치를기록하여국제원유가격 (WTI 기준 ) 은배럴당 140불이상으로치솟았으며유연탄가격 ( 호주뉴캐슬기준 ) 은톤당 180불을기록하는등전세계적으로에너지안보에대한위기감이고취되고있다. 한편원자력은타발전원에비해발전연료가격에대한민감도가낮아, 연료가격급등시경제적으로안정적인발전원이다. IEA의분석자료에따르면우라늄, 유연탄및가스가격이 50% 상승시발전원가상승은원자력이 3% 에불과한데반해석탄발전이 20%, 복합화력이 38% 로, 원자력이발전연료가격상승에가장안정적인발전원인것으로분석되었다. 이에따라대한민국뿐만아니라 UAE, 남아공등풍부한화석연료를보유한국가에서도신규원전을건설하거나건설하고자하는의사를표명하고있다 사회환경변화 ( 환경변화 ) 환경위기와자원위기동시직면화석연료사용증가에따른지구온난화는기상재해, 생태파괴등의형태로인류의생존을위협하고있으며 06년스턴보고서에의하면에너지다소비체계지속시기후변화에따른경제손실은매년세계 GDP의 5 20% 에달할전망이다. 글로벌에너지수요증가에따른에너지자원고갈가속화및가격상승우려가일반대중에확산됨에따라원자력에너지에대한인식이변하고있다 세계는지금녹색시장선점을위한치열한경쟁중기후변화와에너지위기가동시에진행되면서녹색시장 녹색산업을국가신성장동력으로육성하려는움직임이증가하고있다. 선진각국은에너지효율 ( 건물, 수송, 전력분야 ), 탄소배출권, 신재생에너지에집중투자로시장의급증이전망된다. 한국형원전의경쟁력을대외적으로인정받는첫사례로서한국형원전의인지도가크게제고되어해외진출가능성에대한일반대중의기대치가향상되고있으며세계 6번째원전수출국이됨으로서선진기술력및원전산업강국으로서국가이미지가획기적으로제고되고있어국가품격을업그레이드하기위한기회가도래하였다. 60

67 Ⅲ. 원자력 1.3. 원자력산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망 신규원자력건설추진국동향 2000년대에접어들면서경제발전에따른전력수요증가, 기후변화협약에따른저탄소에너지필요성증대, 화석연료고갈우려, 고유가등으로세계각국은현실적이고실질적인유일한대안으로원자력발전의중요성을재인식하면서신규원전건설계획을발표하기시작하였다. 미국, 일본, 중국, 인도, 핀란드, 프랑스, 루마니아, 리투아니아등국가들은원전건설을적극적으로추진하겠다고선언하였으며, 캐나다, 체코, 슬로바키아, 터키, 영국, 인도네시아, 베트남등국가들은신규원전건설을검토중이라고발표하였다. 후쿠시마원전사고로원전정책의변화가예상되지만연구개발은오히려증가할것으로예상된다. < 그림 1> 2003 년이후 IAEA 최소, 최대발전전망 용량별예상시장규모 09년 IAEA 분석에따르면신규원전도입국은전력그리드용량, 낮은인구밀도등계통특성에따라세계시장의 70% 가 700MWe급에서 1100MWe급의중형원전을선호하고있다. 따라서, 잠재수요국의그리드상황을고려한용량별포트폴리오구성이중요변수로등장하였다. 대형원전시장에서경쟁자인 Areva와 MHI는 Joint Venture (ATMEA 社 ) 를설립하고 ATMEA1 이라는 1,100MWe급원전을공동개발하고있으며최근에주요 Advanced Design Feature를모두장착한원전기본설계를완성하였다. 61

68 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 2> 용량별원전신규수요전망 (IAEA, 2009) 중국원전시장 중국의경우 09년기준으로 11기가가동중이며 17기가건설중에있다. 또한 34기가건설준비중이며향후 110기를건설계획중이다. 중국은 20년까지원전시설용량목표치를 40GWe 에서 70GWe에서 86GWe로수정발표하였으며 09년기준으로 2% 인원전비중을 20년까지 5% 로끌어올릴계획이다. Sanmen, Haiyang 원전 AP1000 4기건설을통한제3세대원전기술자립완성등중국정부가지향하고있는원전건설기본정책과추진현황을종합정리하면표5 와같다. < 그림 3> 중국의원전현황 62

69 Ⅲ. 원자력 기본정책목적노형현황사업주체 제 3 세대원전기술도입 < 표 5> 중국의원전건설기본정책과추진현황 기술자립 AP1000 Sanmen, Haiyang 4기 CNNC, CPI 원전비중신속제고 EPR1600 Taishan 2기 CGNPC 정치적고려 VVER1000 Tianwan 2기 CNNC 복제건설 원전비중적기확대 CPR1000 Hongyanhe, Ningde 등 CGNPC 자체개발 자체노형개발 CNP1000 개발중 CNNC 중국은이와함께중국제1중형기계창 (CFHI : China First Heavy Industries), 상하이전기 (SEC : Shanghai Electric Group Corporation), 하얼빈전력집단 (HPEC : Harbin Power Equipment Company) 등 3개업체를원전주설비제작업체로육성하고있으며, 광동성, 절강성, 복건성, 산동성, 강소성, 광서성, 해남성등해안지역에서호북성, 사천성등내륙지역으로원전건설지역을확대해나가고있다 인도원전시장 2009년부터원전건설에본격적으로나서고있는인도는정부차원에서미국, 프랑스, 러시아, 캐나다, 카자흐스탄등과원자력협정을체결하였으며, 09년 2월 2일에는 IAEA와민간핵시설사찰에대한협정도체결하였다. 이로써인도는핵실험실시와핵확산금지조약가입거부로 74 년이후받아온모든국제제재로부터벗어났으며 09년기준으로 17기원전 (PHWR 16기, BWR 1기, 약 4GWe 설비용량 ) 을가동중이고, 6기 (VVER1000 2기, PHWR 3기, FBR 1기, 약 3GWe) 를건설중이다. 인도는원전설비용량을 20년까지 20GWe, 2032년까지 63GWe로끌어올릴계획을세우고있다. WNA 보고서에따르면인도원자력공사 (NPCIL : Nuclear Power Corporation of India Limited) 는최대 1,000MWe 8기, 1,600MWe 6기또는한지역당 10,000MWe 설비용량의 Nuclear Energy Park 5개를표 6과같이구성할계획이다. < 표 6> 인도의 Nuclear Energy Park 명칭 Tami Nadu의 Kudanulam Parks Maharashtra의 Taitapur Parks Gujarat의 Mithi Virdi Parks Andhra Pradesh의 Kowada Parks 구성내용러시아 VVER 4기이상으로 6,800MWe 구성프랑스 Areva EPR이검토되고있으며, 9,600MWe 구성미국 WEC(Westinghouse) AP1000 유치추진중 GE-Hitachi ABWR 유치추진중 West Bengal 의 Haripur Parks 러시아 VVER 1,000 4 기이상으로 4,800MWe 구성 최근인도와원전공급사들간의협약을살펴보면, 09년 2월 Areva는 NPCIL과 EPR 2기및향후 4기를 Jaitapur 지역에건설하기위한양해각서에서명하였으며, 09년 3월 GE- Hitachi Nuclear Energy 또한 NPCIL 및 BHEL(Bharat Heavy Electricals) 과협약을통해 1,350MWe 63

70 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 ABWR 다수호기를건설키로하고, 부지조사등과같은세부사항을협의중이다. 또한 09년 5월 WEC는 NPCIL과 AP1000 도입및자국기기제작사참여방안에대한양해각서를체결하였으며캐나다원자력공사 (AECL : Atomic Energy of Canada Limited) 또한 ACR-1000 공급을위해초기협상을진행중에있다 경쟁동향분석 1979년미국 Three Mile Island 사고와 86년 Chernobyl 사고이후약 20여년간의원자력산업침체기에세계원전공급사들사이에는인수합병에의한엄청난변화가일어났다. 그동안큰역할을해오던 ABB(Asea Brown Boveri) 는 1989년 CE(Combustion Engineering) 를인수합병하였고그후 ABB-CE는 WEC(Westinghouse) 에합병되어 WEC 원자력부문은 1999년영국의 BNFL(British Nuclear Fuels Limited) 에매각되었다가 06년 2월일본의 Toshiba에다시매각되었다. 2001년프랑스의 Framatome(66%) 과독일의 Siemens(34%) 가합작하여 Areva NP를설립하였으나 09년 Siemens는 Areva에대한자사지분 34% 를매각하고러시아의 AEP(AtomEnergoProm) 와전략적합작투자를모색하고있는것으로알려졌다. 기존의가압경수로형 (PWR) 공급사들이프랑스의 Areva와일본의 Toshiba-WEC로양분되는동안, 일본의 MHI(Mistubishi Heavy Industry) 와러시아의 AEP사가새로운가압경수로형원전공급사로출현하였다. 비등수형원자로 (BWR) 공급사는 GE(General Electric) 중심에서일본의 Toshiba와 Hitachi의진입으로이들 3사가더불어공동전선을펼치고있는양상이며가압중수로형 (PHWR) 을공급하던 AECL은여전히 PHWR 원전시장을독점하고있으나그영향력은미미할정도로약해지고있다. 약 30년전기존원전공급사로부터기술을전수받은한국은보다혁신적이고경제적인설계에기반을둔한국형원전모델 APR1400의 UAE 수출을계기로 09년말새롭게원전공급사대열에진입하였다. 원자로형공급사원자로형 ( 수준 ) 발전용량 (MWe) 비고 가압경수로 (PWR) 비등경수로 (BWR) 가압중수로 (PHWR) KEPCO( 한 ) APR1400(GEN-Ⅲ) 1,400 NRC 사전심사중 WEC( 미 ) AP1000(GEN-Ⅲ+) 1,100 NRC 심사중 Areva( 프 ) EPR(GEN-Ⅲ) 1,600 NRC 심사중 MHI( 일 ) APWR(GEN-Ⅲ) 1,540/1,700 NRC 심사중 AtomStroyExport( 러 ) VVER1000(GEN-Ⅲ) 1,000 - GE( 미 ), Hitachi/Toshiba( 일 ) ABWR(GEN-Ⅲ) 1,350 NRC 갱신심사중 GE( 미 ) ESBWR(GEN-Ⅲ+) 1,500 NRC 심사중 AECL( 캐 ) * NRC : 미국원자력규제위원회 (NRC) < 표 7> 세계원전공급사별원전노형및발전용량 CANDU-6(GEN-II) ACR-1000(GEN-Ⅲ) 1,100 NRC 심사취소 64

71 Ⅲ. 원자력 선진각국의원전공급사는전략적제휴로대형화경쟁을펼치고있으며공급사간전략적제휴로대형화, 강점기술결합을통한 기술개발주기단축 전략을추진중이다. 신형원전의설계에서인허가, 건설, 운영, 폐로에이르는전주기적공급능력을단기간에구축하여 Time-to-Market 우위를확보하는전략이다. 대한민국은원전설계기술이여러기관으로분산된구조로서 Time-to-Market 우위확보를위해서는 기술개발주기단축 이중요하며선진국경쟁사와의제휴및인수추진과원전수출총괄조직의효율성강화가필요한시점이다. 이런상황하에서후쿠시마원전사고가세계원자력산업계에어떤영향을미칠지는아직미지수이다. < 그림 4> 선진국경쟁사의전략적제휴 / 인수현황 정책동향분석 세계동향 미국은에너지안보 기후변화협약이행을위한원전지원정책 (EPA 2005) 을발표하였으며 DOE와원자력산업계가연계하여원자력에너지의안전성향상과생산성증대에대한연구개발에제휴하기로하고로드맵을제시하고있다. 포괄적에너지법 (EPA 2005) 상의신규원전재정지원내용으로는신형원전개발비용의 80% 를정부가채무보증 (Loan Guarantee) 하는것과최초건설 6개호기의의도하지않은공기지연에대한재무보증을제공하고발전용량 6,000MW 신규원전에최초 8년간 1.8 /kwh 세금혜택을부여하는내용이포함되어있다. 65

72 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 MISSION 미국의전기수요증가에부합하기위한원자력발전소의안전성및경제성증대 Goal Goal 새로운타입의원전개발기존원전의성능향상 Objective Objective 신규타입원전 Licensing 절차확립경쟁력있고표준화된 3+ 세대원전개발원전공기단축기술개발원전사업환경및기반산업구축 Early Site Permit 절차검증 Combined Construction and Operation License 검증신규타입원전기술개발원전건설방법론연구경제적관점에서원자력사업사례연구 다수의 Early Site Permit 발행산업계의원전건설착수결정 (by 2005) 신규원전의건설및상업운전 (by 2010) < 표 8> 미국원자력 R&D 로드맵 R&D Focus Area Planned Outcomes 출력향상기술개발및적용수명연장기술개발가격경쟁력있는진보된보안기술개발연료연소도향상기술개발 출력증강기술개발재료변형관리향상된탐촉, 감시, 검사기술개발원전보안기술개발연료연소도향상및건전성확보 최소 5000MW 의원전출력증강 (by 2015) 기존원전의수명 60 년으로연장원전보안을위한기술개발 유럽은 07년 EC(European Council) 에서 Energy Policy for European 채택하고원자력기술을유럽의저탄소에너지의핵심대안으로인식하고있다. GEN-III 원자로에대한유럽산업계의지위가한국, 미국, 일본, 중국, 인도등에위협받는상황을우려하고, 원자력기술개발로드맵을제시하였다. Objective Activity Milestone GE-.II/III LWRS GEN-IV Fast Neutron Reactors (Sodium Cooled) 원자력에너지의새로운이용 향상된재처리기술개발 < 표 9> 유럽 R&D 로드맵 (Strategic Research Agenda 발췌 ) 원전수명연장방법론개발 2010 LWR 중대사고관리절차및핵연료성능최적화 2010~2012 초임계압냉각수원자로실현가능성검토 2012 초기설계변수결정 2009 초기및상세설계, 안전보고서작성, 250~600MWe 급실험로건설 2012 실험로운전시작 2020 Full-Scale 건설을위한후속연구실시및상업운전 핵심기술개발 연료, 재료, 기기, 수소생산등 고온실증로건설 Actinide bearing 타입의핵연료개발과그에적용될폐연료사이클기술선택 고속로 Prototype 에적용될연료제작공장건설 Full-Scale 원자로에적용될연료후속연구 2020~ ~ ~ ~ ~

73 Ⅲ. 원자력 중국은 15년이내에 30기이상의신규원자로건설계획과 원전건설의적극적추진은국가의중요한에너지전략 ( 국가발전개혁위원회 ) 라는적극적원전개발을천명 ( 原發中長期發展計劃 2006) 하였다. 일본은고속로와재순환주기정책유지하면서해외우라늄자원의개발을강화하고고속증식로원형로몬주의후속기로 1,500MW 고속로를 25년까지건설, 웨스팅하우스매입과함께미국과중국등의원전시장진출등의원전비율 30~40% 로제고하기위한에너지전략 장기정책을추진하고있다. ( 원자력정책대강 2005) 또한 50년까지온난화가스배출량을절반으로감소시키기위해일본이보유한최고수준의기술과국제협력을통해추진할 Cool Earth - Innovative Energy Technology Program 을공포하고 21세기저탄소-고효율기술로선정된기술중발전분야에는 Advanced Nuclear Power Generation을선정하였다. 물론이계획은일본내원전사고로대폭수정될가능성이있다 국내동향 대한민국의수출주도성장둔화의한계극복을위한대안으로서원자력수출시장개척이필수적이다. 향후온실가스배출량규제에따른대체에너지원으로서의신규원전건설강화를통해 30년까지전력수요에대한원자력의비율을현재의 36% 에서 59% 로증대한다는정책을제시하였다. 정부가발표한제4차전력수급기본계획상 '22년까지신고리 #1,2 등 12기의신규원전건설이예정되어있다. 그러나현재우리나라의성장을주도하고있는 IT, 조선및자동차는시장성장의둔화및후발주자의추격, 특히중국의도전으로지속성장의한계성이인지되어다음세대의대한민국의성장을주도해가기에는한계가있음을보여주고있다. 따라서우리나라의지속적인성장을위해서는현재의수출주도형상품의한계를벗어나원자력과같은새로운상품에의한해외시장에대한개척이요구되는상황이다. 세계정상급의국내원전인프라에대한활용방안모색이필요하다. 국내원전산업은 '70년대국가경제성장도약기에발맞추어안정적이고경제적인전력공급이라는목표를충분히수행하였다. 이를위해인력양성, 관련산업육성, 지속적인기술개발등관련인프라를구축하여왔으며, 한국은기자재설계및제작능력과원전이용률, 고장빈도등운영능력측면에서세계최정상급의인프라를보유하고있다. 이는국가경제및기술에대한기여도와최첨단산업으로서타분야로의파급효과를고려할때매우귀중한국가자산으로서지속적으로유지발전시켜야할가치가있다. 수십년간축적된원자력인프라의지속적인활용을위해서는해외시장개척이요구되는상황이다. 원자력산업의지속적인성장을위해서는과거우리나라의원전기술자립과정에서경험한바와같이지속적인신규원전건설과투자가필요한실정이나국내전력수요를고려할때쉽지않은상황이다. 녹색성장시대국가경제의먹거리로서원전산업의수출산업화가필요하다. 원전수출은공사비그자체에따른직접수출효과뿐만아니라국가경제전반에미치는영향이막대한사업으로선행연구결과에따르면, OPR1000 2기수출시총공사비는약 36억불이며, 국내직접수출액은약 27억불로분석된다. ( 원자력발전산업의해외수출전략개발, 한국전력공사, ) 또한기자재제작, 시 67

74 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 공및설계등국내관련산업에미치는생산유발효과는 2.9조원에이르는것으로추정되어타산업에비해국내경제에미치는영향이매우큰것을알수있다. 캐나다에서발표한사례를살펴보면, 720MW급중수로 2기해외수출시약 1,500여기업에게해외수출기회를제공할수있으며, 9,700MY(Man Year) 의고용창출효과가있다. (Canadian Nuclear Association) 따라서과거원자력산업이국내경제성장을지원하기위한기간산업으로서역할을수행해왔다면, 향후원자력산업은 21세기한국경제성장을주도하는블루오션으로서수출산업화가필요하다고판단된다. < 그림 5> 국내원전산업의해외수출필요성 한국은 06.12월본격적인정부주도발전계획수립에착수하여 원전기술발전방안 (NuTech 2015) 을수립하고, 09년이를수정 보완한 NuTech 2012를수립하였다. ( 비전 : 12년세계 4 위권수준의원전기술확보 1), 원전수출강국실현 ) 09년에는주요수출품목을제시하는 그린에너지 계획을수립하고, 11년현재 NuTech 2030 계획을수립중에있다. < 표 10> 주요정부주도발전계획 계획 Nu-Tech 2015/2012 그린에너지 (2009) 비전 2015년세계 4위권수준의원전기술확보, 원전기술강국실현 - Nu-Tech 2015 (2015년, 선진국대비기술수준 90~95%) 원전비중 40% 이상달성및원자력수출강국실현 ( 연 2기이상 ) Nu-Tech 2030 (2011) 원전시장선도기술확보를통한세계 3 대원전수출국달성 기술동향분석 기술성분석 기술성분석을위해서는성능을포함한설계단계의기술뿐만아니라원전의건설단계및운영단계의기술그리고이를뒷받침하는기술인력을포함한분석이필요하다. 가장중요한것은 1) 한국표준형원전복제건설 95% 자립수준이나, 일부핵심 원천기술미자립및선진국대비운영기술미흡 ( 세계 4위권 : 미국, 프랑스, 일본, 러시아 ) 68

75 Ⅲ. 원자력 기술의실현성으로, 바로이것이현재핀란드에건설중인 EPR의문제점을단적으로보여주는예이고 AP1000이건설에착수하면서겪게될심각한문제이기때문에현시점에서아직도투자가들을망설이게하는핵심요인이다 기술실현성기술실현성은원전의설계기술에얼마나입증된기술 (Proven technology) 이반영되어있는가의문제로우리나라의기술수준은단기수출시장에서는유리하나, 장기적관점에서는상대적으로취약하다. 대한민국은세계최고수준의 GEN-III 원전설계기술을보유하고운영기술및실적또한세계최고수준이다. 피동형설비설계기술은보유하였으나개량및원천기술개발이필요하며수출제약요인완전해소를위한원천기술을개발중이다. GEN-IV 원전및사용후연료재처리를제외한대부분기술분야의수출역량을보유하였지만선. 후행핵주기및 GEN-IV 원전기술은상대적으로취약하다. 발전용대형원전은재래기술의완성도측면 ( 건설, 운영포함 ) 에서유리하다. 신고리 1,2호기, 신월성 1,2호기, 신고리 3,4호기, 신울진 1,2호기등 8기가건설중이어서기술실현성측면에서가장앞서는것으로평가된다. 단, 대한민국원전기술의대외신뢰도 이미지면에서는핵주기및 GEN-IV 원전등취약기술분야의시장이열릴경우큰약점으로평가된다. 특히, EPR, APWR, AP1000 등건설중인경쟁노형이성공적으로시장에진입할경우선진국시장에서는고전이예상된다 성능기술성능기술은안전성능, 운전성능, O&M 성능으로구분된다. 안전성능측면에서는노심손상빈도, 설계기준사고안전여유도, 피동형안전보호계통등을고려할때미국 WEC의 AP1000이비교적우수하다고판단되나, APR1400/APR1000 및 EPR, APWR을포함하여아직국제시장에서운전된것이아니기때문에실증된것으로인정받지못하고있다. 운전성능측면에서는핵연료재장전주기, 계획예방정지기간, 열효율등을고려할때 AP1000과 EPR이우수한성능을보일것으로예상되나, 운전실적으로입증된것은아니다 설계기술발전용대형원전은선진국과동등수준이다. 단, 유사노형 (OPR1000/APR1400) 위주의설계개발로 Customized Design 능력은열세이며많은기기 / 부품의국산화가이루어졌으나설계사양 (Design Specification) 은복제수준에머물러있어, 고부가가치부품 기기제작을위한원자력인프라구축이시급하다. GEN-IV, 중소형로설계기술은취약하다. 특히, 안전성능입증을위한실험연구경험이일천하여전주기적개발능력은취약하다 건설, 건설관리, 제작 구매, 시운전원전건설분야는꾸준한국내건설로 5~6개국내기업이독립적으로원전건설능력을보유하고있다. 기술성못지않게중요한것이건설과관련된사업주의사업관리능력이며사업관리능력은크게건설관리, 기기제작 구매능력으로구분된다. 사업관리능력측면에서는한전 한수원이동일한노형을지속적으로반복건설함으로써관련지식과경험을축척한점을고려하면 69

76 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 경쟁력을보유한것으로판단된다. EPR은현재핀란드건설과정에서나타나듯이사업관리측면에서문제가있으며, AP1000의경우도유사하리라판단된다 운영기술 운영기술측면에서는경쟁노형간큰차이가없을것으로판단된다. 단, 기존경수로중가장 Robust한성능으로인정되는 OPR1000 APR1400의지속적운영경험은강점이다 기술인력세계원전시장확대에따른기술인력부족은선진국도동일한상황으로원자력분야에대한신규인력유입부족과고령화는 핵심지식의사장 측면에서심각하다. 미국내원전산업침체기였던 97년미국 TVA가수행한 Knowledge Loss Risk Assessment" 결과는당시로부터 10 년후전력산업분야종업원의평균연령을 60세로예측하였는데현재되돌아보면정확한예측으로판단된다. < 그림 6> 미국전력산업계고령화추이 대한민국은같은시기 IMF를거치면서 10년간원자력분야의신규유입인력감소를경험하였으며, 고령화심화로경쟁력확보를위한고급인력의격감이예상된다. 외국전문인력유입요인이많은미국 EU 및수준높은이공계인력을다수보유한일본 / 중국 / 인도에비해이공계기피가심한대한민국의절대적약점이다 원자력산업의미래패러다임변화 세계원자력산업계는고유안전성확보방향으로이동중대형발전로인 GEN-Ⅲ/GEN-Ⅲ+ 원전은미국 WEC, 프랑스 Areva, 일본 MHI 등이강자로대두되고있으며, 안전성을크게개선하고 ( 노심손상빈도 10-6 ~10-7 /yr), 경제성을더욱향상시켜조기 ('10 '30년) 에건설, 운영될원자로를개발하였으며건설기간단축과운영수명연장으로발전비용을 10% 20% 절감하였다. 70

77 Ⅲ. 원자력 대형 GEN-IV 원전은단기간내에가시적성과달성이어려울것으로예상되므로초기투자비용이적은 SMR (Small and Modular Reactor) 중심으로개발축이이동중이다. SMR은 B&W, Westinghouse 등전통적공급사는물론학계나벤처기업도위주로개발에적극적으로착수하고있어원자력산업의패러다임변화를주도하기시작하였다. 기후변화협약에따른저탄소에너지필요성증대, 고유가등으로세계각국은현실적으로유일한대안인원전의중요성을인식하고후쿠시마원전의사고를분석하면서결국고유안전성을확보하는것이원자력의살길이라고판단하고있다. < 표 11> 원자력시스템발전과정 세대구분제1세대 (GEN-) 제2세대 (GEN-Ⅱ) 제3세대 (GEN-Ⅲ) 제3+ 세대 (GEN-Ⅲ +) 제4세대 (GEN-Ⅳ) 내용초기의원자로로서경제성이떨어져현재영국에서만가동중현재운영중인대다수의상업용원자로표준화 개량화하여안정성과경제성을향상시킨개량형원자로경제성을더욱향상시켜조기 ('10 '30년) 에건설, 운영될원자로로서건설기간단축과운영수명연장으로발전비용 10% 20% 절감미국 DOE가제시한 '30년실용화목표의차세대혁신원자로로서지속성, 안전성, 핵확산저항성등의개선예상 시장선점을위해 SMR의개발및설계인증노력 SMR은시장조기진입을통해시장지배력을강화하려는선진국의전략이급부상하여최근미국 NRC에설계인증신청이급증하고있으며, 빌게이츠는도시바와함께 초장주기원자로 개발에적극투자할것을천명하였다. 따라서확장되는시장에서의선점이선진국의전략이므로새로운시장에서차별화가능한경쟁노형개발필요하다. 71

78 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 " As recently reported, one of the most promising areas is small modular reactors (SMRs). If we can develop this technology in the U.S. and build these reactors with American workers, we will have a key competitive edge." "Our choice is clear : Develop these technologies or import them tomorrow." - Energy Secretary Steven Chu - < 표 12> SMR 개발및 NRC DC 추진현황 원자로 공급자 특성 비 고 mpower B&W 400MWt(120MWe) LWR NRC DC* 사전심사중 NuScale OSU 150MWt (45MWe) LWR 4S Toshiba Sodium cooled underground reactor 30MWt (12MWe) * NRC DC : 미국원자력규제위원회 (NRC) 설계인증 (Design Certification) 72

79 Ⅲ. 원자력 2 원자력산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 원자력산업에서우리나라의현주소 (As-Is) NuTech 2015, 2012 계획수립시해외진출등국제경쟁력확보를위한핵심기술및전반적인원전기술의기술수준평가를수행하였으며최근수립되고있는 NuTech 2030 등중장기기획에서는 TRL * 로기술수준평가기준을변경하고있다. * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD의 9단계 Technology Readiness Level (TRL) 기준에따라구분함 (1~2단계 : 기초연구, 3~4단계 : 실험, 5~6단계 : 시작품, 7~8단계 : 제품화, 9단계 : 사업화 ) 안전성향상및최적화기술수준은용량격상및피동보조급수계통 (PAFS) 의가압경수로최초적용등을통해관련기술과경험을보유하게되었으나, 종합적인기술기반에서선진국과격차가존재한다. 설계코드기술에서국내고유안전해석코드기술은미국이나프랑스에비해다소뒤지는 80% 수준이고특히중대사고코드기술은미흡한수준이나, 코드활용기술은세계최고수준이다. 시장맞춤형보조노형설계기술수준은기존상용화되어있는원전을진출시장에부합하도록변경하는연구이므로선진국과큰기술차이는없으며다만, 유럽시장의경우최초설계이므로프랑스의 80% 정도수준이다. 대용량신개념원전기술수준은 APR1400 및 APR+ 개발과정에서기존원전설계를개량한경험을확보했으나, 새로운개념의채택은매우제한적이었으므로선진국과기술격차가존재한다. 가압경수로개량경험과제4세대원전개발경험을결합하면 5년내선진국추격이가능하다. < 표 13> 신형원전및핵심기술분야의기술수준 대형경수로 안전성향상및최적화기술 고성능설계코드 시장맞춤형보조노형설계 대용량신개념명품원전 구 분 세계수준 국내수준 APR+ 표준설계 사업화 제품화단계 1500 MWe 급명품원전상세설계 사업화 시작품단계 성능향상요소기술 사업화 시작품단계 피동안전개념적용기술 사업화 시작품단계 중대사고대처설비기술 사업화 실험단계 리스크정보활용설계기술 시작품단계 시작품단계 고성능안전해석코드 사업화 시작품단계 중대사고현상규명및해석코드 사업화 실험단계 고성능설계코드활용기술 사업화 제품화단계 OPR1000 개량기술 사업화 사업화 APR1400 설계변경기술 ( 유럽, 미국 ) 사업화 제품화단계 SMART 상용화기술 제품화단계 제품화단계 신개념원전사용자요건및개념설계 사업화 실험단계 신개념원전개념설계 시작품단계 실험단계 신개념원전표준설계 시작품단계 시작품단계 73

80 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 글로벌시장포지션 70~ 80년대미국, 러시아, 캐나다등이원전공급시장을장악했으나, 90년대부터는프랑스, 일본이주류공급자역할을수행했으며 UAE 수출성공으로한국이가세하여 6강체제가구축되었다. 현재시장은미국과프랑스가가장강자로평가되나일본의해외사업확대 ( 도시바, MHI, 히타치 ) 로미국시장에서 MHI가약진중이었는데후쿠시마원전사고의영향으로주춤해질것이다. 한국은 6개국중인프라는가장열위하다. 국가적관점이나기업관점에서가장후발주자이나원전산업 Supply Chain은탄탄하다. 단, 인력부족및민간참여부진으로인프라개선을위한기업자체의노력과정부의지원이시급하다. 대형원전사고이후원전시장이축소되었다가 7, 8년의기간이지나면다시원상태로돌아가던전례를볼때후쿠시마원전사고를세계시장으로치고나가는기회를삼아야한다 핵심역량보유수준평가 핵심성공요인 UAE 수출성공의핵심요인은지속적국내건설을통한건설기술확립으로저렴한건설비를유지한것으로평가된다. APR1400은경쟁노형대비약 30% 이상가격경쟁력을보유하고있다. < 표 14> APR1400 경쟁노형별건설비 (EPC 가격기준 ) 단가 노형 건설비 ($/kw) 출처 APR1400( 韓, KEPCO) 2,300 지식경제부 EPR( 佛, Areva) 3,500 EDF ABWR(GE-Hitachi) 3,000 Platts AP1000( 美, WEC) 3,000~3,500 Platts, FPSC VVER( 露, ASE) 3,050 WNA 경쟁노형별기술성분석 경쟁노형별기술성분석은표 15 와같다. 74

81 Ⅲ. 원자력 < 표 15> APR1400 경쟁노형별경쟁력수준 경쟁요소설계사양운전성안전성수출성최신기술 세부항목 APR1400 경쟁력수준 AP1000 EPR US-APWR 전기출력 (MWe) 1,400 1,100 1,600 1,700 설계수명 ( 년 ) Loop 수 /RCP 수 2/4 2/4 4/4 4/4 내진설계 (SSE, g) 재장전주기 ( 개월 ) 계획정지기간 ( 일 ) 열효율 (%) 노심손상빈도 (/ry) < 안전주입방식 원자로직접원자로직접원자로직접 + 저저온관펌프주입펌프주입중력주입온관펌프주입 IRWST 있음있음있음있음부분적부분적 Ex-vessel spread 중대사고완화능력 IVR-EVRC IVR-ERVC; IVR-ERVC; PAR & cooling; PAR PAR 격납격물 단일격납 이중격납 이중격납 단일격납 원자로안전계통 능동형 피동형 능동형 능동형 설계기준사고안전여유도 상 상 상 - 원천기술보유 없음 보유 보유 없음 기술입증성 Advanced I&C 및 MMIS 대등 (System 80+) Yes, COLSS/ CPC N4 및 Convoi 원전 Yes 안전계통검증실험, 타기기는기존원전 Yes - 원전건물규모 20% 감축 기술성및경제성평가종합 기술성및경제성평가종합은표 16 과같다. < 표 16> APR1400 경쟁노형별종합평가 기술성 경제성 & 구분 APR1400 AP1000 EPR 기술실현성 (Proven Technology) 안전성능기술 성능기술 운전성능기술 O&M성능기술 건설관리기술 ( 공정관리포함 ) 설계기술 ( 원천기술포함 ) 제작 구매기술 (QA 기술포함 ) 건설기술 시운전기술 운영기술 (O&M 포함 ) 기술인력 건설공기 건설단가 발전원가 * : 우수, : 보통, : 미흡 75

82 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 산업시스템분석 KEPCO 그룹사는조직의구조및지배구조 (Governance), 기업문화, 인적역량등의측면에서최대경쟁사인프랑스 AREVA의 3개독립법인구성과유사하다. 경쟁사는원자력부문을 Core-Business 화하였다. AREVA AREVA NP : 원전설비 AREVA NA : 선박용원전 AREVA NC : 핵연료주기 KEPCO KEPCO E&C : 원전설계 KNF : 핵연료제조 KHNP : 원전운영 KPS : 원전보수 < 그림 7> AREVA 조직도및 AREVA NP 현황 < 표 17> AREVA vs MHI 의원자력부분비율 AREVA 원자력부분이전체사업의매출액기준 66%( 원자력설비 + 핵연료기준 ) 총인원기준 62% MHI Power System 이사업의매출액기준 29% 원자력사업담당인원비중은약 8% 76

83 Ⅲ. 원자력 핵심역량및공급사슬 일반적으로원전산업의공급사슬은원전설계, 기기제작, 시공, 운영, 선 후행핵주기관리로구분되며, 한국은선후행핵주기기술을제외한전분야공급체계를보유하고있다. < 그림 8> 한국과주요경쟁기업의원전산업공급사슬 (Supply chain) 비교 2.2. 핵심이슈분석미자립핵심기술인원자로냉각재펌프, 원자로계측제어설비및안전해석및노심설계코드는 12년까지완전자립예정이다. 안전계통최적화및기술고유화, 피동보조급수계통, 제어봉구동장치와다중중대사고대처설비, 자동부하추종운전, 원전기기 구조물복합모듈화및정보관리체계 (IMS) 기술은현재추진중인핵심기술이다. APR1400 이후의대용량상용원전 APR+ 개발은원천기술을확보하여독자적인해외진출이가능한고유노형을개발중이다. 원자력수소기술개발이슈는민간의요청이증가하고있다. 탈석유수소경제조기진입을위해서는환경친화적이고경제적인대량수소생산이필요하며온실가스감축을위한공정용고온수증기공급이필요하다. ( 정유, 제철, 타르샌드채굴, 석탄액화등 ) 고온 고효율의고온가스개발및원자력수소생산실증분야에서는고온가스및고온수증기 (550 ) 공정열공급시스템개발을중기적으로추진하고장기적으로초고온가스로 (950 ) 이용수소생산시스템개발을추진예정이다. 중소형원전기술개발측면에서는최근원자력이용확대와연계한다목적용으로 SMART ( 한국 ), NuScale/mPOWER( 미국 ), 4S( 일본 ), HTR-PM( 중국 ) 등이개발중이며대한민국은 SMART( 전기, 물생산다목적일체형경수로 ) 의표준설계인가를추진중으로최근의 SMR 기술개발추이에따른경쟁력보완이필요하다. 77

84 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 원자력산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점 비전달성을위한국가의새로운역할원자력산업을조선, 반도체이후의신성장동력으로육성이필요하다. 지금까지의원자력산업정책은국내건설, 제한적해외진출을위한 수출제약조건해소 전략이며원자력산업정책의 성장동력화패러다임 설정과효율적지원체계수립이필요하다. 원전수출성공과세계시장본격진출에따라공기업중심의전략만으로는인적 Infra, Financing, 시장확대의한계에도달하였다. 성장동력으로발전하려면 정부주도 와병행하여 민간의역할확대 를도모하는방향으로지원체계수립이시급하다. 또한주력수출산업화를위한 새로운거버넌스의구축 이필요하다. 기술개발정책및전략 제도적여건 - 정부주도집중관리방식 - 단일프로젝트지향전략 - 부처별칸박이의사결정 - 수직적정책네트워크 - 준내부조직 : 정부부처, 공기업, 출연연구소, 기업집단 - 정책수단 : 연구비지원, 세금감면, 역할분담식기술개발 - 민간의진입장벽제거 / 참여정책 - Customized Design 전략 - 기술혁신으로기초 / 산업화기술통합 - 수평적정책네트워크 - 목표지향적협력체제구축 - 시장주도표준화제도, 지적재산권강화 - 공정한기술경쟁 기본방향 시장선점을위해선진국원전공급사들은대형화및공격적수주경쟁을전개하고있으며세계원전시장은원천기술을보유한 Total Solution Provider가주도할것이다. 원전 Plant 분야는국내원자력기술의분산구조를개선하여야하며선진국경쟁사의경우공급사간전략적제휴로대형화, 강점기술결합을통한 기술개발주기단축 으로경쟁력을제고중이다. 기존원자력산업의역할별분산구조하에서는기관간이해관계상충시원전수요국에대한신속한 Time-to-Market 대응혹은종합된설계 운영정보의제공이불가능하므로원전수출총괄조직의효율성강화가필요하다. 전통적인원전건설 운영강국에대한진출은어려운상황이며유럽은프랑스의 AREVA만이경쟁자로부상중이나 EU내에서의프랑스의위상을고려하면유럽진출은제한적이다. 단, 미국은시장의규모와개방성으로진출이가능하나건설시 Labor Union의참여가불가피하므로경제성에대한재평가가필요하다. 선진국경쟁사는원전용량 용도별 Portfolio Customized Design 구축에주력중이다. 중국 인도가거대시장으로부상중이나단기간내에자체설계 건설 운영능력의보유가가능하다. 한국의진출유망시장은동남아시아, 중동, 북아프리카등신흥수요국이다. 단, 그리드여건에따른원전용량, 설계수준, 경제성운영 재원분담등다양한요구가발생하므로 Customized Design 능력 확보가관건이다. 즉수요국상황에따른제품개발전략이필요하다. 78

85 Ⅲ. 원자력 < 그림 9> 일본미츠비시중공업 (MHI) 의원전 Portfolio 민간의참여분야확대가필요하다. 초기투자리스크가적은중소형 /Micro 원자로는민간의참여확대가가능하나, 민간의진입장벽제거를위한정책개발이필요하다. 핵주기분야제약해소가필요하다. 14년개정예정인한미원자력협정등국내외정치적, 사회적제약요인해소가선결요건이며핵비확산고유기술확대를통해시장개척확대가요구된다. 이에핵확산저항성이우수한 Pyro-processing 기술완성도제고로약점을기회로전환하여야한다. * Pyro-processing : 전기분해방법으로우라늄과풀루토늄추출하는건식재처리방법 SWOT 분석을통한전략적시사점 한국원자력산업의 SWOT 분석 Strength 우수한인력자원 핵심인력장기간유지 안정적인재무 / 지배구조 세계정상급원전운영, 보수기술 풍부한원전건설및운영경험 원전주기기시장약진 원전 / 전력수출연관분야기술풍부 Opportunity 전세계적인신규원전건설수요증가 ~30년대에수명만료원전집중 화석연료가격상승 / 탄소세도입으로원전경제성제고 대중수용성의변화 지구온난화 / 물부족인식확산 원자력의비발전분야확대 SMR이새로운트렌드로대두되어새로운기회확대 Weakness 고급엔지니어의고령화 분권화된조직체계 비효율적인기업문화 공기업의투자한계 해외사업경험부족 원천기술보완필요 글로벌설계인증추진시급 원자력서비스분야인프라부족 핵주기분야제약 Threat 선진기업과연대부족 원천기술투자확대필요 수요국재정지원강화필요 고령화대비인력양성시급 핵연료주기기술부족 중국의자본과기술력확대 선진국의원전개발투장증가및견제증가 79

86 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 핵심이슈해결방안 SO 전략 ( 강점을이용하여기회를최대한활용하기위한전략 ) Strength 우수한인력자원 핵심인력장기간유지 안정적인재무 / 지배구조 세계정상급원전운영, 보수기술 풍부한원전건설및운영경험 전략 수출확대를대비하여고급인력양성 고급전문인력의해외유출방지방안마련 복제 / 반복설계에서 Customized Design 능력 배양 phase로이전 Engineering 능력을가진 Sales 전문가 양성시급 원전수출을위한막대한재원조달수단다양화 - 재원조달을위한수출입은행의대출한도보완 - 입찰보증금, 기자재발주등사업초기대규모자금선투자리스크회피를위한정책지원 지속적인원전국내건설로기술개발수요견인 - 원자력발전비중 36% 2030 년까지 59% 로증대추진 차별화를통한경쟁력확보 * 터키, 요르단, 남아공, 베트남등은한국의원자력인프라를부러워하며, 한국과같은인프라를구축함으로써자국의경제성장을견인하기를희망 원전주기기시장약진 국내주기기제작자세계시장약진중 - 기존발전로시장기선점 - 인력분야와마찬가지로복제 / 반복설계에서 Customized Design 능력배양 phase 로이전시급 - 특히, 고온재료의필요성대두로이에대한기술개발투자필요 원전 / 전력수출연관분야기술풍부 패키지딜구사전략 - 원전건설과조선, IT, 항공, 광물자원개발등연계사업추진 - 송변전, 배전, 전력통신등전력기술과패키지형태로진줄 연구로수출성공등원자력분야인프라증가로수요국에다양한옵션제공가능 80

87 Ⅲ. 원자력 WO 전략 ( 기회를활용하기위해우리의약점을보완하는전략 ) Weakness 고급엔지니어의고령화 분권화된조직체계 비효율적인기업문화 공기업의투자한계 해외사업경험부족 원천기술보완필요 글로벌설계인증추진시급 원자력서비스분야인프라부족 전략 고령화대비기술전수시급 기술전수를위한신규인력채용지원 수출총괄 협의체에의역량결집필요 - 사업리스크가큰장기프로젝트로서사업자의절대적인수행책임, 고도의사업관리능력과경험이요구됨 독점시장환경에익숙한기업문화타파 단기성과위주의의사결정관행타파 해외원전시장공동개발협력체계구축 - 기관별역할구분에따른사업추진역량결집및극대화 - 원전건설에서운영정비에이르기까지총체적인일괄서비스제공 공기업등의해외진출을활성화하기위하여성장잠재력이큰 SOC 분야투자시정책적배려 민간참여재정지원확대 * 미국은신형원전건설비용의 80% 를정부가채무보증 (Loan Guarantee, EPA 2005) - 최초건설 6 개호기의도하지않은공기지연에대한재무보증제공 ( 현재 2 기건설중 ) - 발전용량 6,000MW 신규원전에최초 8 년간 1.8 /kwh 세금혜택부여 원전수출대상국에대한정치, 경제, 외교, 문화, 군사등전분야에대한지원및교류확대 - 원전수출정기적의제화 - 포괄적 Package형경협사업제안 - 대규모민관합동경제사절단파견 - 무역불균형해소를위한투자확대 - 한국-대상국간교류방문의해지정 - 차관제공및재원조달지원 - 대상국정책에대한정치, 외교적지지및후원 * 원전수출은국가대항전으로기술력, 가격, 정치, 외교등종합적인경쟁의산물 기술자립수준의수동적기술개발에서세계를선도할수있는기술개발투자필요 미국 NRC 설계인증, EU Harmonization, MDEP 등글로벌시장에서인정받을수있는설계인증추진시급 - 미국 NRC 인증의경우 AREVA, WEC, MHI 등세계시장 Top-Tier 공급자는모두추진중 * KEPCO 는 APR1400 의 NRC 인증에공식착수 - 국제적설계인증은해외진출의필수요건이나막대한비용이소요되어정부의정책적지원필요 원전운영 Total Solution 시장은원전수출시장확대시동반진출가능 - 서비스시장은특히민간의참여활성화가필요하며고용증가및수출기반을공고히할수있는유망분야로적극적지원필요 - 선진국에비해인프라가취약하므로적기지원정책마련필요 81

88 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 핵주기분야제약 * 원전수출확대시지원인력측면에서병목현상발생우려 공급자품질능력평가체계개선 - 품질보증은민간의원자력산업진출장벽중하나로정부차원의우수공급자우대, 유자격업체육성지원책필요 한미원자력협정개정등국내외정치적, 사회적제약요인해소선결 - 한미원자력협정개정에적극적대응 - 핵비확산의지에대한국제적신뢰구축 핵비확산고유기술확대를통해시장개척확대 - 핵확산저항성이우수한 Pyro-processing 기술완성도제고로약점을기회로전환 핵연료주기기술의해외선점기업에대한자본참여및또는공동기술개발에의한대안적방안모색 ST 전략 ( 위협에대응하기위해우리의강점을최대한활용하는전략 ) Strength 전세계적인신규원전건설수요증가 ~30년대에수명만료원전집중 전략 잠재수요국시장선점을위한 Time-to-Market 전략수립 수요국여건에따른원전용량, 설계수준, 경제성운영 / 재원분담등다양한요구충족을위한 Customized Design 능력제고 가동원전이많은선진국수명만료원전시장대체수요공략 화석연료가격상승 / 탄소세도입으로원전경제성제고 잠재수요국시장선점을위한 Time-to-Market 전략수립 원자력산업정책의 성장동력화패러다임 설정과효율적지원체계수립 대중수용성의변화 원전수출달성으로이미지제고에따른우수인력유치및원자력관련신규사업자유치 지구온난화 / 물부족인식확산 원자력의비발전분야확대 SMR이새로운트렌드로대두되어새로운기회확대 중소형원자로로 Niche Market 시장개척 ( 인구저밀도국, 중동, 북아프리카등 ) - 담수및전력생산가능한원자로개발 수소환원제철공정, 대규모공단등한국강점산업발전에필요한고열원 (Heat Source) 수요대응 - 탄소저감 / 기후변화문제에기인하여점진적으로 SMR 의내수시장이형성될것으로전망 - 민간의원자력설비수요대비다양한노형제시필요 민간참여확대를위해서는초기투자위험도감소및빠른이익회수요구대응필요 SMR 혹은 Micro 원자로는초기투자위험도가낮아선진국에서민간 / 학계의 Idea 약진중 * 선진국의시장선점전략에대응하기위한적기투자필요 82

89 Ⅲ. 원자력 WT 전략 ( 위협으로인한악영향을최소화하기위해우리의약점을보완하는전략 ) Threat 선진기업과연대강화 원천기술투자확대 수요국재정지원강화 고령화대비인력양성 전략 AREVA-MHI, GE-Hitachi 등거대공급사연합과경쟁하기위해해외선진기업과의연대필요 - 특히, 초기투자비용이적은 SMR 등민간부문의연대활성화지원 시장선점을위한 Time-to-Market 전략과병행하여사용후연료문제해결을위한원천기술개발투자필요 한국이원전수출국으로세계원전시장경쟁자로부각됨에따른선진국의기술이전거부감발생 - 기술입증을위한실험연구자체투자필요 - 연구개발결과의인증및운전을통한수출플랫폼필요 최근주목받는 NuScale, mpower 등신형 SMR 에대응하기위한신기술개발지원 신기술분야의해외선진기관 ( 연구소및또는기업포함 ) 과의공동기술개발모색 잠재수요국은대부분중진국으로건설은물론운영인프라부족으로장기간공동사업불가피 - 수요국과 Win-win 방안발굴필요 - 포괄적 Package 형경협사업제안 - 무역불균형해소를위한투자확대 - 차관제공및재원조달지원 - 대상국정책에대한정치, 외교적지지및후원 고령화심화로현재가장경쟁력있는다수의고급인력이 2020 년경본격적으로퇴직시작 특히, 원전시장확대에따라선진국 / 중국으로의고급인력유출방지를위한대책필요 * ( 예 ) 최근수년간미국, 대만등지의중국인고급인력이중국으로대이동중 * 공기업신입직원의임금삭감등우수인력유치에대한장애물제거필요 3.2. 원자력산업의 2020 비전및목표 비전 : 2020 년원자력산업의세계 3 대강국진입 정량적목표 원전 Plant : APR1400/APR+/APR1000 Portfolio로세계원전시장점유율 20% 및 Global Top 3 달성 원전주기기 & 원전운영 Total Solution : 원자력주기기제작분야세계 1위및원전운영 Total Solution 시장점유율 20% 달성 중소형다목적원자로 : SMART/SMR 등미래시장수요대비 Global Top 3 제품창출 83

90 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3.3. 원자력산업유망제품 / 부품 원자력산업유망제품 / 부품선정기준원자력산업중조선, 반도체이후의신성장동력으로육성가능분야를선정하였다. 지구온난화 / 물부족대응가능한전략을수립하고 SWOT 분석의 Strength" 분야강점보유분야를강조하였다. 우수한인력자원및핵심인력보유분야를선정하고두산중공업이약진중인원전주기기시장처럼선진국의기술개발투자부진으로 Time-to-Market 선점가능분야를우선지정하고원자력산업 전력산업인프라 Package 제품을강조하였다. SWOT 분석의 Weakness" 분야중약점을 기회 로전환가능한분야를발굴, 지금까지의핵비확산노력을통한독보적 고유기술 응용분야를제시하였다. 민간참여를확대하고자중소형다목적원자로등초기투자비용회수가용이한제품을발굴하였다 원자력산업유망제품 / 부품도출 3.3.1항의유망제품 / 부품선정기준과시장, SWOT 분석결과, 글로벌확장성, 지속성개념의산업매력도와기술, 사업환경및한국적특수성을고려한적합성의관점에서원자력산업의 4대유망제품 / 기술을도출하였다 APR1400/APR+/APR1000 원전 Portfolio 원전 Plant 분야는수출성공으로세계시장의유력공급국으로이미대두되었다. 지난 30년간선진국의주기기 건설기술및인프라퇴조등선진국의공급능력한계로집중육성시세계시장점유율 20% 의 Global Top-tier가가능하다. 수출성공으로핵심역량및공급사슬분야에서차별화가능한경쟁력을약진중이며 30년까지세계원전시장은 490기규모로예상되어산업매력도가최우수이다. 수출연관분야기술이풍부하여포괄적 Package형경협사업제안이가능하다. 84

91 Ⅲ. 원자력 수요국 Grid 상황에따른 Customized Design이필수이므로용량별 Portfolio 제품구성이필요하다. APR1400/APR+ 인경우 1,400~1,500MWe급대형원전이며 APR1000은가장수요가많은 1,000MWe급원전이다 원전주기기 & 원전운영 Total Solution 선진국의기술개발투자부진으로 Time-to-Market 선점가능분야를우선지정하였다. 원전주기기시장은원전르네상스도래로거대시장이형성중이며지속적국내건설및설비투자로경쟁력을기확보하였다. 세계원전시장의확대에따른건설및가동원전의증가로원전운영 Total Solution 시장은크게증가할것으로예상되며원전운영 Total Solution은원전수출과함께패키지로수출되므로서비스기술의우수성은원전수출경쟁력향상에도움을줄수있다. 원전서비스분야는많은인력이필요하므로고용창출효과도클것으로예상된다 중소형다목적원자로전기출력 500MWe이하의중소형원자로를의미하며, 투자비용에대한위험도를낮출수있어서민간기업이쉽게접근할수있으며추가하여기존화력발전소수요대체, 원자력에너지의비전력분야 ( 고온공정열, 담수화등 ) 로의확대수요및송배전망이발달하지못한외딴지역또는개발도상국수요와같은틈새시장에의접근성이뛰어나다. 기존의대형경수로기술을활용하여미국, 일본등을중심으로다양한소형경수로가개발되고있다. 국내에서는한국원자력연구원이 100MWe규모의 SMART 원자로를개발하고있으며, 12까지표준설계완성을목표로하고있다. 또한미국의웨스팅하우스, 일본의도시바등은모듈형소형경수로를개발하고있다. 다양한미래시장수요에탄력적으로대응하기위해서초장주기고속로, 소형경수로및모듈형고온가스로와같은중소형원자력시스템의개발이요구된다. 고유기술기반의액체금속냉각로분야는 30년이상연료재장전이필요없는초장주기소듐냉각및납-비스무스고속 SMR (Small Modular Reactor) 이있으며기존원전사용후연료의증가대응및우라늄자원감소에따른 U-238 등대체자원활용이필요하다. 또한원자로수명기간동안핵연료의이동이없는핵비확산특성을가지고있다. U-238의증식혹은 Actinide 연소를위해고속로개념이필요하며유사한개념이진행파원자로혹은 TWR(Traveling Wave Reactor) 라는이름으로 09년미국 MIT에의해서 10대미래기술 의하나로선정된바있다. 핵확산저항성이우수한 Pyro-processing 혹은단순화된 DUPIC 기술완성도제고로약점을기회로전환이가능하다. 고온모듈원자로분야에서모듈형고온가스로는원자로를통해고온의열 (700~800 ) 을생산할수있으며, 이를활용해제철 화학산업등에서요구하는고온의공정열 (Process Heat) 공급과높은효율 (45% 이상 ) 의전기생산이가능하며, 추가적인고온기술개발이이루어질경우, 물로부터미래에너지원으로각광받고있는수소를생산할수있다. 탄소세등에기인하여화석연료에의한공정열생산에제약이전망되며울산공업단지를중심으로연간 3조원규모의국내공정열시장이존재한다. 미국 DOE는 NGNP 프로그램을통해고온공정열생산원자로개발을추 85

92 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 진하고한국원자력연구원에서수소생산을위한초고온가스로개발이진행되고있다. 공정열그리고수소생산에대한국내산업체의관심이매우높다.(STX, 포스코등 ) 기타 SMR 분야는일체형 / 완전피동형경수로분야를포함한다. 대형로의부지확보문제, 긴사업기간과재원조달의위험도등원자로 Option의다양화로시장의 Risk 저감이가능하다. 종래기술중심으로오랜검증기간이필요한대형로의한계점을탈피하고현대신기술접목이용이하다. 빠른개발기간, 순수민간의원자력산업기반및인프라증대가가능하여원활한민간재원유도가가능하다. 독립, 분산전력생산을목적으로하는 Micro 원자로는 50MWe 이하초소형원자로를의미하며동원자로는기존에개발된선박추진용과같은원자로기술에현대의최신기술을접목한원자로이다. ( 정의 : Light-water reactor design based upon existing knowledge base and known technology for both the industry and the NRC) Micro 원자로는기존의저출력혹은개발중인혁신적개념의 Small Reactor보다더적은용량이나더욱현실적인원자로로서, 기존의원자력기술에현대의첨단신기술이접목되어피동성 안전성 제어성이크게증진된원자로를통칭하며이미검증완료된소형원자로기술에현대의신기술을접목하여개량하는것으로혁신적개념의원자로개발을의미하지는않는다. 86

93 Ⅲ. 원자력 4 산업전략 4.1. 원자력산업전략 창조적국제협력그동안세계원전시장은미국의 WEC, GE, 프랑스의 Areva, 일본의 Toshiba, Hitachi, MHI 등원전공급자컨소시엄 (NPP Supplier-Consortium) 들이지배하여왔으나, 지난해한국은새로운사업모델로 UAE 원전사업수주에도전하였고, KEPCO 중심의발전사업자주도컨소시엄 (Utility-Led Consortium) 이라는새로운원전사업모델로그동안의일반적통념을깨고성공을일구어내었다. 그러나한국의원전사업모델에대한검증이끝나기도전에일본은또하나의새로운사업모델을제시하고있으며 미-일양국이공동으로원전수주에나서기위한방안을검토할실무회의를설치하는데합의할계획 임이알려졌다. 일본이미국과정부간원전공동수주를추진하고, 프랑스-일본기업이합작하는등새로운글로벌스탠더드를만들어가고있으므로우리도세계의흐름을주도하는창조적원전사업모델을해외의선진기관과의연대하면서지속적으로개발하여야한다. 중국은현재건설중인 GEN-III+ 원전이후의노형전략으로빌게이츠와협력하는초장주기원자로를고려하고있는것으로판단된다. 또한, 고온가스로는이미실증로를건설하는등차세대원자로분야에서는한국보다빠른성장세를보이고있다. 중국내부원전문제가어느정도해결되고해외진출에눈을돌리기시작할때우리는많은어려움을겪게될것이확실하므로 Time-to-Market 측면의우위를유지하기위해서는원전선진국을포함한다양한대상과의전략적제휴가불가피하다. 원전사업은어느한나라나한기업이독점할수없는사업으로중국 일본과의동아시아협력체등범국가적통합과거시적접근이절실한시점이며 EU는규제기준 Harmonization을통한기술블록화에이미착수했으나주요공급국중한국과러시아만배제되고있는상황이다 실증연구를위한정부정책및제도의지원향후원전사업은경제성은물론 안전성 의차이로시장에서의생존이결정될가능성이크며설계개선항목에대한신속한실증연구가이루어져야한다. 실증관련설비건설의정책반영과실증설비건설및운영과관련한참여기업의부담경감방안의제도화가필요하다 다양한 Customized Design 능력배양용량별원전 Portfolio 전략에부가하여지진발생등으로원전부지확보가어려운지역에수출할수있는면진 (Seismic Isolated Type) 또는부유식 (Barge Mounted) 원전, 초기투자비용을획기적으로개선한 30개월대건설공기원전등원전수요국의다양한 needs를반영하는것이시장개척의첩경이다. 반도체, 평면 TV, 스마트폰과같은제품들을생산하는우리기업들이원천기술을모두보유하고있지는않음에도세계선두기업들과당당하게경쟁할수있는것은 고객의소리 에귀기울이는전략적인마케팅기술을가지고있기때문이다. 87

94 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 메이저원전공급사들의사업관리, 설계및시공기술은거의비슷한수준에이르러기술력의차이가시장에서성공여부를결정짓지못함을 UAE사업수주를통해확인하였다. 시장은한기업이필요한모든기술을확보할때까지기다려주지않으며, 다양한시장을위한다양한상품과다양한 needs를만족시켜주는다양한사양을제시할수있는것이진정한명품원전전략이다 국제표준활동선진화최근원자력산업의규모가커지면서국제표준에대한필요성이증가하고있으며, 이미국제표준에대한요구는국제무역기구 (WTO : World Trade Organization) 를중심으로비관세장벽인무역기술장벽을해소하기위한주요수단으로활용되고있다. 선진국은관세장벽철폐가세계무역시장의개방화에첫수단으로사용하다가관세외적인기술장벽을해소하기위해국제표준을통한시장의투명성을요청하고있으며, 이는국제표준이단순히표준의역할뿐아니라국제무역의인위적기술장벽해소의척도로사용된다는것을의미한다. 원자력산업계의특성상각국가별로상이한규제, 기준및표준에대해통합화를추진하고있으며경제개발협력기구 (OECD) 산하원자력기구 (NEA) 를중심으로다국간설계평가프로그램 (MDEP: Multinational Design Evaluation Program) 을통해규제기준의공통분모확대를통한표준화논의가진행중이며, 국제원자력기구에서는일부안전지침을국제표준과조화를이루기위해개정작업이진행중에있다. 미국은재료시험학회 (ASTM), 전기전자학회 (IEEE), 원자력학회 (ANS), 기계학회 (ASME) 등유수표준화기관에서원자력산업관련표준을국제표준으로반영하기위해노력하고있으며, ASTM, IEEE 등의표준개발기구는각각 ISO와 IEC와 dual log 협정을통해미국표준을바로국제표준으로만들고있으며유럽은전통적으로 ISO, IEC에서강력한영향력을행사하여왔으며, 많은유럽표준을국제표준으로만들고있다. 대한민국은세계 6위의원자력발전국가라는명성에비해그동안표준화활동은지극히미흡한실정으로범세계적인적네트워크에서소외되어왔다. 최근 ASME 코드중일부가미국 10 CFR 50.55a에포함되는등선진국은표준을통한시장지배력확대에힘쓰고있어향후국제표준의변화추적은물론적극적으로국제표준을생산하는체제마련이시급하다. 기술기준의통합화에대한기술지원및각나라의기술기준을이해하는전문가양성지원이필요하다 유망제품 / 부품별전략과제 APR1400/APR+/APR1000 원전 Portfolio 정책방향 단기적으로는원전수출에제약요인이되는핵심기술을확보한다. APR1400 미국인증, APR+ 원전명품화및신개념대용량원전플랜트를주력원자로로지속개발한다. 88

95 Ⅲ. 원자력 상이한규제요건, 도입국의전력계통규모, 다양한 Need를고려하여시장요건을만족시키는원전설계를확보한다. APR1400은 EU-APR1400 개발을위해美 NRC 설계인증을추진하며 OPR1000는동남아등소규모계통유지국가대상으로 APR1000을개발한다. 기술개발효율성제고, 해외시장진출저변확대등을위해다양한국가와국제공동연구를추진한다 투자방향및재원전략단기적으로는핵심기술확보및 APR1400형원전플랜트에투자를집중하여시장점유율을확대하고장기적으로는대형, 중형, 소형의포트폴리오에따라투자재원을배분하되, 주력원전플랜트인대형원전플랜트를우선고려하여투자한다. 상용화가완료된 OPR1000, APR1400의시장확대를위한연구개발은민간주도로수행할수있도록투자를유도하며정부는 APR+, 한국현원전의명품화등미래수요에대비한연구개발에투자한다. 투자재원은지식경제부의전력산업기반기금을활용하고민간의참여를확대하여민간부담금을극대화하는전략으로추진한다 원전주기기 & 원전운영 Total Solution 원전서비스분야의세부분야는검사 정비자동화, 피폭저감, 수명관리등의원전기기유지 보수기술과최신기술적용계측 감시개발, 성능감시및진단평가시스템의계측 감시기술이다. 수명연장, 출력증강, 정비최소화의원전성능개선기술과로봇절단기술, 폐기물최소화기술등의원전시설해체기술이포함된다 정책방향 단기적으로미자립핵심기기설계 제작기술을확보하고원전해외수출대비하여핵심주기기분야에서선진경쟁노형과동등하거나우월한설계및제작기술을지속적으로개발하여원전수출을위한기기건정성및가격경쟁력향상을도모한다. 원전핵심기기의성능을담보한안전성과건전성을확보하고조기에경쟁노형과의경쟁력유지를위해미자립기술은관련설계및제작기술을보유하고있는산업체가주도한다. 해외다양한노형의신규원전건설및가동원전기기교체에따른시장확대로원전플랜트수출뿐만아니라기기단품시장에도적극추진하여고부가가치창출을도모한다. 89

96 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 원전고성능재료및부품기기의기술개발을지원하고소재산업체동반성장과함께다수의원전시장진출에따른소재적기공급및가격경쟁력확보를추진하고인코넬 690 신합금등장수명원전핵심기기소재및제조공정을개발하여소재원천기술을확보한다. 원전주기기의성능고도화기술개발을추진하고원전기기성능인증체계를구축하여기기성능및품질향상을추구하며기기및소재개발에소재산업체및중견중소업체의참여를통해원전산업과의동반성장을도모한다. 가동원전의시장진입을위해단기적으로미자립원전서비스핵심기술을확보하고원전수입국의인허가환경및제반여건을고려한맞춤형원전유지 보수기술을개발한다. 가동원전의수명연장, 성능개선, 폐로추진에따른각종최신기술을확보한다. 우선 UAE 원전을대상으로원전운영 정비상품패키지개발하고장기적으로는세계원전에공통으로활용가능한고부가가치서비스기술을개발하고패키지상품화한다 투자방향및재원전략단기적으로는 APR1400용미자립핵심기기설계 제작기술확보에투자집중하고장기적으로는대용량원전개발대비핵심기기, 부품, 소재및제조기술확보에주력한다. 원전핵심기기의대규모개발비용소요특성상정부주도하에기술력을확보한민간업체개발을적극유도한다. 단기적으로미자립핵심기술개발에투자를집중하되가동원전의운영과정에서필요성이인식된기술을우선적으로고려하여투자하고장기적으로 IT 기술이접목된운영 정비고도화기술에투자한다. 투자재원은지식경제부의전력산업기반기금활용하고정부주도하에민간참여를적극유도하여개발을추진한다 Small Modular Reactor 정책방향 SMR 원자로의경우그특성에근거하여인허가절차등이기술적으로새롭게검토되어야하며과다한규제위주의인허가가지양될수있도록정책적배려가필요하다. SMR 원자로의국내조기건설이실현될수있도록관련인허가규정정비가필요하다. 현재까지국내원자력산업은공기업위주로진행되어왔으며민간기업의참여가원활히이루어질수있도록제도의정비가필요하다. 국내건설운영시대중수용성, 부지문제등민간기업이감당하기에는어려운분야가발생할수있으며, 이에대한대책강구가요구된다. 초기초장주기고속로 SMR은사용후연료보다는천연우라늄혹은열화우라늄을블랭킷연료로사용하는것이바람직하며비발전원자력 ( 산업용열원, 담수화, 지역난방등 ) 분야의 SMR 수요도큰폭으로증가하고있으므로고온개스로등응용분야별 Customized Design 능력및활용을위한인프라구축도병행하여투자가필요하다. 뚜렷한개발목표를가지고산 학 연이협력하는추진체계를수립해야하며특히, 민간의참여를적극유도할수있는전략을찾아야한다. 효율적인추진을위해서는정부부처간협력이매우중요하며고유한기술개발을통하여관련특허를선점할수있도록유도해야한다. 90

97 Ⅲ. 원자력 SMR은대형원자로사업재원조달, 부지문제, 운전경험부족, 그리드문제등을가지거나고립된해외국가에대해대형원자로의대안으로제시하는원자력개발 수출정책을확대개선한다. 15년까지신개념 SMR의노심개념설계완성및적용된신기술검증시험, 인허가문서생산의설계체계를개발하고 17까지신개념 SMR의원자로계통설계, 19까지신개념 SMR의원자로계통인허가심사한다. 지상고정식, 모바일용, 담수화용등다양한목적을수용할수있는설계로개발하고기술개발효율성제고, 해외시장진출저변확대등을위해다양한핵심기술보유국외사와공동개발추진한다. 민간이해외시장개척, 건설사업에주도하여추진할수있는정책, 국내외적제도적장치도마련한다 투자방향및재원전략 SMR의경우는국내수요보다는해외수출시장을위해개발되어야하므로다양한해외수요에대응할수있는노형개발에대한투자가이루어져야하며, 초기단계부터민간투자가적극적으로이루어져야한다. 모듈형고온가스로는우선적으로국내공정열수요에대응할수있도록투자개발이필요하며국내공정열공급업체를중심으로콘소시움을구성하고이를정부가지원하는형태로투자를유도한다. 2020년까지는해외협력으로핵심기술및기기개발, 상세설계및특허개발에주력한다. 민간과기술을공유하거나민간고유의기술도확보할수있도록하거나지분을넓혀공공기관이불리한해외투자유치등재원조달, 시장개척, 개발추진력가속도를부여한다. 정부는인허가, 민간고신뢰성기업의투자를유치하며투자재원은민간의참여를확대하여민간부담금을극대화한다. 91

98 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5 기술전략 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출 유망제품 / 부품육성을위한필요기술 List 유망제품전략기술필요기술 APR1000/APR1400 최신미국기준적용설계기술 유럽기준을적용한설계기술 원자로냉각재펌프 (RCP, 50Hz 포함 ) 원전설계핵심코드 디지털원전제어계측장치 (MMIS) 고유핵연료 원전플랜트 APR+ DVI+/FD+ 개발기술 피동안전설비개발기술 다중중대사고대처설비개발기술 자동부하추종운전개발기술 개량형 CEDM 개발기술 복합모듈화개발기술 APR+ 표준설계 한국형원전명품화 복합모듈화확대적용 건설공기 33 개월달성 설계수명 80 년 안전성향상기술 ( 피동확대적용등 ) 유망제품전략기술필요기술 수출형원전용주기기설계최적화기술 원자로설계최적화기술 대용량터빈 / 발전기모델국산화 대형원자로및증기발생기단조품제조기술 원전주기기 주기기소재및제조분야화기술 국산 증기발생기전열관합금및튜브제조기술 고강도경량화압력용기소재및제조기술 1400MWe급저압터빈용 Monoblock Rotor 소재및제조기술 대용량원전용 Weld Rotor 제작기술 저투자율, 초고강도고망간 / 고질소합금강개발 92

99 Ⅲ. 원자력 유망제품전략기술필요기술 원전운영 T o t a l Solution 신정비기술운영프로세스고도화신기술장기운전신뢰성확보기술방사성폐기물신처리기술원전해체기술사용후연료관리기술 신정비기법및장비개발기술 원전 Prognostic 정비기술 정비프로세스최적화기술 가동중정비기술 리스크정보활용원전운영기술 가동원전 Total I&C Digital Upgrade 기술 원전성능향상기술 방사선피폭저감기술 주요기기수명관리기술 기기경년열화진단, 평가, 저감기술 주기기재료신뢰도향상기술 장기운전수화학기술 액체폐기물신처리공정 유리화기술 처분인증기술 해체안전성평가및신기술 해체폐기물감용 / 안정화기술 잔류방사능측정 / 부지복원안전성평가기술 사용후연료수송 저장기술 장기건전성종합평가기술 유망제품전략기술필요기술 SMR 노심설계및분석기술초장주기노심관리기술고성능피복재및구조재기술고성능핵연료설계기술액체금속냉각재기술가스냉각재기술 핵심노심설계전산코드및단면적자료 속중성자조사량최소화기술 노내냉각재유량분포최적화기술 고유노심설계개념 피동안전성확보및안전성분석기술 흑연감속재재활용기술 시스템콤팩트화기술 노내 Component 및구조재의건전성평가및확인기술 핵연료집합체재배치 (Shuffling) 기술 30 년이상의수명을가진초고성능피복재및구조재기술개발 고속로재료의고신뢰도수명진단기술 삼중피복핵연료제조기술 고연소도핵연료설계전산코드및자료 핵분열생성가스에의한연료봉내압최소화 핵연료와피복재간반응차단기술 액체금속냉각재취급기술 소듐냉각재활성도저감기술 전자펌프기술 흑연감속재재활용기술 93

100 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 유망제품전략기술필요기술 SMR 원자로계통 중소형경수로 고밀도 (Compact) 노심설계기술 혁신적핵반응제어장치 자연순환증진냉각계통 비상용고효율 RCP 고밀도 / 고효율증기발생기 첨단제어계측장치 첨단피동 / 자동안전기기 노심용융방지설계 / 장치 Full 3D 안전해석및설계기술 시스템모듈화기술 고밀도노심설계기술 고성능핵연료기술 유망제품 / 부품육성을위한전략기술도출 원전플랜트원전플랜트는시스템위주로개발되므로전략기술하나만을개발하는것은의미가없다. 또한원전플랜트는 1기수출시 4조원정도의직접매출이발생하여어떤제품이라도파급효과는막대하다고할수있다. OPR1000의경우원전선진국이원전건설을중단하고있던시기에지속적인건설과운영경험이누적되어세계적으로유일한건설및운영이완벽하게증명된제품이다. 단, OPR1000은설계개념측면에서최근전세계적으로요구하고있는 3세대원전의특성을가지고있지않다. 따라서 OPR1000을개량하는기술은외국의원전과의차별화가충분하며, 1,000MWe급의중형원전을요구하는시장에서의중요성도충분하다고할수있다. APR1400은 09년에 UAE에 4기를수출한대한민국의주력노형이다. 향후, 20년까지우리나라수출원전플랜트의주력원자로는 APR1400이될것으로판단되며, 시장확대를위한 US-APR1400 개발, EU-APR1400 개발및원전수출에제약요인을해소하기위한핵심기술 ( 원전설계핵심코드개발, MMIS 개발, RCP 개발 ) 은외국의원전의차별성을확대하고, 주력원자로의시장을확대하는데매우중요한기술이라고판단된다. 원자력선진국은 3세대원전개발에이어 3세대 + 원전개발을추진중이다. GE-Hiatchi는개량형 ABWR을, 일본은차세대 APWR, ABWR을, 중국은 CAP1400을러시아는개량형 VVER1200 등을개발중이다. 대한민국도 APR1400의경쟁력을유지하면서, 기술적으로원전선진국과경쟁할수있는대용량고유노형필요하며이에따라 2-Loop 원자로의장점을극대화하면서안전성과경제성을향상시킨차별화된 3세대 + 원전인 APR+ 개발이필요하다. 또한부지와경제성이원전플랜트산업에서는향후에도중요한요소가될것으로예상되므로 APR+ 개발의중요성은충분하다고판단된다. 상기판단을종합하여원전플랜트에대한전략기술은 APR1000 개발, US-APR1400 개발, EU-APR1400 개발, 핵심기술개발 ( 설계코드, MMIS, RCP), APR+ 기술개발로도출하였다. 94

101 Ⅲ. 원자력 주기기분야주기기분야는세계원전주요공급국가인 WEC( 미국 ), AREVA( 프랑스 ), AEP( 러시아 ) 등이기자재의건정성과안전성을확보하고, 보다경쟁력있는핵심기기를지속적으로개발하여자국의주력원자로형을가지고해외진출을적극적으로추진할뿐아니라후발주자인 MHI( 일본 ) 도적극참여하고있으며, 특히해외시장의점유율을높이기위해 AREVA 및 MHI는미국 NRC에 MWe급 US-EPR 과 US-APWR 인증심사중에있다. 또한기존선진원전수출기업들은원전표준화를추진하면서우리나라를포함하여중국등후발주자들의시장진입에적극적인견제와함께독자설계능력을바탕으로기술장벽을더욱더공고히함에따라앞으로의원전설비는성능을기본적으로확보하고보다건전성과가격경쟁력을확보하여야만세계기존원전시장에진출하여시장점유율을높일수가있다. 원전주요핵심설비인원자로및부속구조물, 증기발생기, 냉각재펌프, 터빈, 계장설비등은원전의안전성을최우선으로한입증된기술을요구하여진입장벽이높고기술을입증하는데많은시간이소요되어체계적이고단계적인개발이수행되어야한다. 따라서, 현재개발중인노형과함께장기전략노형에대해서원전도입국의요건과신기술이반영된원전핵심기자재의소재및설계 제작기술을조기에최우선적으로개발하고기술입증을통한상품화시해외원전신규주자로서 20% 이상의시장점유율확보가가능할것이다. 상기의판단을종합하여수출형원전용주기기설계최적화기술과주기기소재및제조분야국산화기술을전략기술로도출하였다 원전운영 Total Solution Service 분야원전운영 total solution/service 분야는원전운영및유지관리에필요한제반기술을의미하며궁극적으로원전장기운전시신뢰성과경제성을제고하는기술이다. 원전플랜트의안전성확보와경제적운영, 향후계속운전에효과적으로대응하기위하여국내기술개발이필요하며, 원전수출에따라유지보수시장도세계로넓어지므로국내기술의해외진출을위한체계적인사업의추진전략이필요하다. 원전유지보수기술은원전수출과함께패키지로수출되므로유지보수기술의우수성은원전수출경쟁력향상에크게도움을줄수있으며, 고용창출의효과도클것으로예상된다. 원전기기수중보수및자동화기술은정보통신기술, 마이크로기술등과직접적인연관이있어산업계파급효과가크며, 장치산업계의기술혁신을유도하고기술개발수요를창출하는데크게이바지할것으로예상된다. 온라인감시시스템을활용하여기기고장예측및진단, 상태감시기반의정비를함으로써효율적인정비작업수행및정비비용절감을기할수있으며, 온라인감시시스템을이용한기기상태감시는발전소의불시정지를예방할수있다. 대한민국의계측기기술은원전설계나기기설계기술에비해낙후되어있어대부분외국에서수입하여사용하고있으므로향후기기국산화및수출을위하여계측기분야의기술개발이필요하며, 특히측정불확실도를향상시킨첨단계측기나스마트계측기등의개발이필요하다. 가동중인원전의활용을최대화하기위하여출력증강, 수명연장, 정비기간최적화등의성능개선이이루어지고있으며, 원전건설설계기술을보유하고있으면최소한의추가요소기술로써성능개선사업을수행할수있다. 원전수출이후에는새로운기술개발에따른원전주전산기교 95

102 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 체나출력증강등원전성능개선사업개발이원설계자에게유리하므로원전성능개선을위한기술을지속적으로개발해야한다. 국내의경우원자력시설의해체관련전용로봇및절단기술개발이이루어지지않아해외선진기술과큰격차를보이고있다. 향후예상되는원자력관련시설물의해체시작업자가접근하기어려운곳에서의작업및 2차폐기물을최소화하는절단기술등의원전설비해체관련기술개발이필요하다. 또한중 저준위폐기물량의획기적저감과처분안전성증대및사용후연료의효율적관리를위한제반기술개발이개발되어야한다. 상기의판단을종합하여신정비기술, 운영프로세스고도화신기술, 장기운전신뢰성확보기술, 방사성폐기물신처리기술, 원전해체기술, 사용후연료관리기술을전략기술로도출하였다 SMR 분야 SMR분야는아직까지실현되지않은개념으로서전략적투자를통하여기술선점의가능성이매우높다. 핵심적인기술을전략적으로개발하는것이중요하며특히, 고유의초장주기노심개념을도출하고특허화하는것이요구된다. 현재, Terra Power 및몇개연구기관은다양한초장주기원자로개념에대한특허를추진하고있다. 현시점에서초장주기원자로의가장큰걸림돌은 30년이상사용할수있는초장수명재료가개발되어야한다는점이다. 즉, 초장주기원자로용고성능재료기술은기술주도및선점을위한전략기술이될가능성이매우높다. 따라서이분야에집중적인투자가필요하다. 소듐은냉각재로서매우좋은특성을지니고있으나, 화학적으로활성이매우높다는큰단점을가진다. 만약, 이러한소듐의화학적활성을저감시킬수있다면초장주기원자로를포함하여 SFR 기술개발의 Initiative를확보할수있을것이다. 고온개스로분야도 1,000 가까운운전온도를견딜수있는고온재료의개발이관건이되므로고신뢰도재료개발에집중적인투자가필요하다. SMR 개발은종합적으로는대형원자로에서사용되고개발된기술이바탕및시작점이될수있으나 SMR의적은출력이라는큰장점으로인해많은현대의첨단기술을적용할수있다. 원전이가지는중요시스템을크게분류하면열생성부 ( 노심, 주배관, 펌프 ), 열전달부 ( 증기발생기 ), 전력발생부 ( 터빈 / 발전기 ), 안전및보조시설로나누어진다. SMR도안전이라는특수성때문에오랜검증기간과인허가가필요하다고의심해볼수있겠으나, 대형원자로에비해서초소형인점으로인해기술개발및검증시험비용이매우적으며, Pilot Plant 건설및검증이훨씬용이하다. 따라서비교적짧은기간에현대적인첨단신기술접목이가능할것으로판단된다. 상기의판단을종합할때, SMR에적용가능하거나적용이필요하다고예상되는첨단의현대적전략기술은고밀도 (Compact) 노심설계, 혁신적핵반응제어장치, 자연순환증진냉각계통, 고밀도 / 고효율증기발생기, 첨단제어계측장치, 첨단피동 / 자동안전기기, 노심용융방지설계 / 장치, Full 3D 안전해석및설계기술이다. 96

103 Ⅲ. 원자력 SMR은원자력기반시설이취약하고, 핵화산의위험에노출이쉬운개발도상국또는고립된지역의에너지시장, 사용후핵연료처분또는처리기반이용이하지않는에너지시장, 대형플랜트가초기부터진입하기에는무리가있는전력시장, 초기투자비위험성을감당하기어려운에너지시장, 고온의공정열, 수소등비발전에너지시장과같은원자력에너지시장으로의영역확대를위해개발이필요하다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 원전플랜트개발전략과제 APR1000/APR1400/APR+ 분야의기술수준 APR1000 개발 US-APR1400 개발 EU-APR1400 개발 구분세계수준국내수준 건설공기 40 개월사업화사업화 운전원조치여유시간 30 분이상사업화사업화 격납건물항공기내하력분석사업화사업화 30% MOX 노심및 24 개월장주기사업화시작품단계 자동부하주총운전, 주파수제어운전사업화시작품단계 50 Hz RCP 사업화사업화 자연통풍식냉각탑사업화사업화 주증기배관파단전누설적용사업화사업화 중대사고대처설비사업화사업화 항공기충돌대응설계사업화사업화 비상디젤발전기 4-Train 설계사업화사업화 최신규제기준을충족하는내진설계사업화사업화 최신규제기준을충족하는안전계통설계사업화사업화 유럽요건충족안전계통설계 / 평가사업화시작품단계 항공기충돌해석및대비설계사업화시작품단계 노외노심용융물냉각설비사업화실험단계 50Hz RCP 예비기본설계사업화시작품단계설계핵심코드 ( 안전해석 / 노심 ) 및코드통사업화시작품단계합미자립핵심기술개발중대사고코드사업화실험단계 APR+ 개발 RCP 사업화시작품단계 DVI+/FD+ 개발기술사업화사업화 피동안전설비개발기술 - 실험단계 다중중대사고대처설비개발기술사업화시작품단계 자동부하추종운전개발기술사업화시작품단계 복합모듈화개발기술시작품단계시작품단계 APR+ 표준설계사업화시작품단계 * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD 의 9 단계 Technology Readiness Level(TRL) 기준에따라구분함 (1~2 단계 : 기초연구단계, 3~4 단계 : 실험단계, 5~6 단계 : 시작품단계, 7~8 단계 : 제품화단계, 9 단계 : 사업화 ) 97

104 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 한국형원전명품화기술개발분야의기술수준 1500MWe 급 PPP 표준상세설계개발 안전성향상및최적화기술개발 대용량신개념명품원전개발 설계기법선진화기술 모듈화 신기술 신공법사업관리체계선진화기술 구 분 세계수준 국내수준 APR+ 표준설계 사업화 제품화단계 1500 MWe급명품원전상세설계 사업화 시작품단계 성능향상요소기술 사업화 시작품단계 피동안전개념적용기술 사업화 시작품단계 중대사고대처설비기술 사업화 실험단계 리스크정보활용설계기술 시작품단계 시작품단계 신개념원전사용자요건및개념설계 사업화 실험단계 신개념원전개념설계 시작품단계 실험단계 신개념원전표준설계 시작품단계 시작품단계 원전체적최적화및물량감축기술 사업화 제품화단계 원전설계시스템고도화기술 사업화 제품화단계 원전건설모듈화기술등의신기술 신공법 사업화 시작품단계 원전사업관리체계선진화기술 사업화 제품화단계 선진원전건설정보관리시스템 사업화 시작품단계 * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD 의 9 단계 Technology Readiness Level(TRL) 기준에따라구분함 (1~2 단계 : 기초연구단계, 3~4 단계 : 실험단계, 5~6 단계 : 시작품단계, 7~8 단계 : 제품화단계, 9 단계 : 사업화 ) R&D 현황및계획 가. APR1000 현황및계획중동, 동남아시아등개발도상국수출실현을위해 1,000MWe급수출형원전개발에착수하였으며, 기존의한국형원전 OPR1000(2.5세대 ) 을개량 (ADF 추가 ) 한 3세대수준으로개발중이다. 현재 IAEA의안전성검토가진행중이며, 11년 8월기본설계완성을목표로추진하고있다. 주요설계특성은표 18과같다. < 표 18> APR1000 주요설계특성 요건일반요건안전성운전성능 특성 - 내진설계 ( 안전정지기준 ) 0.3g + 포괄부지 - 설계수명 : 60 년 - 노심손상빈도 : <10-5 / 년 ( 신고리 1,2 : 1.7x10-5 / 년 ) - 격납건물항공기충돌내하력분석 - Fluidic Device 설치 ( 안전주입탱크 ) - 운전원조치여유도 : 30 분이상 - 핵연료재장전주기 : 24 개월장주기 - 자동부하추종및주파수제어운전능력 - 디지털 MMIS(Man Machine Interface System) - 50 Hz 원자로냉각재펌프 ( 해외수출용 ) - 핵연료 : 30% MOX( 해외수출용 ) - 자연통풍식냉각탑 ( 해외수출용 ) 98

105 Ⅲ. 원자력 나. US-APR1400 현황및계획한국형원전의브랜드경쟁력제고및해외진출확대를위해 APR1400 원전의미국 NRC DC ( 설계인증 ) 을추진하고있다. ( 공식업무착수 ) 세계시장주요원전공급사는모두 NRC DC를추진중으로인증추진성과에따라 4~5년후건설시장확대가예상된다. 사업추진기간은향후 5~6년이소요될것으로예상되며정식 DC신청시점을기준으로 2단계로사업을추진중이다. 1단계는보완설계, 특정주제보고서인허가및 Design Control Document 작성및제출이며 2단계는미국 NRC 심사대응, 설계인증취득이다. < 그림 10> APR1400 원전미국 NRC DC 추진계획 다. EU-APR1400 현황및계획안전계통설계, 안전해석및소외선량제한치, 항공기충돌대비설계, 중대사고시노심용융물냉각설비등에대한유럽규제및사업자요건은현 APR1400 설계와차이가있다. Nu-Tech 2012 계획의일환으로 09년 6월유럽요건충족 APR1400 설계개발에착수하여현재기술개발중이다. 유럽은 50Hz 전력을사용중이며 07년부터개발중인 RCP는 60Hz 전력을기반으로설계되어주파수에의한회전수차이로수력학적특성이상이하여 50Hz RCP 적용에불가하다. 또한 RCP 유량특성은계통설계와밀접한연관성이있으며, 개발에장시간 ( 약 5년 ) 소요되는점을고려유럽사업수주즉시 RCP 제작이가능하도록 09년 6월 50Hz RCP 예비기본설계개발을착수하여 11년 5월완료예정이다. 세계원자력시장의규제및사업자요건, 기술기준은미국과유럽으로양분되어있어해외경쟁사들은수출시장확대를위해상대요건에대한설계인증 (NRC, EUR) 취득을추진중이다. 09년 6월유럽요건충족 APR1400 설계개발에착수하였으며, 기술개발이완료되는 11년 6월유럽사업자요건 (EUR) 인증심사를신청하여 13년 5월인증취득을목표로추진하고있다. 라. 미자립핵심기술현황및계획안전해석 / 노심설계코드는 Nu-Tech 2015 계획에따라 06년부터착수하여개발중이며원전선진국및연구기관들은상용화뿐만아니라성능을고도화하기위한연구를지속적으로추진중이다. 대한민국은미국에서개발한중대사고해석코드를도입하여활용하고있고향후원전시장에서중대사고의중요성이점차증가하는추세이므로독자적인중대사고해석코드의개발이필요하다. MMIS, RCP는선진국에서는이미상용화된상태이며, 대한민국은 WH와의 LA 계약당시기술전수품목에포함되지않아, Nu-Tech 2015 계획에따라 07년부터국산화가진행중에있으며개발중인기기들은신울진 1,2호기부터적용하는것을목표로하고있다. 99

106 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 마. APR+ 현황및계획 APR+ 기술개발과제는 Nu-Tech 2015 계획에따라 07년부터착수하여개발중이며 Nu-Tech 2012의계획수정으로개발일정을앞당겼다. APR+ 사업에의해개발되는최적화및고유응용기술은 APR+ 와 APR1400의개선적용뿐만아니라 OPR100의개량최적화기술로도응용할수있어 EPR, APWR 등경쟁노형에대한기술경쟁력을강화하여핵심기술 ( 기술기반및지적재산권 ) 확보를통해국내고유원전의해외수출기본전략노형이다. APR+ 표준설계는 12년 12월까지표준설계인가 (SDA : Standard Design Approval) 를획득하고 13~ 15년까지국산코드를이용한기술고유화및설계최적화를수행할예정이며, 국내는 22년에첫호기준공을목표로추진하고있다. 바. 한국형명품원전현황및계획한국형명품원전 (Premier Power Plant) 는한국형원전 (OPR1000, APR1400, APR+) 의안전성, 경제성, 운전성등을세계적인명품수준으로격상한다는목표로현재지경부의 Nu-Tech 2030을통해기획중에있으며한국형명품원전이추구하는목표는표 19와같으며, 이러한목표를구현하기위한참조원전으로 APR+ 를채택하고있다. < 표 19> 한국형명품원전목표 항목건설공기경제성안전성설계수명 목표 33개월 (F/C ~ F/L) 경쟁노형대비 20% 우위점유 CDF < 5.0E- 7 /RY 80년 현재의계획에따르면한국형원전명품화 R&D는 11년부터착수하여 1단계를 17년까지완료하고, 2단계를 22년까지완료하는계획을가지고있다. 사. R&D 추진계획 (NuTech 2030) 1단계 ( ) 2단계 ( ) 3단계 ( ) 미자립핵심기술개발및 APR+ 표준설계인가획득 원전설계핵심코드개발 APR+ 표준설계개발및인허가획득 시장맞춤형원자로 (EU-APR1400, US-APR1400, APR1000) 개발 명품원전안전성향상개념개발 명품원전 1 단계 ( 경제성, 건설성 ) 목표달성 ( 경제성 : 경쟁노형대비 20% 우위, 건설성 : 건설공기 33 개월 (F/C-F/L) ) 1500 MWe 급명품원전상세설계개발 안전성 / 운전성능향상개념설계및검증 대용량신개념원전요건수립및개념설계 고성능안전해석코드개발및유지보수체계진입 중대사고평가 향상기술 1 단계개발 명품원전 2 단계 ( 안전성, 수명 ) 목표달성 ( 안전성 : CDF < 5.0E -7 /RY, 설계수명 : 80 년 ) 대용량신개념원전표준설계개발 설계기준사고 - 중대사고통합안전해석코드개발 안전성향상등요소기술신개념명품원전설계반영 100

107 Ⅲ. 원자력 원전주기기 & 원전운영 Total Solution 개발전략과제 원전주기기분야의기술수준 구분세계수준국내수준 수출형원전용주기기설계최적화기술 주기기소재및제조분야국산화기술 원자로설계최적화기술및대용량원전개발 사업화단계 실험단계 APR+ 및대용량터빈 / 발전기모델개발 제품화단계 실험단계 증기발생기전열관합금및튜브제조기술 사업화단계 실험단계 고강도경량화압력용기소재및제조기술 사업화단계 실험단계 대용량원전용 Rotor 제작기술 사업화단계 실험단계 저투자율, 초고강도고망간 / 고질소합금강개발사업화단계 실험단계 * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD 의 9 단계 Technology Readiness Level(TRL) 기준에따라구분함 (1~2 단계 : 기초연구단계, 3~4 단계 : 실험단계, 5~6 단계 : 시작품단계, 7~8 단계 : 제품화단계, 9 단계 : 사업화 ) 원전운영 total solution 분야의기술수준 신정비기술 운영프로세스고도화신기술 장기운전신뢰성확보기술 방사성폐기물처리신기술 원전해체기술 사용후연료관리기술 구 분 세계수준 국내수준 신정비기법및장비개발기술 실험단계 실험단계 원전 Prognostic 정비기술 시작품단계 실험단계 정비프로세스최적화기술 사업화 실험단계 가동중정비기술 사업화 시작품단계 리스크정보활용원전운영기술 제품화단계 실험단계 가동원전 Total I&C Digital Upgrade 기술 연구개발 기초연구단계 원전성능향상기술 제품화단계 실험단계 방사선피폭저감기술 시작품단계 실험단계 주요기기수명관리기술 실험단계 실험단계 기기경년열화진단, 평가, 저감기술 실험단계 실험단계 주기기재료신뢰도향상기술 실험단계 실험단계 장기운전수화학기술 실험단계 실험단계 액체폐기물신처리공정 시작품단계 기초연구단계 유리화기술 시작품단계 사업화 처분인증기술 사업화 기초연구단계 해체안전성평가및신기술 시작품단계 기초연구단계 해체폐기물감용 / 안정화기술 사업화 기초연구단계 잔류방사능측정 / 부지복원안전성평가기술 사업화 기초연구단계 사용후연료수송 저장기술 사업화 시작품단계 장기건전성종합평가기술 사업화 기초연구단계 * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD 의 9 단계 Technology Readiness Level(TRL) 기준에따라구분함 (1~2 단계 : 기초연구단계, 3~4 단계 : 실험단계, 5~6 단계 : 시작품단계, 7~8 단계 : 제품화단계, 9 단계 : 사업화 ) 101

108 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 R&D 현황및계획가. 수출형원전용주기기설계최적화기술개발현황및계획수출형원전용주기기설계최적화기술개발은기기설계최적화를통한원전기술선진화로수출기반을조성하고터빈 발전기국산화를통해해외시장독자진출에장애요인을제거하는사업이므로국책과제로추진하는것이바람직하다. 현재개발중인 APR+ 원자로의기술및수출경쟁력을향상시키기위해서는설계최적화기술개발을통한명품원전을개발하기위한기술개발을국가전략과제로선정하고산학연협력체제로추진이필요하며이후대용량원전개발시최적화기술을접목시켜야한다. 대용량터빈 발전기모델국산화는우선적으로 60Hz용 APR+ 급터빈 발전기국산화가선행되어야하며추가로해외진출을위한 50Hz용 APR+ 급터빈 발전기모델개발이수행되어야한다. 이후대용량원전개발에따른대용량터빈 발전기모델개발이추진되어야한다. 나. 주기기소재및제조분야개발현황및계획증기발생기의핵심부품인전열관은해외 3사만이제조 공급하고있으며이들업체는현재품질요건강화에대응한공정최적화및생산성향상에주력하고있다. 국내의경우증기발생기전열관제조기술과유사한지르코늄합금튜브제조기술을보유하고있으며증기발생기전열관용합금개발이선행되어야하며이후전열관제조기술개발 인증및상용화가필요하다. SA508-Gr.4N 재료의경우기존의원전용저합금강대비강도가 40% 높을뿐만아니라파괴인성특성도기존재료보다우수하여경수로의장수명및안전여유도향상에필요하다. 국내에서는기초단계의재질특성연구를수행하여왔으며, 강도및파괴인성을동시에향상시킬수있는재료공학적기술기반을구축하였다. 산업계의설비, 생산경험및기술과한국원자력연구원의하나로, IMEF 등원전재료특성평가시설, 경험및기술을융합하여개발해야목표달성이가능하다. 원전용량증가추세에따라초대형터빈용 LP Rotor 소재개발이요구된다. 현재일본은 Monoblock Rotor를독점공급하고있으며대용량발전용 Welded Rotor의경우제한된해외공급사만능력을보유하고있다. 선진공급사의기술이전기피로국내단조품제조경험및연구인력을활용한자체개발이필요하며대형 Ingot 제작및 Welded Rotor 용접, 열처리기술개발이선행되고건전성 동특성평가기술개발후시제품제조및평가가수행될예정이다. 발전소핵심설비인 Generator의고효율화를위해서는발생되는전기적손실을최소화하고부식저항성이우수한고강도저투자율을갖는비자성재료의개발이필수적이다. 우리나라의고망간 고질소합금강개발은아직기초적인수준이며전량수입에의존하고있다. 소재합금설계, 제강, 정련및재용해기술개발이선행되어야하며소재열간 냉간성형기술개발을거쳐소재시험분석 평가및표준화기술개발후제품화예정이다. 다. 최첨단원전운영및정비융복합기술개발 현황및계획 리스크와성능에기반을둔원전운영기술, 가동중정비및 IT 기술이접목된운영프로세스고도화기술등을선진국에서는이미일부적용중이나국내는상기기술의초기개발단계이므 102

109 Ⅲ. 원자력 로, Nu-Tech 2030을통해기반기술확보및응용기술을개발할계획이다. 원전수입국은수출국원전의운영관리를적용하는것이유리하고경제적이므로, 우선 UAE 원전을대상으로원전운영 정비상품패키지를개발한후원전수입국의인허가환경및제반여건을고려한고객맞춤형원전운영 정비기술개발및사후관리기술을개발한다. 기술개발대상으로는가동원전의운영과정에서필요성이인식된기술을우선개발하고적용과정에서도출된사항을반영하여업그레이드시켜세계최고수준의명품원전운영기술을개발하고국내산학연이주도하되장수명원전운영기술과같은최첨단기술은필요시국제공동연구로추진한다. 라. 환경친화적방폐물관리및해체기술개발현황및계획유리화기술은특화된기술로서원자력국가의관심이많은기술이며, 미국은고준위폐기물처리효율증대, Idaho 건조폐기물처리에관심이많으며, 일본등소각시설운영국의경우소각재의처리에관심이높다. 액체폐기물신처리기술과유리화기술을접목한복합처리공정을개발하고해외설계승인을획득하여원전의안정적운영은물론경제성향상을통한원전의수출경쟁력을제고한다. 고객 needs에부합하는맞춤식공정개발및표준화 모듈화를통한기술수출을하고원전해체산업은지속적인확대가예상되는분야로서, 각국고유의원전설계특성및운전특성을고려한기술개발이요구된다. 국내의다양한특성을고려하고 2차폐기물최소화제염기술, 금속 콘크리트재활용기술등핵심기술에대한독자적인기술을확보하여관련분야의기술을선도하고해외시장진출을추진한다. 사용후연료수송과장기저장기술은원전의안정적운영과국가사용후연료관리사업추진을위한필수기술이며국내보유기술및관리경험을토대로국내고유의독자모델을개발하여국내적용하고수출상품으로패키지화한다. 마. R&D 추진계획 < 표 20> 원전주기기분야추진계획 1 단계 ( ) APR1400 미자립핵심기기기술및고성능화요소기술확보 APR1400 급 RCP 및 MMIS 국산화개발완료 핵연료 / 피복관신소재및원전기기용소재기본기술개발 초장주기 고연소도차세대핵연료핵심기술개발 핵연료및핵심기기성능시험및인증기본기술개발 2 단계 ( ) 핵연료, 핵심기기, 부품 소재및성능시험기술확보 핵연료 / 피복관신소재및원전기기용소재제조공정개발 초장주기 고연소도차세대핵연료개발 1500 MWe 급명품원전용핵심기기설계 제작기술개발 핵연료및핵심기기시험검증기술및선진인증체계구축 3 단계 ( ) 대용량신개념원전용핵연료및핵심기기개발 초장주기 고연소도차세대핵연료성능검증 대용량신개념원전핵심기기설계 제작기술개발 핵연료및핵심기기시험검증기술고도화 103

110 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 21> 원전운영 Total Solution 분야추진계획 1단계 ( ) 원전운영선진화체계구축 선진정비프로세스단계적개발 운영효율화제고요소기술개발 2단계 ( ) 첨단운영프로세스정착 리스크정보원전운영체계구축및적용 운영프로세스고도화구축및 Total I&C Digital Upgrade 장수명수명관리요소기술개발완료 3단계 ( ) 장기운전신뢰도기술확보 IT 융합원전운영체계기술개발 가동원전통합장수명수명관리체계구축 < 표 22> 원전친환경기술분야추진계획 1단계 ( ) 방폐물관리선진화체계구축 처리공정성능향상및유리화공정선진화기술개발 해체기술평가및추진전략수립 사용후연료수송 저장핵심기술개발 2단계 ( ) 방폐물관리 / 해체첨단고유기술확보 신개념처리공정개발및고유화 제염 해체 / 재활용고유기술개발 사용후연료수송 저장용기설계및건전성평가기술확보 3단계 ( ) 방폐물관리 / 해체첨단고유기술실용화 복합처리공정실증및 DC 획득 제염 해체 / 재활용장비및설비구축및실증 사용후연료수송 저장용기성능시험및상용화 104

111 Ⅲ. 원자력 Small Modular Reactor 개발전략과제 Small Modular Reactor 분야의기술수준 구 분 세계수준 국내수준 고유핵연료 ( 세라믹연료 ) 실험단계 기초연구단계 고밀도 (Compact) 노심설계 시작품단계 실험단계 혁신적핵반응제어장치 시작품단계 기초연구단계 자연순환증진냉각계통 시작품단계 실험단계 핵심기술 설계기술 안전성향상및최적화기술 설계코드 고밀도 / 고효율증기발생기 시작품단계 실험단계 첨단제어계측장치 제품화단계 시작품단계 첨단피동 / 자동안전기기 시작품단계 기초연구단계 노심용융방지설계 / 장치 사업화단계 실험단계 Full 3D 안전해석및설계기술 시작품단계 기초연구단계 노심설계기술 제품화 시작품단계 핵연료기술 제품화 시작품단계 유체계통설계기술 제품화 시작품단계 기계핵심기반기술 제품화 시작품단계 유체계통설계기술 제품화 시작품단계 실험검증 / 기기개발 제품화 실험단계 안전해석기준 제품화 시작품단계 계통과도안전해석 제품화 시작품단계 HCDA 분석 시작품단계 실험단계 격납성능분석 제품화 실험단계 확률론적안전성평가 시작품단계 실험단계 노심핵설계코드 제품화 실험단계 노심열유체해석코드 제품화 실험단계 핵연료성능분석코드 제품화 실험단계 안전성해석코드 제품화 실험단계 * 세계수준및국내수준은미국 DOE 및 DOD 의 9 단계 Technology Readiness Level(TRL) 기준에따라구분함 (1~2 단계 : 기초연구단계, 3~4 단계 : 실험단계, 5~6 단계 : 시작품단계, 7~8 단계 : 제품화단계, 9 단계 : 사업화 ) R&D 현황및계획가. SMR 기술개발현황및계획한국원자력연구원은기관고유사업으로 SMART 소형원자로를개발, 사업화를위해추진중이며, 교육과학기술부주관으로 50년상용화목표로 Gen-IV 원자로중 VHTR을한국원자력연구 105

112 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 원이개발중이다. 정부는 GEN-IV 원전기술확보를위해 30년까지미래원자력시스템개발에대한청사진을제시한 `미래원자력시스템개발장기추진계획 ' 을확정한바있다. ( 09년.12월) 이계획은원자력이용확대와주요원자력선진국들이현재원전기술의한계를극복하고원전이용확대에따른문제점을해결하기위해제4세대 (Gen-Ⅳ) 원자력시스템을개발한다는내용을주요골자로하고있다. 대한민국의경우소듐냉각고속로 (SFR) 과이를연계해핵비확산성이보장된파이로건식처리기술, 원자력이용수소생산시스템개발에주력하고있으며, 이는초장주기고속 SMR 기술과많은부분을공유하고있다. 원자력이용수소생산시스템은우라늄을연소시켜 900 이상고온의열에서안전운전이가능한초고온가스로 (VHTR) 의열을이용해물을열화학또는고온전기분해방법으로직접분해함으로써대량의수소를안전하고깨끗하게경제적으로생산하는기술을의미한다. 2030년까지 GEN-IV 원자력시스템실용화를위한 SFR 개발은고유개념개발과기술실증및건설등의 2단계로나눠추진될예정이며, 우선고유개념개발을위해 GEN-IV SFR 고유개념을확정하고이후고유개념의구체화및실용가능성을내년까지입증할계획이다. 이후개념설계 ( 12 13년), 표준설계 ( 14 17년), 표준설계인가및예비설계 ( 18 21년) 를완료해최종적으로 28년에실증로를건설, 운영한다는청사진에따라기술개발이진행되고있다. 나. R&D 추진계획 현대의첨단신기술이접목된개량형 SMR의 R&D 추진계획은아직수립되지않았으나, 표 23과같은계획수립이필요하다. < 표 23> SMR 연구개발추진계획 1단계 ( ) 노심개념설계완성및설계체계개발 - 핵자료및설계체계구축 핵심노심설계전산코드및단면적자료 속중성자조사량최소화 - 냉각재특성분석및실증시험 노내냉각재유량분포최적화 피동안전성확보및안전성분석 노내 Component 및구조재의건전성평가 2단계 ( ) 모듈형원자로계통설계 ( 성능, 사양 ) - 핵연료 / 노심설계 - 원자로계통설계 / 안전해석 - 계측제어계통 / 기기 / 종합설계 고성능연료피복재, 구조재및설계기술개발 주요기기성능검증시험 3단계 ( ) 원자로계통인허가심사 ( 고속로 ) PWR 및 CANDU 사용후연료재활용기술 ( 고온개스로 ) 산업용열원 / 담수화등응용기술개발 106

113 Ⅲ. 원자력 6 원자력산업비전체계도 107

114 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 첨부 1. 참고문헌 1) (2000) A. Pasternak, Lawrence Livermore National Laboratory rep.no. UCRL-ID , Oct., ) (2006) Boston Consulting Group, Economic Assessment of Used Nuclear Fuel Management in the United States, Jul., ) (2007) L. Cinotti, C. F. Smith, J. J. Sienicki, H. Aït Abderrahim, G. Benamati, G. LOCAtelli, S. Monti, H. Wider, D. Struwe, A. Orden, and I.S. Hwang, The Potential of the LFR and the ELSY Project, Proceedings of ICAPP 2007, Paper No. 7585, Nice, France, May 13-18, ) (2006) 김석철, Impact of GNEP/INPRO/GIF to Sustainable Nuclear Energy Development, 한국원자력안전기술원, 2006년 4월 5) (2001) OECD/IEA, Nuclear powers in the OECD, ) (2002) IAEA, Market Potential for Non-Electric Application of Nuclear Energy, ) (2006)IEA, World Energy Outlook 2006, ) (2005)OECD/NEA, Projected costs of generating electricity 2005 update, ) (2003) D.Bittermann, D.Squarer, T.Schulenberg, Y.Oka, Economic Prospects of the HPLWR, GENES4/ ANP2003, Sep , ) (2007) 한국경제, 세계원전 황금시장 잡아라, 2007년 7월 3일 11) (2006) PLN-KEPCO-KHNP, Joint Study on the Development of Power Plant in Indonesia, ) (2007) CIA, The World Fact Book, ) DOE/EIA, Coal>International data>reserves 14) DOE/EIA, Electricity>International data>consumption 15) DOE/EIA, Nuclear>World nuclear reactors 16) IAEA, Power Reactor Information System (PRIS) 17) (2007) Scientech, Commercial Nuclear Power Plant, Edition No. 24, ) (2006) ING, Pre-conditions for Financing Nuclear Power, ) (2006) 한국수력원자력 ( 주 ), Introduction of Financing Arrangement for Nuclear Power Project, ) (2006) KONES, Lybia 원자력발전소건설을위한타당성연구, ) (2007) 한국전력공사, 미국전력시장분석및진출전략, ) IAEA, Research Reactor Database (RRDB) 23) IAEA, Country Nuclear Power Profiles Reports 24) World Nuclear Association, Country Briefings 25) IAEA, Annual Report 2006, ) (2003) 한국원자력연구소, 핵비확산핸드북, ) (2007) Oxford Research Group, Too hot to handle?, Jul., ) (2007) Public Utilities Fortnightly, Battle of the Big Nukes, May ) (2007) 유승봉, 원자력르네상스와해외원전산업체동향, 원자력산업 2007년 5월 30) (1997) 한국전력공사, 해외사업리스크관리및사업성분석방안에관한연구, 1997년 7월 31) (1997) McKinsey Quarterly, Marketing in 3-D, No ) (2005) 배위섭, 임채영, 김윤경, 한국의원자력발전설비수출가능성연구, 한국지구시스템공학회지, Vol. 42, No. 6 (2005) pp ) (2006) Areva, Business and Strategy overview, April 2006, March ) (2006) Areva, Annual report 2005, ) (2008) B. Sovacool, Valuing the greenhouse gas emissions from nuclear power: A critical survey, Energy Policy,

115 Ⅲ. 원자력 첨부 2. 국내원자력발전관련실험시설현황 한국원자력연구원 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 크립 - 피로구조실험장치 ( 설치 : 01) 웨이브가이드초음파센서모듈및실규모수중실증시험장치 ( 설치 : 10 예정 ) RV 열유동가시화실험장치 ( 설치 : 10 예정 ) 고속로핵연료제조연구시설 ( 설치 : 07) 소형가스루프 (10kW 급 ) ( 설치 08) 고온구조크립 - 피로시험 이상의고온에서운전되는 SFR 의고온구조시험을통해설계여유도의정량화, 비탄성해석절차및전산코드검증에활용 - IHX 지지구조의크립 - 피로손상시험 - Modified 9Cr-1Mo 강 wide plate 균열체의균열성장거동시험 - Modified 9Cr-1Mo 강튜브시편의균열성장시험 웨이브가이드초음파센서모듈실규모수중실험 - 웨이브가이드초음파센서모듈작동성능시험 - 웨이브가이드초음파센서모듈스캐닝실증시험 - 수중 C- 스캔가시화분해능검증시험 - 웨이브가이드초음파센서방사빔특성시험 실증로원자로풀내부열유동측정실험 - 피동잔열제거계통성능입증실험장치상세설계를위한풀유동선진계측방법및적용방법론개발 - 저유량, 저유속조건에서의압력손실상관식개발 - 소듐냉각고속로유동가시화 고속로용금속연료제조기술개발 - 금속연료용해주조장치 - 금속연료시편가공 / 물성시험장치 금속핵연료집합체제조시설로확장예정 (2016 년 ) 공정열교환기시험및고온가스실험기술모사 고온실험진행 - SUS PCHE ( 인쇄기판형열교환기 ) 고온시험 - 정밀온도측정기개발 황산실험진행 - 황산가열및분해시험 - 공정열교환기황산실험 공정열교환기병합실험 기타 - 핵융합관련소형 TEST Blanket Module(TBM) 실험 - 웨이브가이드센서모듈 3 단이중튜브구조 길이 / 튜브직경 : 10 m / 19 mm 판두께 / 폭 : 1.5 mm / 15 mm - XYZ 스캐너 : 846 x 870 x 1002 mm - H 빔프레임 : 4 m x 6 m x 13 m - 호이스트 : 500 kg, 13 m - RV 규격 : Φ m - 온도 : 60 온도 : 950 압력 : 6.0 MPa 유량 : 2.0 kg/min 유체 : 질소 109

116 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 중형헬륨루프 (150kW 급 ) (2012 년완공에정 ) PLUTO 핵연료집합체수력특성시험 ( 설치 : 09) FAMeCT 핵연료집합체기계적특성시험시설 ( 설치 : 05) ATLAS ( 설치 : 05) 고온가스로부품시험 년현재일차계통조립진행중 - 중간열교환기, 고온가스덕트, 공정열교환기, 원자로열전달시험등 천이노심에서수력양립성평가 KNF 연료시험 - HIPER, X2-Gen KNFC SMART 핵연료개발시험예정 (2011 년 ) 경수로핵연료집합체의기계적특성 ( 진동, 강성, 충격 ) 데이터생산 HIPER 연료집합체횡방향진동및강성, 축방향진동및강성, 횡및축방향충격특성시험 (KNF 의뢰, 2009) X2-Gen 연료집합체횡방향진동및강성, 축방향진동및강성, 횡및축방향충격특성시험 (KNF 의뢰, 2010) 가압경수로가상사고및과도상태를모의하여열수력종합효과실험수행, 안전성실증및코드검증용실험 DB 구축 년 : 종합시운전 년 : LBLOCA 후기및전기간재관수실험 15회수행, DVI 인허가안전이슈종결에기여 년 : DVI관파단면적민감도실험 7회수행 (5%~100% 파단 ) 년 : 저온관파단면적, 위치, 민감도실험 8회수행 (2 ~ 8.5 파단 ), SG 주급수관파단방출부하실험 2회수행, OECD/NEA 50번째국제표준문제 (ISP-50) 평가프로그램주관, 1단계국내표준문제 (DSP) 평가프로그램추진 년 : 증기발생기세관파단실험 6회수행, 주급수관파단실험 5회수행예정, OECD/NEA 50번째국제표준문제 (ISP-50) 평가프로그램주관, 2단계국내표준문제 (DSP) 평가프로그램추진 년 : 주증기관파단및특이사고모의실험수행예정 확장계획 ( ATLAS 업그레이드 ): - 노후화된노심 / 원자로교체 - 격납용기추가설치로원자로계통및격납용기와의연계거동모의실험으로 ATLAS 모의범위확장 온도 : 950 압력 : 7.0 MPa 유량 : 2.0 kg/min 유체 : 헬륨 - 최대압력 : 3.5 Mpa - 최대온도 : 최대유량 : 1400 m3/hr mm (W) X 2600 mm (D) X 6500 mm (H) 철근콘크리트구조및 1000 mm (W) X 6000 mm (H) X 50 mm (T) 강판베드 - 한국표준형원전및 Westinghouse 형원전용경수로핵연료집합체수용 - 최대축방향하중 : 20 ton - 최대횡방향하중 / 변위 : 2 ton/50 mm - KOLAS 인정획득 (2009) - 대상원자로 : APR 높이비 1/2, 체적비 1/288 - 노심출력 2 MW - 2 loop (2 HL, 4 CL) - OPR1000 계통특성모의 - 일체형강수부구조 - 설계압력 : 18.7 MPa, 설계온도 모의노심 396 개 ( 전기가열봉 ) - SG U-tube 175 개 - 계측기수량 : 1300 여개 110

117 Ⅲ. 원자력 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 MIDAS ( 설치 : 01) DOBO ( 설치 : 04) SUBO ( 설치 : 04) VAPER ( 설치 : 00) HAWL ( 설치 : 05) HiBO ( 설치 : 02) FIVA ( 설치 : 05) APR1400 원자로의대형냉각재상실사고시재관수기강동안의비상노심냉각수우회현상실험 년 : APR1400 안전주입수우회현상실험및 UPTF 대상비교실험완료 년이후 APR+ 인허가를위한안전주입수우회현상실험이예상됨 APR1400 원자로의대형냉각재상실사고시재관수기강동안의강수부비등현상실험 년거시적이상유동변수측정및국소이상유동변수측정실험완료 년 SPACE 코드개발및검증을위한벤치마크문제실험완료 국소스케일전산코드및계면면적밀도모델개발을위한과냉비등실험데이터생산 년국소기포인자측정실험및국소물인자측정실험완료 - 향후응축영역에서의추가실험이예상됨 Fluidic Device 시험개발및성능평가 년 : 종합시운전 년 : APR1400 FD 설계사양도출 년 : APR1400 FD 성능확정및신고리 3&4 호기 FD 설계 / 제작사양도출 - APR+ 용 FD+ 개발실험예정 수평관 2 상유동특성연구 년 : 시운전 년 : 수평관기포유동특성예비평가 년 : 2 상유동벤튜리특성평가 년 : 경사수평관유동양식천이규명 고온 / 고압핵비등및 CHF 가시화연구 년 : 종합시운전 년 : 핵비등가시화기초연구 년 : 저압환형유로구축 년 : 저압핵비등기포이탈직경, 생성빈도가시화평가 년 : 중 / 고압환형가시화시험부구축중 OPR1000 증기발생기전열관유동유발진동실증평가 년 : 종합시운전 년 : OPR1000 SG U-tube 유동유발불안정특성실증평가 년 : 증기발생기 2 차측 2 상유동기포율분포평가 - 대상원자로 : APR 높이비 1/1, 체적비 1/ 원자로강수부를모의하는물 - 증기실험장치 - 설계압력 : 1MPa, 설계온도 계측기수량 : 600 여개 - 대상원자로 : APR 높이비 1/1, 면적및체적비 1/ 원자로강수부하부를모의하는 Slab 형상의비등실험장치 - 설계압력 : 0.5MPa, 설계온도 계측기수량 : 20 여개 - 유로길이 4.1m, 유로내경 35.5mm 가열봉직경 10mm 의환형비등실험장치 - 설계압력 : 0.5MPa, 설계온도 계측기수량 : 20 여개 - 대상원자로 : APR1400/APR+ - Full Scale SIT ( 체적 : 68 m3, 높이 12 m, 내경 : 2.7 m) - Prototype Fluidic Device - 설계압력 : 5.0 MPa - 운전온도 : 상온 - 시험부 -1 ( 내경 : 80 mm, 길이 : 15 m) - 시험부 -2 ( 내경 : 130 mm, 길이 : 13 m) - 작동유체 : 상온 / 상압물 / 공기 - 계통설계압력 : 8 MPa - 시험부 -1: 고압사각유로 * 유동단면적 : 10x10 mm2 * 평판가열면 ( 최대열유속 : 15 MW) - 시험부 -2: 저압환형유로 * 봉히터 ( 최대열유속 : 2.2 MW, 가열길이 : 0.7 m) - 모의대상 U-tube 군 : Row 34~44, Line 71~77-39 개 Prototype U-tube - Egg-Crate 및 AVB 주요설계특성반영 - 작동유체 : 상온 / 상압물 / 공기 111

118 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 SWAT ( 설치 : 10) SCOP ( 설치 : 10) MATiS-H ( 설치 : 04) MATiS-V ( 설치 : 08) FTHEL ( 설치 : 01) SMART 원자로표준설계인증용 TASS/SMR Code 임계유동및 ECC Bypass 해석모델보수성평가용 Steam-Water Two-Phae Choking 정상상태실험 - 종합시운전진행준비중 SMART 원자로표준설계인증용원자로유동분포 (Thermal Margin 산정용 ) - 원자로압력강하측정정상상태실험 - 종합시운전진행준비중 핵연료봉다발단상유동부수로난류혼합상세규명, CFD 상용코드계산성능검증실험자료생산 - 부수로축방향및횡방향난류유동상세측정및 CFD 해석수행 - 현재 IBP-2 (International benchmark Problem) 핵연료봉다발부수로기포유동 IAC 상세측정, IAT 생성항모델개발및 CMFD 상용코드계산성능검증실험자료생산 - 부수로전영역기포유동분포상세측정및관련기포변수생산 - 현재봉다발대상생성항모델개발을위한기포분포다단면동시측정실험기획중 국내개발지지격자에대한임계열유속 (CHF) 성능평가및부수록해석코드검증데이터생산, 초임계압원자로의안전해석을위한실험데이터베이스구축 년 ~ 2006 년 : 국내개발지지격자에대한 CHF 성능평가시험수행및이를통해지지격자설계개선 / 개발에직접적인기여함 Fluid-to-fluid 모델링평가를위한실험데이터베이스구축 년 ~ 2008 년 : 초임계압원자로의안전해석을위한실험데이터베이스구축 ( 초임계압근처 CHF 및초임계압조건압력천이열전달실험수행 ) 년 ~ 2009 년 : 일본핵연료주식회사 (NFI) 지직격자에대한 CHF 실험수행 ( 과제계약 2 회 ) 년 : SMART 원자로핵연료대상 CHF 시험수행 (3 가지시험경우, 총 360 개의 CHF 데이터생산 ) - 대상원자로 : SMART - 높이비, 직경비 1/5, Linear Scaled Down - 2 inch 급 SBLOCA 임계유동모의 - 대상모의압력 2MPa - 온도 2MPa 포화온도 - 일체형강수부구조 - 설계압력 : 4 MPa, 설계온도 대상원자로 : SMART - 높이비, 직경비 1/5, - Linear Scaled Down : 1/20*Re 규모 - 대상모의 - 4 또는 3-Pump 운전 - 일체형원자로구조 - 설계압력 : 0.1MPa, 설계온도 100-5x5 수평봉다발집합체 (170x170x3,800mm), - 유동조건 : 상온상압, Re=50,000, 24kg/s - 측정수단 : LDV, PIV 등광학측정 - 4x4 수직봉다발집합체 (144x144x1,430mm), - 유동조건 : 상온상압, Re=50,000, 24kg/s, 단상및기포유동 - 측정수단 : Conductance Probe, Optical Probe, PIV - 설계압력 : 6.0 MPa - 운전압력 : 4.5 MPa ( 물환원조건 ~ 27 MPa) - 질량유속 : ~ 5600 kg/m2s - 압력제어 : Accumulator - 시험대모양 : 5x5 봉다발환형관 - 원형관 - 전원사양 : 가열봉직접가열방식 60V, 12000A 112

119 Ⅲ. 원자력 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 B&C Loop ( 설치 : 95) RCS Thermal Hydraulic Loop ( 설치 : 92) ATHER ( 설치 : 03) 가압기 Blowdown, Critical Flow Phenomena, Steam Condensation, Thermal Mixing 관련실험을개별및종합적으로수행하기위한복합설비로열수력실험수행, 안전성실증및코드검증용실험 DB 구축 - 공기방출실험 : SKN3,4 호기 IRWST PFF 수립 - 증기응축실험 : Sparger 성능검증 - Critical Flow Test : 실험 DB 구축 - Thermal Mixing Test : 코드개발및검증용실험 DB 구축 원자로안전증진을위한노심열전달실험 - 저유량임계열유속 (CHF) 시험 - 노심열수력현상상세규명 - 사고조건의저유속열수력데이터베이스구축 - 안전해석상관식및모델 - 현재 6x6 봉다발재관수시험에활용되고있음 년에 JRTR 연구용원자로의수출을위한인허가용 CHF 시험예정 년에 SPACE 코드개발을위한막비등열전달실험예정 재관수열전달실험및모델개발 - 지경부후원으로재관수시열전달실험수행및모델개발을수행하고있음 - 지지격자에의한열전달증진규명 - 액적의분쇄등재관수액적거동규명 - 실험데이터및개발된모델은 SPACE 코드의평가및개선에직접적용예정 - 가압기 : 16.1 MPa, kw Heater 0.85 m3 체적 - Quench Tank: 높이 4m, 지름 3 m - 증기발생기 : 1.0 MPa, 0.1 kg/s - 2 증기방출관 - 2 물방출관 - 최대운전압력 : 16 MPa - 최대운전온도 : 347 C - 최대유량 : 3 kg/s - 최대출력 : 450 kw DC, 970 kw AC - 작동유체 ; De-ionized water - 최대운전압력 : 1 MPa - 가열봉최대온도 : 900 C - 냉각수주입속도 : 2 ~ 6 cm/s - 최대출력 : 450 kw DC, 970 kw AC - 작동유체 ; De-ionized water VAWL ( 설치 : 99) 단열조건하에서이상유동구조의공간전파특성연구 - 기포 / 슬러그유동실험 : 2001 년, 2004 년, 2009 년 - 계면면적수송이론모델개발을위해데이터활용 - 환형유동실험 2010 년준비중 - 내경 0.08m, 높이 10m 의투명아크릴주시험대 - 상온, 저압실험 - 5 센서전도도프로브, 양방향유동튜브, 임피던스기포계적용 - 국소기포율, 기포속도, 계면면적밀도, 물속도측정을통한국소이상유동구조와단면평균기포율측정 - 공간적인전파특성 ( L/D=12, 42, 100) - 환형유동실험을위해장치일부수정. 113

120 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 DYNAS ( 설치 : 09) GIRLS ( 설치 : 00) RCP-TF (Test Facility) ( 설치 : 11 예정 ) JICO ( 설치 : 08) CEDM ( 설치 : 01) 단열조건하에서 2 차원이상유동구조정량화 - 지경부후원하에진행하고있는원전열수력설계코드산화과제에서코드검증용개별효과실험데이터생산을목적으로추진 년임피던스측정실험과예비가시화실험수행 APR1400 설계기준사고시 IRWST 에서발생할수있는증기제트직접접촉응축현상 (Direct Contact Condensation) 을모의하여열수력특성파악, 안전성검증및규제요건생산, CFD 코드검증용실험 DB 구축 년 : 증기제트수직방출시제트모형개발및 DCC 시발생되는응축수난류제트유동특성파악실험수행 ( 증기유속 : 150~750 kg/m2s, 수조온도 : 30~90, 단일구멍을통해수직으로증기제트방출 ) APR1400 원자로냉각재펌프의성능검증시험 년 : 시험시설상세설계완료 /RCP 성능시험동건설공사진행중 년 6 월까지원형 RCP 성능시험완료예정 LOCA 사고시증기혹은고에너지액상유체가 suppression pool 로분출되는현상을모의한증기증기응축제트및 pool mixing 현상실험 년 : 증기응축제트및 pool mixing 현상 PIV 기법을이용한속도장측정실험완료 년 : Pool mixing 유동장에대해증기유량에따른난류강도분포해석 제어봉구동장치의검증시험 년 KNGR 의 CEDM 검증시험수행 내구성시험 : 11 만 ft 낙하시험 : 678 회 전력시험 냉각성능시험 년 2 차내구성시험수행 : 누적거리 22 만 ft X 1.45 X 0.11m 의주시험대규격 - 상온, 저압실험 - 입구노즐과출구노즐의조합을통해다양한다차원이상유동구조모의 - 단순가시화용과임피던스측정용주시험대 - 15 X 15 개의임피던스센서활용 2 차원갭평균기포율측정 - PIV 기법을통한기포속도정량화 - 대상원자로 : APR1400 IRWST - 상부개방원통형수조및증기분사기 - 재질 : Stainless Steel - 높이 : 1.5 m, 직경 : 1.8 m - 설계압력 : 10.3 bar - 증기생산용량 : 360 kg/hr - 계측기수량 : 30 여개 - APR1400 원자로실물냉각재펌프 (RCP) 의운전조건모의 - 연건평 : 3,456m2 - 설계압력 : 18.58MPa, 설계온도 설계유량 : 11.7m3/s - 주배관내경 : ~915mm - 설계압력 : 대기압력, 설계온도 70 - 최대증기유량 : 0.023kg/s - 시험부크기 : 직경 0.78m, 높이 2m - 최대운전압력 : 16 MPa - 최대운전온도 : 347 C - 최대유량 : 1.3 kg/s - 작동유체 ; De-ionized water 114

121 Ⅲ. 원자력 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 PASCAL ( 설치 : 10) APR+ 의주요계통인피동보조급수계통 (PAFS) 및관련응축열교환기의성능을검증하고실험 DB 를구축 년 : 장치구축을완료하고현재시운전및장치보완이진행중 년 3 월본격적인실험이수행될예정 - 대상원자로 : APR+ - 열교환기가포함된수조, 증기발생기모의기및관련배관으로구성 - 높이비 1/1, 체적비 1/240 - 최대열출력 0.8MW - 계측기수량 : 600 여개 SMART ITL ( 설치 : 12 예정 ) SMART PZR ( 설치 : 07) VISTA ITL ( 설치 : 10) TROI ( 설치 : 04) HERMES-HALF ( 설치 : 07) VESTA ( 설치 : 10) SMART 원자로표준설계인가를위한실험적검증 년 6 월 : 시운전완료예정 년이후 : SMART 인허가를위한열수력시험수행 보일러가압기설계개념확인및성능향상을위한시험자료확보 ~2009 년 : 다양한조건에서의가압기성능시험 년 : 추가시험 일체형원자로의정상운전및과도상태특성파악및 TASS/SMR 코드의정상및과도상태해석능력및관련모델검증 년 : VISTA 장치를활용한다양한파단조건에서의 SBLOCA 시험 ( 파단위치 : SIS / SCS / PSV 배관 ) 년 : 이차계통관련시험 원자로물질이용증기폭발실험 - 원자로물질이용실험자료국내생산 - 원자로용기침수시증기폭발모의로확장제안 원자로외벽냉각을위한자연순환 - APR1400 외벽냉각을위한자연순환유량실험자료생산 Core Cather 개발 - APR+ 노심용융물냉각연구에연구에활용예정 - 대상원자로 : SMART - 높이비 1/1, 체적비 1/49 - 노심출력 2.0 kw - 일체형원자로 (SG 분리형 ) - 설계압력 : 17.0 MPa, 설계온도 계측기수량 : 1000 여개 - 대상원자로 : SMART-P - 높이비 1/1, 체적비 1/1 - 노심출력 800 kw - Single loop - 설계압력 : 17.0 MPa, 설계온도 계측기수량 : 300 여개 - 대상원자로 : SMART - 높이비 1/2.77, 체적비 1/ 노심출력 818 kw - Single loop - 설계압력 : 17.0 MPa, 설계온도 계측기수량 : 500 여개 - 원자로물질 20-30kg - 전체높이 : 4m - 직경 : 2m - 높이 4.0 m - 직경 : 원자로물질 : 200kg - 높이 4.0 m 115

122 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 한전전력연구원 실험장치명목적및실험내용실험장치규모 대용량밸브 / 펌프운전성능시험설비 ( 완공예정 ) 대용량밸브 / 펌프운전성능시험 - ASME QME-1, PTC 25 에따른대용량 / 밸브펌프운전성능시험수행 원자로주기기모델시험 - 유동변수측정시험 - 유체유발진동 - 열전달시험 - 순간방출유량 : 1135m3/hr(5000gpm) - 최대순환유량 : 3634m3/hr(16000gpm) - 운전압력 : 17.2MPa(2500psi) - 운전온도 : 371 C(700 ) 116

123 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 화 력 Ⅳ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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125 Ⅳ. 화력 1 산업의본질및패러다임변화 1.1. 화력발전산업의정의및중요성 화력발전산업의정의 석탄, 천연가스석유등화석연료의 1차에너지원을최종에너지원인전력으로전환하는데필요한연관산업군을화력발전산업으로정의하며, 원동기형식에따라서기력발전, 가스터빈발전, 가스터빈과증기터빈이결합된복합화력발전및내연발전등으로구분된다. 화력발전설비분야에는화력발전플랜트종합설계를포함한엔지니어링산업, 내열 내식강의에너지소재산업과단위기기제작에필요한부품산업, 발전플랜트주기기및보조기기류제작 설치와관련된화력발전플랜트산업이포함된다. 화력발전설비운영및서비스산업에는한정된화석연료보유자원의효율적활용을위한석탄가스화와저품위탄개량등화석연료이용확대기술을적용한연료개선산업, 전기를생산하기위한발전설비운전과정비 유지관리를담당하는발전설비운영산업, 노후설비의수명연장과성능을개선하는 After Market 산업등이포함된다 화력발전산업의중요성 2020년전체전력생산량중 64% 를화력발전이담당하며, 연평균증가율 2.5% 이상의지속적성장세를유지할것으로전망된다 ([ 그림 1]). 안정적전력공급시스템확보와국가 CO 2 감축목표달성은청정연료인천연가스를사용하는가스터빈발전설비의보급확대와화력발전의고효율화, 대용량화및 Retrofit을통한노후설비의성능개선이현단계의기술수준에서가장경제적이고효율적인방안이다 ([ 그림 2]). < 그림 1> 연료별전력생산량전망 < 그림 2> 효율증가에따른 CO 2 배출저감효과 ( 자료 :WEO 2009) ( 자료 :2004 EPRI) 119

126 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1.2. Macro 환경분석 거시정책변화 OECD 국가의지구온난화방지를위한온실가스배출규제제도화및법규강화와탄소배출권을거래하는탄소시장의대두는화력발전의위기이자기회요인으로작용할것이다. 지구환경문제와화석연료의유한성에도불구하고현재까지석탄, 석유, 천연가스와같은화석연료를완전하게대체할수있는에너지원은아직까지개발되지않았다. 에너지수요전망에서석유소비는감소하는대신석탄사용은꾸준하게증가할것으로예측되며, 화석연료가전체에너지수요의 81% 를담당할것으로전망된다 ([ 그림 3]). 신흥개도국은급격한산업화와성장위주의경제기조유지및국민의보편적복지증대를위한전력수요를충당하기위해, 타에너지원에비해경제성과수급안정성이뛰어나고건설기간이상대적으로짧은석탄화력발전을국가전력공급시스템으로선호하고있다 ([ 그림 4]). < 그림 3> 에너지원별수요량전망 < 그림 4> 지역별에너지원구성 ( 자료 :IEA2008, OECD Report) ( 자료 :BP Statistical Review 2008) 거시경제환경변화 석유가격의변동성증대와일차에너지원의가격상승및자원매장지역의편중화로인한에너지원수급의불안정성은산업경제전반의불확실요소로작용해미래산업성장모델예측의어려움을가중시키고기업의투자를위축시키고있다. 2030년원유가격은 1배럴당 $130정도로전망되지만, 비OPEC 회원국들의원유개발제한및개발에따른증세정책채택과 OPEC 회원국들이원유생산량을감산하는정책을시행하면원유가격은 1배럴당 $200까지상승할것으로예측된다 ([ 그림 5]). 금융위기와세계경제침체여파로 OECD 국가의화력발전신규설비투자는축소된데반해, 인도등아시아권신흥개도국의화력발전에대한신규설비투자는오히려증가하고있다. OECD 국가와신흥개도국간지구환경보호와국가경제발전의우선순위에대한인식차로화력발전산업의시장양극화가심화고착화되는추세이다. OECD 국가는 CO 2 배출량감축을위해가스터 120

127 Ⅳ. 화력 빈발전과신재생에너지보급확대및노후석탄화력발전소의성능개선사업을적극추진하고있다. 선진국에서중국, 인도및아시아국가를중심으로한신흥개도국으로제조산업의중심축이급격하게이동, 재편되면서, 공장증설과더불어도로, 항만및전력생산시설등사회인프라확충이요구되고있다 ([ 그림 6]). < 그림 5> 원유가격전망시나리오 < 그림 6> 연료별 CO 2 배출전망 ( 자료 :WEO 2009) 신규자원의확보와활용도제고를위해저품위탄처럼경제성이낮아채취, 개발및사용에서소외되었던에너지원의산업활용도필요성및관련기술개발의활성화가필요하다 사회환경변화 IT기기의발달로인한유비쿼터스환경조성과사회편의시설확충, 전기관련제품의보급확대등삶의질향상을위해최종에너지원인전력의수요는증가하겠지만, 환경규제의강화와총량제의보편적인보급으로전력생산방식의청정화요구, 즉탈황및탈질등환경보호를위한사회적관심도역시높아질것이다 화력발전산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망 세계발전설비용량은 2015년까지연간 190GW씩그리고 2030년까지는연간 220GW씩증가해 2030년발전설비규모는 7,821GW로예상되며 ([ 그림 7]), 특히동기간동안중국, 인도및동남아시아와중동지역의발전설비용량증가는전세계의 50% 에해당하는 2,415GW이다. 석탄화력발전은중국, 인도와동남아시아지역으로시장이집중되는데반해 ([ 그림 8]), 가스터빈은미국, 유럽, 동남아시아와중동지역에서고른수요로시장이분산되어있다. 석탄화력설비의신규시장규모는연간 43GW로아시아시장이 80% 에해당하는연간 35GW의시장수요발생이예상되며, OECD국가의노후설비 Retrofit에대한시장규모는연간 28GW로전망된다. 121

128 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 7> 2030 년전력설비용량전망 ( 자료 :WEO 2009) GW : 국내 : 중동 : 동아시아 : 인도 CAGR 12.0% GW : Coal : Gas : Oil : Renewable : Nuclear ~ 10 전원개발계획발주규모 06~ 10 실제발주물량 11~ 15 전원개발계획발주규모 11~ 15 예상시장규모 11~ 15 전원구성비 < 그림 8> 석탄화력발전아시아시장전망 ( 자료 : 두산중공업 ) < 표 1> 화력발전시장성장추이및전망 단위 : 백만달러 구분 CAGR 석탄 1) 63,998 63,998 53,332 53,332 53,332 53,332 53,332 53,332 53,332 53, 가스 1) 6,293 7,695 8,576 8,977 9,285 9,441 9,463 9,241 9,236 8, 계 70,291 71,963 61,908 62,309 62,617 62,773 62,795 62,573 62,568 62,248 1) 자료 :EIA, "International Energy Outlook 2008" & Forecast International,

129 Ⅳ. 화력 < 그림 9> 가스터빈용도별 / 용량별매출규모 경쟁동향분석 화력발전은신재생및원자력등경쟁관계의발전시스템에비해여전히경제성우위를확보해향후에도주력발전시스템의지위를유지할것으로전망된다. 중국, 인도및아시아의신규석탄화력물량은인도의 BHEL과중국의발전설비 3사 (Dongfang, Harbin, Sanghai) 가자국의내수시장을주도하고있으며대부분초임계압 (SC) 석탄화력위주로건설중이다. 아시아국가들은발전기술에대한자국기업의기술자립도가낮고화력발전산업기반이취약해기술우위의시장지배기업이없기때문에, 시장진입장벽이낮아가격경쟁력을확보한다면시장점유율향상이가능하다. 초초임계압상용화기술은일본, 유럽등일부국가만보유하고있으며, 우리나라의기술수준은상용화단계로, 2020년이후부터초초임계압석탄화력발전설비와진보된기술이적용된고효율화력발전설비의시장보급이본격적으로확대될전망이다. 청정연료인천연가스를사용하는가스터빈역시타발전시스템에비해저렴한건설비용과짧은건설공기외에도 CO 2 배출을줄일수있는장점을보유하고있어시장경쟁력을지속적으로유지할것이다. GE, 지멘스, 알스톰, MHI의 4개기업이약 80% 의시장을점유하고있으며 ([ 그림 10]), 최근터빈입구온도를 1500 C로향상시킨차세대대형가스터빈은상용화단계이다. < 그림 10> 발전용가스터빈세계시장점유율 123

130 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 정책동향분석 미국, 일본, 유럽등선진국은지구온난화방지와온실가스저감을위해가스복합화력및석탄화력효율향상등에너지효율제고정책과 CCS 기술과결합한고효율화력발전혁신정책을시행하는데반해, 신흥개도국은산업화와국가경제성장을위해석탄화력발전위주의전력공급시스템확충에주력하고있다. 일본은저탄소사회의도래에대비하고관련기술의선점을통한녹색성장을구현하기위해, 2050년 CO 2 배출을현재의 50% 수준까지감축하는것을목표로하는 "Cool Eearth - Innovative Energy Technology Program" 을추진하고있다. 미국은 DOE(Department of Energy) 주관으로 CCT(Clean Coal Technology) 기술개발과청정석탄화력의보급확대를위한 Vision21 프로그램과 CO 2 포획및고효율 USC 석탄화력발전의실증이결합된 UltraGen 프로그램을추진하고있으며, 아시아권국가들은만성적인전력공급부족난해소를위해인도의 Mega프로젝트, 인도네시아 Crash 프로그램및베트남의석탄화력대용량화정책등국가주도의전력난해소정책을수립해추진중이다. 인도네시아는 2025년까지전기보급율 95% 를목표로, 1차로 2011년까지 10GW의발전용량을신규건설하고, 2차로약 11GW의용량을추가건설하는 Crash 프로그램을수립해추진하고있으며, 사업수행에필요한예산은국영전력회사와민간발전사업자의투자에의해충당할예정이다. 선진국의화력발전기술개발로드맵 - 일본의 Cool Earth-21 프로그램 124

131 Ⅳ. 화력 - USC PC 기술 ( 자료 :2009. IEA-CCC) - USC CFB 기술 ( 자료 :2009. IEA-CCC) 125

132 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 인도네시아 Crash 프로그램의발전소건설계획 기술동향분석 화력발전기술은선진국에서국가주도형태로기술개발이진행되며, 발전방식 (USC, CFB, IGCC, 가스터빈 ) 별고효율화, 대용량화, 융복합화및친환경성등의각기장점을내세워상호경쟁하고있는단계이다. After Market산업의확대로발전설비의유지보수개념에서확대된수명연장과출력증대서비스기술이화력발전산업의핵심기술로자리매김하고있다. 고효율화를위한석탄화력증기조건 (~700 C) 의고온고압화와가스터빈입구온도 (~1700 C) 의고온화기술에주력하고있다. 또한가스터빈과석탄화력의대용량화기술및저등급석탄의고품위화와연소시스템기술이결합된대형 CFB 기술과온실가스저감을위한 CO 2 포집및고정화기술을결합한 Near Zero Emission 기술과연료전지, 태양광등타전원시스템과연계된 Hybrid 복합발전시스템의융복합기술, 가스터빈정비와수명연장, Uprate 기술및석탄화력성능개선용 Retrofit 기술이개발되고있다 ([ 그림 11]). USC-PC Super C Ultra S.C. 41~43% Ultra S.C. 43~44% Future Technology CFB A- FBC P-FBC 42~43% A-PFBC ~50% Gas Turbine LNG 1100 CC 43~44% LNG 1300 CC 48~49% LNG 1500 CC 52~53% IGCC IGCC 1300 IGCC ~50% IGCC ~53% Direct Generation (Fuel Cell) R&D(1000kW) R&D(1000kW) LNG-MCFC 55% LNG-SOFC 55% IG FC 55% IGFC 55% < 그림 11> 화력발전기술개발동향 ( 자료 :KIT. Prof. F. Masuyama) 126

133 Ⅳ. 화력 1.4. 화력발전산업의미래패러다임변화탄소시장활성화와온실가스배출규제심화정책에대한대응으로 CCS와기술융합및석탄청정화기술의활용증대와고효율화로진화하겠지만, 여전히화력발전이주전력공급시스템의역할을담당한다. 탄소시장의영향으로아임계압과초임계압노후발전소의성능을개선하는 After market의성장은화력발전산업의또다른시장활성화를맞는계기로작용할전망이며, 풍력, 태양광등신재생에너지의사용과보급율은확대되겠지만, 안정적인출력을유지해야하는대용량국가전력시스템의역할을담당하기는한계가있다. 원자력발전은핵물질확산방지를위한각종규제와안전성인증, 안보문제로인한건설지역의제한등으로제한된범위내에서보급이확대될전망이다. 127

134 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2 화력발전산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 화력발전산업에서우리나라의현주소 (As-Is) 2010년화력발전산업은아시아, 중동과중 남미국가에서 12조원이상의화력발전플랜트수주실적을달성하였다. 석탄화력발전의기술수준은현재기술자립단계로고도의중화학, 기계및 IT산업을기반으로선진국수준의설비제작과운영기술력및플랜트공사수행능력을보유해해외시장에서선진국과거의대등하게경쟁하고있지만, 핵심원천기술에해당하는설계기술은기술개발만완료된상태이며, 800MW급용량이하의초임계압화력발전플랜트는국내기업들이설계, 제작, 엔지니어링및설비운영등사업전주기를수행할수있는능력을확보하고있으며, 국내발전소건설과운영실적을바탕으로해외로수출하고있다. 1000MW급고효율초초임계압 (USC) 화력발전과대용량 CFB발전에대한설계, 제작및운영실적은현재까지확보하지못했지만, 1000MW USC 실증플랜트건설이포함된기술개발과제가정부지원하에 2010년부터수행되고있다. 가스터빈산업은 5MW급이하의소형가스터빈은외국사와기술제휴를통한기술개발을통해설계및제작기술을확보하고성능실증단계까지추진된데반해, 100MW급이상의대형가스터빈은여전히자체설계및제작기술을보유하지못했다. 고온부품역시가스터빈입구온도 1300 C이하 E/F급의 Blade, Vane 및압축기등일부제품에한해국산화를했지만, 교체용고온부주요핵심부품에대한제작기술은여전히기술개발단계에머물고있다. 분산전원과열병합발전용으로수요확대가예상되는소형가스터빈과 After Market용가스터빈핵심부품제작기술은상용화를위해실증을거쳐야되며, 복합화력발전용대형가스터빈은국제공동개발과선진사와전략적사업제휴를통한비즈니스모델과기술확보가시급하다 글로벌시장포지션 국내업체의시장점유율은인도와동남아시장의실적을바탕으로보일러와증기터빈각각 3% 와 5% 정도이며유럽과일본의경쟁사들과유사한실적을나타났다. 2009년석탄화력신규물량은 80GW로인도시장이 42%, 중국시장이 40% 로양시장이전세계물량의 82% 로향후인도와아시아시장의중요성은더욱높아질전망이며, 자국내물량을바탕으로인도와중국업체들이시장의절대우위를유지할것이다 ([ 그림 12]) 시장점유율 (%) BHEL 중국 MHI/L&T 두산 B&W 알스톰 Cethar V 기타 시장점유율 (%) BHEL 중국 * 일본 ** GE 두산 Siemens 알스톰기타 < 그림 12> 2009 년도석탄화력발전업체별시장점유율현황 ( 자료 :2009 McCoy 보고서 ) 128

135 Ⅳ. 화력 화력발전의전략시장인아시아시장에서 2004년이후인도에서건설되는 660MW 이상의초임계압석탄화력은국내업체가보일러분야에서 41% 점유율로인도시장의석탄화력대용량화를주도하고있다. 인도시장에서대용량석탄화력의국내업체점유율향상은인접한인도네시아, 베트남등동남아국가에서추진하는석탄화력대용량화국가프로젝트참여에유리한기회로작용할것이다 ([ 그림 13]). (EPC) ( 보일러 ) ( 증기터빈 ) 중국 (60%) L&T/MHI (19%) BHEL (15%) 두산 (6%) 러시아중국 (14%) (27%) BHEL (19%) 두산 (41%) L&T/MHI (11%) 중국 (27%) 도시바 (27%) 러시아 (27%) BHEL (8%) < 그림 13> 2004~2009 년인도의대용량석탄화력발전점유율현황, [Ref: 두산중공업내부보고서 ] 가스터빈산업은가스터빈과핵심기기는전량해외업체에서수입하고있는실정이며, 교체용고온부품수급을포함한국내정비시장도해외업체가독점하고있는상황이다 핵심역량보유수준평가 화력발전의핵심역량중제작부문과설치및운영부문을제외하고는전반적으로선진사대비경쟁력이저하되는것으로분석된다. 수준대비핵심역량항목 Gap 분석열위동등우위제조설비 에너지관련부품과대형내열산업표준화공정 소재의제작기술 / 설비는확보인프라기술인력 부품소재국산화율 초합금제조설비및역량부족설계 Tool 및 DB 핵심기술엔지니어링및설계 설계및엔지니어링기술을제 ( 설계 / 제작 / 제작 / 가공 / 조립 외한설치, 제작및운영기술은운영 ) 플랜트토건 / 설치 경쟁력을확보하고있음시운전및 O&M 개발비 / 제도지원 화력발전기술개발지원축소연구개발성능시험 / 신뢰성평가 실증및상용화지원 - 선진사와기술격차확대석탄화력 ( 국내 ) 석탄화력 ( 해외 ) 선진사제품에비해 Brand 시장가스터빈 ( 국내, 외 ) Power와핵심원천기술부족점유율 HRSG ( 국내, 외 ) 구매매력도감소해외수출실적 129

136 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2.2. 핵심이슈분석 1) 정책 / 제도적측면 화력발전산업에대한실증사업지원제도의미비및녹색화산업의우선적지원정책의영향으로기술개발에대한실질지원이축소되는추세이다. 개발된핵심기술의상용화추진을위한실증사업에대해기존기술개발과차별화된연구관리규정적용및기획부터선정을위한심사평가의단계별기간을단축할수있는 Fast track을구축해야한다. 실증사업추진시실기규모의설비제작과운영분야까지정부의사업범위와기금지원비율을확대해참여기업의부담을줄이고, 참여기업과약정된시점에상업화설비로무상이전을보장해야한다. 가동중설비에서국산화제품의실증시험시, 해당발전소에국산화제품시험실패에따른불이익을방지하고, 이에따른피해보상제도의도입이필요하다. 화력발전산업은기술개발후시제품실증을통해상용화과정을거쳐야제품화와수출이가능하지만, 실증에소요되는기술개발자금과검증설비, 상용초도품의성능보증및위험회피방안등기술개발후실증과상용화단계까지정부지원과제도는미흡하다. 일본의 Wakamatsu시험용발전소처럼개발된단위기기의성능을검증하고교체품의안전성시험에필요한, 50~ 100MW급규모의성능및신뢰성검증용화력발전실증시험설비의구축이선행되어야한다. 화력발전플랜트용부품과단위기기별제품의표준화와규격화를위해국가성능인증제도운영및공인기술인증기관의설립이요구된다. 화력발전플랜트분야전문기술인력양성과보급을위한교육과정을개설하고, 발전플랜트부품제조를담당하는중소기업의기술수준향상과지원을위한전문기술자문단운영이필요하다. 해외플랜트수출활성화를위한수출금융지원, 세제감면및정부재정보증확대가중요하다. 2) 기업전략측면 자체기술개발과인수합병및기술도입등해외선진사와전략적제휴로시장에중간진입한후핵심원천기술을확보하고시장경쟁력을향상시키는전략이필요하다. 화력발전산업은장주기제품수명으로원천기술을보유한기업은안정적수익이보장되는매력적인산업이지만, 기술선점업체에서기술이전회피와시장독과점을형성해신규진출에는기술장벽과시장진입장벽이높은산업군이다. 지속적인설비, 인력및기술개발투자가유발되는반면제품화에따른투자비회수기간이길기때문에기업별로숙련된엔지니어의양성과보유및장기기술개발계획이수립되어야한다. 신흥개도국화력시장의원활한진출과시장점유율확대를위해해외법인및지사를설립해정책적규제의적용을완화시키고회피하는우회진출전략의병행추진이필요하다. 3) 기술개발전략측면 화력발전플랜트의고효율화및청정화를통한경제성, 환경성제고를위해서는크게발전방식의첨단화및운영기술의고도화가요구되고있어이의병행적추진전략이필요하다. 발전방식의첨단화를위해서는 USC 화력발전및 USC(SC)-CFB 발전, 복합화력발전용가스터 130

137 Ⅳ. 화력 빈등다양한화력발전플랜트의고효율화및대형화기술확보를위해, 자체기술개발과실증을통한독자기술확보전략 (USC) 과더불어국내운전중혹은건설예정인선진발전설비에대한벤치마킹과역설계를통한국산화전략이요구된다. 개발기술의신뢰성을높일수있는대형화실증부분과선진기술의벤치마킹을통한국산화전략에있어서, 기술제공발전회사에대한정부의적극적인센티브제도가요구된다. 화력발전과관련된파생기술로발전플랜트의수출경쟁력확보을위해필수적인저급탄및신재생에너지원 ( 바이오매스및폐기물연료등 ) 의이용기술에대한추가적지원과, 신재생에너지원의발전이용을위한정부의제도적, 법적규제완화가필요하다. 131

138 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 화력발전산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점 CO 2 배출저감을위한환경규제강화와탄소시장의활성화는석탄화력발전산업의미래에악영향을미칠것으로대부분분석하고있지만, 이는주로효율이낮은아임계압과초임계압석탄화력에만영향을미치며, 고효율석탄화력기술과 After Market 서비스기술은기술을보유한국가와기업에게는신시장창출과시장의지배력을강화시킬수있는기회요인으로작용할것이다. 환경문제의대두로미국과유럽등선진국에집중된노후발전소는발전소경제수명이전이라도고효율 USC 혹은기타고효율발전설비로대체해야하며, 신규건설될발전소의일부는신재생에너지와원자력이담당하겠지만, 대용량설비는고효율화력발전설비가채택될수밖에없다. 국외환경요인 기회요인 (O) SWOT 분석을통한전략적시사점 국내역량요인 세계발전시장구조개편및환경규제강화로친환경고효율발전설비의필요성증대 신흥국경제성장을위한발전설비확보및전력시장개방으로화력발전시장확대 차세대성장동력모델로발전플랜트산업의육성에대한공감대확산 아임계압석탄화력발전설비와 D/E 급가스터빈의노후화로인한설비대체수요에대한필요성과시기도래에따른 After Market 의팽창 강점요인 (S) 높은교육수준에따라기술인력의기술기반은세계적수준임 화력발전플랜트엔지니어링, 건설, 운전, 정비경험풍부 발전설비산업에대한국내 EPC 업체의경쟁력과함께, 면허생산을통한국내생산및제작 / 품질기반보유 해외선진사와소형가스터빈공동개발수행으로설계 / 시험기술기반확보및국제공동개발에대한경험및 know-how 확보 USC 화력발전설계기술개발완료및 500MW 급 CFB 발전플랜트건설및운영예정 [S-O 전략 ] [W-O 전략 ] 발전회사와개발기업의협력을통한개발로드맵수립을통한취약기술의단계적개발및사업화추진 국내에서사용가능성이낮은화력발전 Low end 기술의후진국기술이전을통해, 해외시장의선점 발전플랜트수익확대를위한 EPC/BOT 사업추진 약점요인 (W) 화력발전설비의독자모델미확보와발전용대형가스터빈에대한국내개발경험전무 국내실증실적및개발에필요한 Resource 와인프라부족 막대한기술개발초기투자비용에대한기업부담및사업리스크과다 해외 OEM 사대비원천설계기술및제품평가기술취약 개발기술에대한신뢰성우려로실증플랜트확보의어려움 해외기술협력회사와국제공동개발및협력강화를통한시장중간진입전략추진 화력발전플랜트실증단지확보를위한정부 - 발전회사 - 제작사간컨소시움형대형과제추진 도입된선진사의화력발전플랜트의역설계및벤치마킹을통한기술확보및국산화로개발 Risk 감소 해외시장수출을위한독자모델에대한브랜드구축 132

139 Ⅳ. 화력 위협요인 (T) 화석연료기반의화력발전수요를억제하는저탄소경제전환정책시행및탄소세도입 선진업체간 M&A 와기술이전제한전략으로원천기술확보의어려움 중국등후발국과기술격차감소로발전시장내경쟁심화 석유및고품위석탄가격의상승및수급의어려움 국내화력발전설비에대한신규수요억제추세 [S-T 전략 ] [W-T 전략 ] 탄소배출을절감할수있는친환경, 고효율화, 대형화화력발전기술의확보 신흥후발국들과차별화된기술개발과경쟁력있는발전산업분야에대한선택과집중 석탄화력발전플랜트의파생연계기술인친환경연료다변화기술의추가개발을통해제품경쟁력강화 대형가스터빈기술확보를위한선진업체와전략적기술협력및제휴로단계적기술개발수행 현지업체와전략적제휴및합작회사설립을통한시장의우회진입 성능이검증한단위부품별수출로국내제품의대외브랜드이미지강화 국내발전기술과 Financing 을결합해아시아시장진출 국내관 산 학 연역량총집결및기술 산업기반구축을통한자체 R&D 능력배양 핵심이슈해결방안 화력발전산업의 2020년세계시장에서사업경쟁력우위확보방안으로는첫째, 산업계는선진 OEM사대비기술격차극복과중국등후발국대비경쟁력확보가동시에가능한사업추진방안을모색해야하며, 현재세계최고수준의운영 정비분야는미래지향적사업영역을개척해나가야한다. 둘째, 정부는국내화력발전관련산업계의해외진출시시너지효과를극대화할수있는플랜트수출산업정책을개발, 추진하여야하며, 이와관련된기술개발, 인력확보, 금융지원등의분야별지원책모색및장기발전계획을수립하고제시해야되며, 셋째기업은신규설비건설및서비스사업분야의사업영역확대에필요한 M&A 및다양한모델확보를위한자체기술개발을추진하고, 정부는산업체개발모델의수출활성화에필요한국내실증기회제공및화력발전산업기술경쟁력의수직도약에필요한녹색기술, IT기술접목등융복합분야의기술개발을병행추진해나가야한다 화력발전산업의 2020 비전및목표비전은 2020년화력발전산업의세계 5대강국진입이며, 정량적목표는 2020년화력발전신규건설및서비스사업시장의 10% 점유로매출 19조원달성 이다. 세부적으로는석탄화력신규건설및서비스시장 10% 확보및천연가스복합화력신규건설및서비스시장 5% 확보이다 화력발전산업유망제품 / 부품 화력발전산업유망제품 / 부품선정기준 유망품목선정기준은첫째, 2020년까지기술개발과실증단계의상용화가완료되어제품출시가가능해야하고, 둘째핵심원천기술의확보를통한기술자립의가능성이있어야하며, 셋째해외선진사로부터국내시장과기술보호정도가크고국내산업의파급효과가커야한다. 끝으로제품의수입대체와수출증대효과가크고세계시장에서 10% 이상의시장점유율확보가가능하고지속적인시장의성장성을반영해야한다. 133

140 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 화력발전산업유망제품 / 부품도출 3.3.1항의유망제품 / 부품선정기준과시장, 글로벌확장성, 지속성개념의산업매력도와기술, 사업환경및한국적특수성을고려한적합성의관점에서화력발전산업의 6대유망제품 / 부품을도출해보면대용량고효율 USC 화력발전플랜트, 연료다변화대응대용량 CFB 발전시스템, 설비출력증강및친환경화, 열병합고효율소형가스터빈시스템, 복합화력발전용 100+ 가스터빈시스템, 가스터빈 After Market용핵심부품이다 ([ 그림 14]). < 그림 14> 화력발전산업유망제품 / 부품도출 134

141 Ⅳ. 화력 4 산업전략 4.1. 화력발전산업전략 화력발전기술로드맵수립 핵심기술에대해장기적인대규모투자계획과기획, 연구개발및실증과정이포함된기술개발전주기를관리할수있는화력발전산업중장기기술로드맵수립이필요하며, 화력발전산업의원천기술과실증기술개발은국가연구개발인프라와연구인력및엔지니어와개발비등기술역량과자원이집중투입되어야하기때문에, 산, 학, 연이연계해성과를창출할수있도록화력발전산업기술협의회등의상설커뮤니케이션조직도필요하다. 실증연구를위한정부정책및제도의지원 실증사업에대한정부기금지원비율을확대하고상용화초도품에대한국가성능보증제도의확립과실증관련발전설비건설계획의전력수급계획선반영과실증설비건설및운영과관련한참여기업의부담경감방안제도화및국내에서개발한화력발전고효율화기술등저탄소사회구축을위한신기술을도입하는기업에인센티브부여가중요하다. 또한상용화기술로해외발전시장에제품을수출할경우각종수출금융의정책자금과세제지원및초도해외수출품에대한정부의재정보증제도도입이필요하다. 개발된기술을상용제품화하고수출로국가경제에기여할수있는기업의역할수행 기업은해외선진사와공동기술개발과제품화를위한국제협력개발사업에대한적극적추진과투자확대와대기업에서핵심기술과제품의기술개발결과물을중소기업으로기술이전을적극실시하고부품기술과소재기술에대한중소기업과의공동기술개발활성화로중소기업의육성및기술력향상을견인할수있도록기술개발의기업투자확대및상생협력시스템구축이필요하다 유망제품 / 부품별전략과제 대용량고효율 USC 화력발전플랜트 1단계로 2015년까지 500억원규모의기술개발예산을투입해 1000MW 초초임계압화력발전설계 제작기술과발전소운용및시운전관련기술을개발완료하고, 2단계로 2017년까지 1조원규모의민간자본을투자해국내기술로개발한 1000MW 초초임계압화력발전기술을적용한실증플랜트를준공해성능검증과신뢰성평가를완료하고제작및운영실적을확보한다. 3단계로 2017년이후국내에서확보한실적을바탕으로해외시장에연간 4GW(6.4조원 ) 상당의 1000MW 대용량초초임계압플랜트수출과연간 1GW(1.6조원 ) 의국내시장수입대체효과를달성한다. 135

142 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 실증플랜트에대해정부는제5차전력수급계획에실증설비를반영하고, 발전회사는실증설비용발전소건설부지제공과사업비를분담하며, 제작사와부품소재업체는개발기술의검증과신뢰도향상을통한해외수출을위한사업화모델의확보가중요하다 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 150MW급이하의 CFB에대한주요요소기술의국내기술은자립단계이며, 국내에 340MW급이상의대용량으로건설혹은건설예정인대용량 CFB 건설경험으로국내제작기술은확보가능하며, 2017년까지기술개발국책과제를수행해선진사제품과성능및용량에서비교우위를차지할수있는 500MW급대용량 CFB 플랜트독자모델을개발하고실증까지완료한다. 실증을포함한총사업예산은약 7천억원정도가소요되며 1천억원정도의정부기금지원이필요하다 설비출력증강및친환경화기술 현재국내화력발전설비중 30% 가 25년이상운전되어에너지효율제고와 CO 2 감소를위한출력증강과효율향상의성능개선이필요한상황이며, EU와북중미에서 40년이상의노후설비물량은연간 28GW의거대시장이형성되며계속증가할전망이다. 화력발전성능개선기술은 GE, 히타치, 알스톰등소수기업들만독점적으로기술을보유하고있으며, 발전설비의출력은 10% 이상향상, CO 2 배출량은 5% 이상절감과플랜트효율 2% 이상증가이다. 또한보조기기의친환경화를위한탈황설비의성능개선 (1,000MW급) 과배기가스동시처리기술도포함된다. 2017년까지 2천억원의기술개발예산을투입해장기운전발전설비의성능개선설계및요소기술과출력증강모듈을개발하고국내노후발전소성능개선공사에실적용을통해공사수행실적의확보가중요하다. 2020년까지연간 4천억원의국내시장에대한 100% 시장점유율과 3조원상당의해외시장의 10% 이상의점유율을확보한다 열병합고효율소형가스터빈시스템 산업체, 병원, 호텔및집단주거지역에대한분산전원보급활성화로열병합발전을위한소형가스터빈은대형발전시스템을적용할수없는분야의틈새기술로 Hybrid화를통해발전효율 60% 이상의고효율화가가능한저탄소녹색경제구현을위한사업분야이다. 소형가스터빈은연간약 3600여대의수요가발생할것으로예상되고있어 2015년까지전세계가스터빈판매예상대수의약 43% 를차지하고있으며, 소형가스터빈중 1MW와 5MW급에대해서는국내자체설계및제작기술을보유하고있다. 2015년까지국내집단거주시설과대형사무빌딩밀집지역에서실증을완료한후본격적인수출상품화를기대할수있다. 136

143 Ⅳ. 화력 복합화력발전용 100+ 가스터빈시스템 시장규모는향후 10년 ( 07년~ 16년, 120MW 이상 GT) 동안연평균 45GW 규모로예상되며, 금액은연간약 10조원에해당하고있으며, 국내에서운영되고있는대형가스터빈은전량해외선진사에서수입하였으며, 고가의부품및정비기술까지해외에의존하고있다. 3단계 10년의기술개발추진일정중 2단계까지 4천억원의예산을투입해실증을통한국산화를완료하고 3단계 3년동안경쟁력강화를위한모델다변화및파생제품개발을실시하며총 6천억원의기술개발예산이소요될것으로예상된다. 2020년예상매출은국내수입대체효과 2천5백억원을포함해약 1조3천억원의직접매출이예상되며, 우리나라의세계 1등제품인담수플랜트와복합화력용 HRSG와결합하면부가가치를더욱높힐수있다 가스터빈 After market 용핵심부품 국내에설치된가스터빈총 131기중 2020년에경제운용연한에도달하는수량은약 40% 에달하며이들설비의성능향상및수명연장비용은약 5,000억원이상될것으로예상된다. 국내발전용가스터빈의핵심부품인고온부품 (Blade & Vane) 에대한신품교체및재생정비비용으로연간 2,800억원이소요되고있다. 원제작사중심의독점적부품공급시스템에의한유지 / 보수용핵심부품의과도한비용발생등시장왜곡현상이심화되어국가적손실을초래하고있으며, 국산화를통한원가경쟁으로국산화기술의수준향상을통한경쟁체제로의전환으로부품도입가격의합리화필요성이높다. 90년대초가스터빈붐에의해설치된설비의운용연한증대와최신형가스터빈수준의부품성능향상에대한필요성증대로 After market용핵심부품은안정적이며지속적인성장을유지할전망이다. 진공정밀주조기술등중소기업기반의핵심부품제조기술은산 학 연이공동개발하고상용화를통해제품제조역량과기술경쟁력을보유한중소기업을육성한다. 137

144 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5 기술전략 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출화력발전산업은 ( 에너지소재 - 부품 - 단위기기 - 엔지니어링 - 플랜트 - 운영 정비 ) 의단계별요소기술들이상호수직연계화되어있어단위기술별로도제품화가가능하지만통합했을때더욱부가가치가높아지기때문에, 최종적으로는실증플랜트를건설해발전플랜트를제품화하는전략기술을도출하는것이가장효과적인방안이다 유망제품 / 부품육성을위한필요기술 List 석탄화력발전기술 유망제품전략기술필요기술 플랜트엔지니어링기술 발전설비기술규격엔지니어링설계기술 주기기 / 보조기기기술규격서 기기배치 / 재해방지 / 계통설비용량선정 / 운전개념선정 / 비상운전 / 시각디자인 기술확보방안 기확보 대용량고효율 USC 화력발전플랜트 보일러 터빈 / 발전기 설계기술대형화로설계연소시스템설계중점육성다탄종석탄혼소기술 ( 자체연소기술유동균일화 / 석탄회예측기술개발 ) 동특성기술동특성해석및보일러온도 / 유량제어기술열유동 / 수순환해석, 후육배관열안정성해석건전성해석및평가기술 1000MW 구조신뢰성해석기확보 1000MW USC 소음 / 진동해석소재제작용접 / 성형제관기술기술검사 / 진단기술중점육성 ( 자체익형및누적손실최소화씰설계기술개발 ) 증기유로최적화기술설계 / 제작 45인치 LSB 설계기술공동연구기술열평형최적화기술 1000MW USC발전기냉각설계 건전성기술 소재기술 플랜트자동제어 통합운전지원시스템 플랜트원격감시및성능예측 1000MW USC 발전기회전자 / 고정자전기설계발전기열유동해석기술 30kV 단자전압절연기술구조 / 진동안정성해석기술 대형로터제강 / 정련 / 단조 / 열처리기술주강품 ( 케이싱, 밸브 ) 제작기술블레이드형단조및 Ti LSB 제작기술 SPE저감밸브 / 블레이드코팅기술 1000MW용 ICMS(Integrated Control & Monitoring System) 기술 Real Measuring & Monitoring 시스템 1000MW USC 시뮬레이터기술 1000MW USC Control Logic 설계기술 1000MW USC 온도제어 Optimizer 및제어알고리즘기술 1000MW USC용운전시뮬레이터 USC 화력발전설비실시간손상감시시스템 1000MW USC 전기설비고장예측 / 감시시스템 1000MW USC 회전체 / 구조물진동신호예측플랜트열성능감시시스템보일러튜브손상감시시스템 중점육성 ( 자체개발 ) 공동연구 중점육성 ( 자체개발 ) 중점육성 ( 자체개발 ) 138

145 Ⅳ. 화력 유망제품전략기술필요기술 설비출력증강및친환경화기술 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 성능개선기본설계 성능개선을위한설비진단 / 평가기술 주기기출력증강모듈개발 배가스동시처리 탈황설비격상및성능개선 500MW 급대형 CFB 모델개발 기존설비와교체품 Integration 설계기술성능및비용최적화설비구축기술기존설비부품사용적합성평가기술연소시스템변경화로내온도예측기술유량증가에따른 LSB 변경설계터빈 Exhaust Hood 개발연소제어시스템및저NOx 2단연소시스템동시처리공정중금속제거공정흡수탑흡수이론을반영한설개개선흡수탑크기최적화고효율탈황공정강제산화방식최적화 500MW급 CFB/Oxy-ready CFB 설계연소로설계입자재순환장치 ( 싸이클론, 외부열교환기 ) 설계 기술확보방안 중점육성 ( 자체개발 ) 기존기술활용 ( 자체개발 ) 공동연구 500MW CFB 플랜트실증 500MW급 CFB 실증플랜트건설시운전및성능평가중점육성폐기물 /Biomass 혼소기술 ( 자체개발 ) 저급연료다변화운영기술연료다변화공급및처리설비종합설계연료다변화의성능및환경성평가시스템 가스터빈발전기술 유망제품전략기술필요기술 가스터빈 ( 열병합고효율소형 GT) ( 복합화력발전용 100+ GT 시스템 ) (GT After Market 용핵심부품 ) 설계 상세설계 Mean Flow Path Secondary/ Cooling Flow Path Combustion system Mechanical/ Electric Design Auxiliary system 개념 / 기본 / 상세설계압축기 / 터빈공력설계유동및구조해석 2차유로설계공기냉각계통설계및해석 Sealing 설계연소계통형상설계및해석저 NOx 연소기개발연소진동제어기술개발 축계설계및해석 소재선정및부품수명예측 Auxiliary system 설계 기술확보방안 JV or 공동연구 중점육성 ( 자체개발 ) JV or 공동연구 보조기기연료제어시스템설계시스템연료 / 윤활 / 시동 / 점화시스템설계부품소재정밀가공기술국산화정밀 Drilling 기술 (Comb. Liner 중점육성 & T/P, 열차폐코팅기술 ( 자체개발 ) 주조품 ) 내구성확보기술고온부품다결정 / 일방향응고기술국산화및정밀주조기술단결정제조기술제작기술몰드성형 / 코어설계기술정밀단조기술디스크 /Shaft/ 블레이드단조기술중점육성연소기라이너, 드럼마찰압접 ( 자체개발 ) 특수용접기술블레이드 / 베인보수용접가스터빈엔진조립기술압축기 / 터빈 / 연소기 / 엔진조립노후설비 Uprate 및고온부품설계 / 제작기술중점육성 139

146 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Uprate 기술수명연장기술연소 / 냉각 /Sealing 기술, 보수재코팅기술 ( 자체개발 ) 시제품제작및실증 성능평가 / 시험 Control & Instrument 실증플랜트건설 압축기 / 연소기 / 터빈성능시험기술로터회전체 / 기어박스성능시험기술가스터빈엔진성능 / 구조 / 내구성시험 계측설비설치및운용기술 플랜트사양및기술규격결정실증운전및데이터해석 공동연구 중점육성 ( 자체개발 ) 유망제품 / 부품육성을위한전략기술도출 구분유망제품전략기술 석탄화력 가스터빈 대용량고효율 USC 화력발전플랜트 설비출력증강및친환경화기술 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 ( 열병합고효율소형 GT 시스템 ) ( 복합화력발전용 100+ GT 시스템 ) GT After Market 용핵심부품 ( 열병합고효율소형 GT 시스템 ) ( 복합화력발전용 100+ GT 시스템 ) 설계기술 연소기술및건전성평가 부품소재국산화및제작기술 1000MW USC 플랜트자동제어시스템플랜트통합운전지원시스템실증플랜트건설 보일러기본 / 상세설계터빈 / 발전기기본 / 상세설계보조기기기본 / 상세설계다탄종혼탄연소및유동균일화기술석탄회거동예측기술대형보일러 / 발전기열유동 / 터빈진동해석 1000MW USC 터빈용부품소재국산화 45인치 Ti LSB 제작 / 가공기술 ICMS(Integrated Control & Monitoring System) 기술시뮬레이터 원격감시및성능예측 / 진단용모듈개발 성능검증및시운전 / 운영기술 성능개선기본설계기술성능개선을위한설비진단 / 평가기술주기기출력증강모듈개발배가스동시처리탈황설비격상및성능개선 500MW급대형 CFB 모델개발 500MW CFB 실증플랜트건설 / 운영저급연료고품위화기술및운영기술개발 설계기술 엔진시제품제작및평가 고온용부품소재국산화및제작기술 노후설비 Uprate 기술 실증플랜트건설 압축기기본 / 상세설계연소기기본 / 상세설계터빈기본 / 상세설계보조기기기본 / 상세설계 Design for Testing 구성품 ( 압축기, 연소기, 터빈 ) 시험설비구축성능및내구성시험및평가열차폐코팅기술정밀주조 / 정밀단조 / 가공기술특수용접 / 블레이드 & 베인보수기술고온부품국산화및소재 DB 구축가스터빈엔진조립기술 Uprate 및수명연장기술 실증플랜트건설및시운전 실증성능평가 / 시험 ( 성능 / 내구성 / 계통연계 ) 실증플랜트건설및운영 140

147 Ⅳ. 화력 5.2. 전략기술확보방안화력발전관련제품은계획생산품이아닌주문자의요구에응하는수주산업의특성상실증플랜트를건설해성능과기술을검증하고실적을확보해야만세계시장에진출가능한산업특성을지니고있다. 석탄화력발전기술중 대용량고효율 USC 화력발전플랜트 의전략기술들은 노후설비녹색화사업 ( 출력증강및효율향상 ) 과 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 에공통기술로활용가능한기본기술에해당한다. 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 모델개발은 Foster Wheeler 등설계기술을보유한해외선진사와공동개발하고, 순산소연소기술은국내에서자체기술개발후국내의실증플랜트에적용해원천기술을확보하며, 저급탄다변화운영기술은개발후국내에기설치되어운전되고있는 CFB 발전소에적용성시험을실시해기술을확보한다. 노후설비녹색화사업 ( 출력증강및친환경화 ) 은 500, 800, 870, 1000MW의설계기술을기반으로교체부품선정을위한진단 / 평가기술과출력증강모듈을개발하고탈황설비의출력증강과배가스동시처리기술을개발하면, 수요자의요구에맞춘다양한제품군을확보하기때문에성장하는 After Market에서경쟁력이강화한다. 가스터빈은소형및대형가스터빈기술과 After market용핵심부품기술간상호연계성이높기때문에설계기술은해외업체와의전략적기술제휴를통해필요기술을국제공동개발하고, 제조기술과핵심부품기술등의전략기술은국내실증플랜트에적용해실적확보를통한국산화전략이필요하다. 가스터빈기술은요소기술중심의단편적인기술개발경향에서벗어나설계-제작-조립-실증의전단계를수행할수있도록정부의전략적지원이수반되어야, 국산화와현장적용이가능한실제품화로연결될수있다. 세부기술확보방안은 항참조 5.3. 중점육성기술 R&D 전략추진과제 대용량고효율 USC 화력발전플랜트중점육성기술 전략추진과제 1 단계 (~2015) 추진방안 2 단계 (~2018) 3 단계 (~2020) 기술목표수준 80% 100% 100% USC 주기기실증 ( 보일러 / 터빈 / 발전기 ) 플랜트자동제어기술 통합운전지원시스템 - 실증플랜트건설 - 상세설계기술개발 - 성능 / 안정성향상기술개발 - 운전관련기술개발 - 기술개발 - 성능 / 신뢰성검증 - 설계최적화 - 사업화모델발굴 - 실증플랜트적용및성능검증 - 해외수출 추진방법 - 산, 학, 연공동으로요소기술개발 - 실증플랜트건설비참여기업에서부담 - 실증플랜트는기업주도기술개발 - 요소기술은산, 학, 연공동기술개발 - 개발품의현장적용은기업주도로실시 - 기술개발비정부지원 141

148 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 연료다변화대응대용량 CFB 플랜트 전략추진과제 1 단계 (~2015) 추진방안 2 단계 (~2018) 3 단계 (~2020) 추진방법 기술목표수준 80% 95% 100% 500MW 급대형 CFB 모델개발 500MW CFB 플랜트실증 저급연료다변화운영기술 -해외기술협력사선정 -핵심요소및설계기술개발 -실증플랜트사양및부지선정 -플랜트종합설계 -저급연료현황분석및 DB구축 -경제성검토 -최적혼소율운전조건확립 -고유 CFB모델확보 -Oxy CFB 운영기술개발 -실증플랜트건설 -시운전및성능검증 - 연료포트폴리오, 활용안도출 - 연료다변화성능 / 평가시스템개발 - 설계기술검증및최적화 - 사업화모델발굴 - 해외수출 - 실증플랜트적용및효과분석 - 해외공동연구 - 기술개발비정부지원 - 실증플랜트건설비정부지원 - 기업주도기술개발 - 산, 학, 연공동연구 - 기술개발비정부지원 설비출력증강및친환경화기술 전략추진과제 1 단계 (~2015) 추진방안 2 단계 (~2018) 3 단계 (~2020) 추진방법 기술목표수준 80% 95% 100% 성능개선기본설계기술 성능개선평가기술 주기기출력증강모듈개발 - 핵심요소및 Integration 기술 - 성능및비용최적화 Tool 구축 - 대상설비선정 - 대상설비진단및평가 - 주기기모듈개발 - 설계기술검증및최적화 - 국내공사에적용 - 시운전및성능검증 -주기기출력증강모듈구축 -실증검증 배가스동시처리 -기본기술개발 -실증및상용화 -해외공사적용탈황설비격상및 -1000MW격상 -실증및상용화 -해외공사적용성능개선기술개발 -USC 의설계및요소기술연계활용 - 기업주도개발 - 산, 연공동기술개발 - 기술개발비정부지원 - 실적용공사비는기업분담및정부보조 - 해외공사적용 - 산, 학, 연공동기술개발 - 기술개발비정부지원 142

149 Ⅳ. 화력 가스터빈기술개발 ( 열병합고효율소형가스터빈 / 복합화력발전용대형가스터빈 /GT After Market 용 핵심부품 ) 추진방안 전략추진과제 1단계 2단계 3단계 (~2015) (~2018) (~2020) 기술목표수준 80% 90% 95% 추진방법 가스터빈독자모델개발 고온부품및소재국산화 -가스터빈개발기획 -개념/ 기본 / 상세설계 -사양/Layout결정 -소재선정 - 고온부품개발 - 정밀주조 / 단조기술 - 정밀가공 / 특수용접기술 - 부품수명평가기술 -Uprate/ 수명연장기술 -시제품제작 / 조립 -계측설비설치 -실증시험/ 시운전 -성능해석/ 내구성시험 -설비운영기술 -실증플랜트건설 - 고온부품 ( 블레이드, 베인 ) 시제품제작 - 실증플랜트적용 - 성능해석 - 독자모델확보 - 사업화모델발굴 - 물성 DB 구축 - 설계기술은해외공동및 J.V 형태로개발 - 산, 학, 연공동기술개발 - 실증플랜트건설비는기업분담및정부보조 - 기술개발비는정부지원 - 기술개발비는정부지원 - 산, 학, 연공동기술개발 - 국내적용발전소선정시정부지원필요 143

150 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 6 화력발전산업비전체계도 화력발전산업시장점유율 10% 및매출 240 억불달성 - 수출 20 년 190 억불 ( 매출액의 80%) - 고용 20 년 20,000 명 144

151 Ⅳ. 화력 별첨. 참고문헌 1) (2009), World Energy Outlook 2009, IEA 2) (2009), International Energy Outlook 2009, EIA 3) (2007), Business Insights 2007, The Future of Clean Coal 4) (2009), McCoy Power Report 2009, McCoy 5) (2009), Forecast International 2009, 6) (2010), 1000MW 초초임계압화력발전상용화기술개발기획보고서, 지식경제부 7) (2009), 환경친화형발전용대형가스터빈독자모델개발기획보고서, 지식경제부 8) (2009), 발전사업자의수화력발전기술개발시제품활용촉진을위한정책개발보고서, 지식경제부 9) (2008), 5MW 급고효율발전용소형가스터빈엔진개발기획보고서, 지식경제부 10) (2010), 두산중공업발전시장동향보고서, 두산중공업 145

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153 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 신재생에너지 Ⅴ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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155 Ⅴ. 신재생에너지 Ⅰ 총론 1. 신재생에너지산업의본질및패러다임변화 1.1. 신재생에너지산업의정의및중요성 신재생에너지산업의정의 신재생에너지는화석연료나핵분열을이용한에너지가아닌대체에너지의일부로무한한자연에너지를이용함으로써끊임없이재생이되고, 무엇보다도기존에사용해온석탄, 석유, 천연가스등의화석에너지와는달리온실효과의주원인이되고있는이산화탄소의발생과같은공해가거의없는청정한에너지를의미한다. 우리나라는 70년대에 2차례의석유파동을계기로에너지효율향상기술개발과함께태양에너지와같은신재생에너지기술의개발에관심을기울이기시작하였고, 특히 90년대들어환경공해와기후변화협약의환경문제가사회적관심으로대두되면서신재생에너지원의중요성이부각되고있다. 신재생에너지는석유, 석탄, 원자력또는천연가스가아닌에너지로서신에너지기술에는연료전지, 수소, 석탄액화가스화가포함되며재생에너지에는태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 소수력, 해양, 폐기물, 지열이포함된다. < 그림 1> 신재생에너지산업의범위 149

156 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 가. 태양광 태양광산업은광전효과를이용함으로써무한정, 무공해태양빛을전기에너지로변환하는것으로대기오염, 소음, 발열, 진동등의부산물이없다는장점이있으며, 태양광산업은태양전지, 축전지, 인버터등으로구성된다. 태양광산업에서가장핵심이되는태양전지는결정형실리콘, 박막형 ( 비정질실리콘, 갈륨, 인듐등의화합물 ), 유기및염료감응형등이있다. 결정형실리콘태양전지는변환효율 16~25% 로높고, 장기신뢰성이확보되어있기때문에전체태양전지중에서차지하는비중이 90% 에이르고있으며결정질실리콘태양전지의산업구조는원료인폴리실리콘, 잉곳 / 웨이퍼, 셀, 모듈, 발전시스템설치, 운영등 5가지로구성된다. 나. 풍력 풍력발전은바람의운동에너지를전기에너지로변환하는에너지변환기술이다. 공기가블레이드위를지날때양력과항력이발생되는공기역학적 (aerodynamic) 특성을통해블레이드 (rotor) 가회전하게되는데이때발생되는기계적회전에너지가발전기를통해전기에너지로변환된다. 다. 연료전지 연료의화학에너지를전기화학반응에의해전기에너지로직접변환하는발전장치로서수소와산소의전기화학반응을통해전기와열을발생시키는시스템으로연료전지스택, 연료변환장치, BOP 및제어기술을포함하는통합기술이다. 라. 수소 수소는화석에너지를대체할수있는미래에너지원으로서인식되고있다. 수소에너지기술은수소생산, 저장, 운반, 이용기술로분류되며대표적인수소에너지이용기술인연료전지가있다. 수소에너지기술의산업화를위한가장중요한목표는가격절감기술개발이다. 마. 바이오 바이오에너지는완전한순환이가능한생물학적자원을원료물질로사용하여획득할수있는에너지로서운반및저장이용이하여수송연료로사용가능한바이오연료에관한연구개발이집중적으로진행중에있다. 바. 태양열 태양열에너지는태양으로부터오는복사에너지를흡수하여열에너지로변환해서직접이용하거나저장했다가필요시이용하는방법과, 복사광선을고밀도로집광해서열발전장치를통해전기를발생하는방법이있다. 150

157 Ⅴ. 신재생에너지 사. 폐기물 폐기물에너지는생활및산업시설에서발생하는가연성폐기물을변환시켜얻어지는에너지이며얻어지는에너지의형태는기체, 액체, 고체상태의연료, 전기또는열이다. 폐기물은합성수지폐기물 ( 폐플라스틱, 폐타이어 ), 가연성폐기물 ( 종이, 폐목재 ) 등의성상에따라열분해유화, 가스화, RDF 화, 연소등적절한에너지화기술의선정이필요하다. 아. 지열 땅속의중 저온에너지 (15~30 ) 를열펌프 (heat pump) 나냉동기와같은에너지변환기기의열원으로공급하여건물냉난방, 각종건조산업, 도로융설 (snow melting), 온천, 양식업및시설영농, 지역난방등에활용하는기술을의미하며, 우리나라일부지역의심부 ( 지중 1 ~ 2km) 지중온도는 80 정도로서직접냉난방에이용이가능하다. 자. 수력 수력발전은높은위치에있는하천이나저수지물을인공적으로유도하여위치에너지인낙차를이용, 수차에회전력을발생시키고수차와직결되어있는발전기에의해서전기에너지로변환시키는것을말한다. 차. IGCC 저급연료 ( 석탄, 폐기물, 바이오매스및중질잔사유등 ) 를산소및스팀에의해가스화시켜얻은합성가스 ( 일산화탄소와수소가주성분 ) 를정제하여전기, 화학원료, 액체연료및수소등의고급에너지로전환시키는복합기술로서가스화기술, 합성가스정제기술, 합성가스전환기술로구분한다. 카. 해양해양에너지는조력, 조류, 파력, 해수온도차를이용하여에너지원을이용하는기술로서남해안에는조류발전, 서해안에는조력, 동해안에는파력발전과조류력해수온도차발전의가능성이크다 신재생에너지산업의중요성 세계는최근고유가로인한자원위기의확산과기후변화로대표되는환경위기에동시에직면하고있다. 개도국의인구증가와더불어 BRICs와 NICs 등신흥개도국의경제개발확대로에너지수요가지속적으로증가하면서에너지공급부족과에너지가격의지속적인상승세가예견된다. 세계인구는 2011년 1월약 68억에서 2050년 80억~105억명으로예상 (UNDP, 2010) 되고있다. 최근 IEA가발간한세계에너지전망 (World Energy Outlook 2010) 에따르면세계 1차에너지수요는 2008년 12,300백만toe에서 2035년 16,700백만toe로 36% 증가할전망이다. 신재생에너지의기술개발, 산업화, 비즈니스기회는무궁무진하며세계각국은글로벌시장에서점유율을확보하기위해서로전략적협력관계를추구하고있다. 최근세계적인녹색성장 (Green 151

158 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Growth) 또는녹색전략 (green strategy, code green) 의대두로신재생에너지를중심으로한경제발전의새로운패러다임전환을모색하고있다. 우리나라도저탄소녹색성장 (Low Carbon, Green Growth) 을국가발전의새로운비전으로제시하고그린에너지로서신재생에너지를신성장동력으로육성할것을천명하였다. 09년신재생에너지세계시장규모는 1,620억불 (5년간연평균 28% 성장 ) 이며태양광, 풍력, 바이오연료중심으로지속성장이전망된다. 주요에너지원시장예측 (Clean Edge, '10.3) 을살펴보면태양광은 09년 307억불에서 20년 1,000억불, 풍력은 09년 635억불에서 20년 1,200억불, 바이오연료 09년 449억불에서 20년 1,200억불로예상된다. 국내산업규모는 04년 1,394억원 ( 매출액기준 ) 에서 09년 4조 275억원으로 29배증가하였다. 시장자료 ( 디스플레이뱅크, 10.4) 에의하면수출액은 04년 0.65억불에서 09년 20.4억불로 31.4배증가, 10년은 46억불전망되며, 09년수출액중태양광이 64.1%(13억불 ), 풍력이 35.5%(7.2억불 ) 를차지하여태양광, 풍력이전체수출액의 99.6% 를차지하였다. 시장성및파급효과로는 09년기준국내신재생에너지산업은생산 35억불, 수출 20.4억불, 고용 9,000여명의산업유치수준으로, 녹색성장이라는전세계적메가트렌드가속화와함께국내주요기업들이신재생에너지사업에본격진출, 성장동력화가능성이제고된다. 경쟁여건은선진국과기술격차가적은태양광, 연료전지등을중심으로세계최고수준인반도체, 기계기술을접목하면단기간내추격이가능하다. 신재생에너지는온실가스배출이거의없고화석연료를대체하는환경친화형미래에너지다. 원별 CO 2 저감효과는태양광 1MW : 977톤 / 년, 풍력 1MW : 1,500톤 / 년, 연료전지 1MW : 5,860톤 / 년이다. 높은에너지수입의존도탈피및국제유가변동에따른영향최소화가가능하여에너지안보의초석이며 [ 최근국제유가 ( 두바이유, $/bbl):('08.7) ('08.12)40.52 (' ) 73.04], 전후방연관효과로다른산업에비하여고용창출효과가높다. 10억원투자시고용창출효과는태양광 7.1 명, 풍력 10.5명, 연료전지 2.9명으로제조업평균 2.7명 ( 전기 전자 2.4명, 일반기계 3.9명, 화학 2.3 명 ) 보다높게나타나고있다. 성장속도가매우빠른대표적인성장동력산업으로세계적으로정부의전략적투자산업으로신재생에너지시장이향후 10년간매년 15.1% 성장이전망 ( 美 Clean Edge) 된다. '90년대말~ 00년초 IT 혁명기의 IT분야연평균성장률 16.8% 와견줄만하다. 세계 73개국이경기부양과일자리창출을위해재생에너지정책을강력히추진 (REN21, '09.5) 하고있으며, 신재생에너지는화석연료에비해경제성이낮으나일자리창출등경기부양효과가높아미, 일, EU 등대부분의국가에서정부지원을강화하는추세이다. 152

159 Ⅴ. 신재생에너지 1.2. Macro 환경분석 (Mega Trend 중심 ) 정치 / 정책변화 주요선진국은경기불황기를기술개발을통한미래성장동력확보를통하여극복하는기회의신패러다임으로인식하고있다. 글로벌경기침체, 환경정책을명분으로, 현 WTO 규정에벗어나지않는새로운산업정책의틀이선진국을중심으로형성되고있는실정이다. 한국은 2009년 7월녹색기술및산업, 기후변화적응역량, 에너지자립도, 에너지복지등녹색경쟁력전반에서 2020년까지세계 7대, 2050년까지세계 5대녹색강국진입을목표로한 녹색성장국가전략및 5개년계획 을발표하였다. 신재생에너지보급률목표는 09년 2.7% 에서 20년에는 6.08%, 30년에는 11%, 50년에는 30% 이다. 정부전체차원의 10년신재생에너지 R&D 예산은 4,235억원으로 09년(3,544억원) 대비 19.5% 증가하였다. 대부분중앙부처의 R&D 지원예산 (88.4%, 3,745억원 ) 이며, 지자체 (0.6%, 25억원 ) 및정부출연연구기관 (11.0%, 465억원 ) 에서일부수행하고있다. 중앙 8개부처 17개사업에서 09년 3,078 억원을지원했으며, 10년 3,745억원을지원 ( 전년대비 21.7% 증가 ) 하였다. 10년지원비중 ( 억원 ) 을살펴보면지경부 3,058(81.6%), 교과부 189(5.0%), 방사청 164(4.4%), 국토부 148(3.9%), 환경부 99(2.6%), 농식품부 46(1.2%), 농진청 30(0.8%), 산림청 12(0.3%) 순이다. < 표 1> 중앙부처신재생에너지 R&D 추진현황 ( 단위 : 백만원 ) 부처 사업명 예산 ( 백만원 ) 교육과학기술부기후변화대응기초원천기술개발 ( 신재생에너지분야 ) 9,550 9,550 고효율수소에너지제조 저장 이용기술개발 9,500 9,300 농림수산식품부 농림기술개발 ( 신재생에너지분야 ) 2,765 3,105 해조류바이오에너지화연구 800 1,500 농촌진흥청 농업바이오에너지생산기술개발 2,200 3,050 산림청 임업기술연구개발 ( 신재생에너지분야 ) 1,030 1,009 산림과학기술개발 ( 신재생에너지분야 ) 환경부 폐자원에너지화및 Non-CO 2 온실가스사업단 ( 폐자원분야 ) 6,927 7,500 " 폐기물인력양성 1,680 2,400 국토해양부 해양에너지실용화기술개발 5,800 9,500 해양에너지전문인력양성 900 1,100 해양바이오에너지기술개발 2,724 4,180 방위사업청 국방녹색기술개발 7,685 16,375 지식경제부 신재생에너지기술개발 205, ,051 " 신재생에너지인력양성 9,740 9,000 " 신재생에너지설비보급기반구축 4,140 3,700 " 광역경제권선도산업육성 36,631 53,000 합계 307, ,

160 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 지자체의신재생에너지 R&D에대한독자지원은미흡한실정이며, 4개시 도에서 10년에 25억원을지원하였다. 또한, 정부출연연구소 12개기관에서기초 원천기술개발또는기관특성에맞는요소기술개발을추진중이며 10년에 465억원을투자하였다. 미국은 CCTP(Climate Change Technology Program, 06.9) 를통해국가차원의기후변화대응을위한장 단기별목표기술을설정하고, R&D 프로그램과투자에대한민간부문의협력을강조하고있다. 수소연료전지등차세대기술개발에대한투자확대 ( 02~ 07, 17억불 ) 및수소경제국제파트너쉽 (IPHE, 03) 등세계주도권을선점하고있다. 향후 10년간청정에너지분야에 1,500억불투자, 25년전력소비의 25%( 09년 10.4%) 를신재생에너지로공급할계획이다. 온실가스감축, 일자리창출등을위한 ARRA(American Recovery & Reinvestment Act) 이통과 ( 09.2월) 되어美 DOE의에너지효율및신재생분야예산을대폭확대하였다.[( 08) 17억불 ( 09) 187억불 ( 정규 19 + ARRA 168) ( 10) 22.4억불 ] 美 DOE는 ARRA예산과는별도로산하 R&D전담기관인 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency - Energy) 를통해풍력, 바이오연료등의단기상용화기술개발에 2.5억불을지원하고있다. EU는 '20년까지 90년대비 20% 온실가스감축및재생에너지비중을 20%( 07년 7%) 로확대할계획이다. 10.3월영국, 벨기에, 스웨덴등 6개국은차세대태양전지공동개발프로젝트 (PRIMA) 에착수 (3년간 230만유로지원 ) 하였다. SET Plan(Strategic Energy Technology Plan, 07.11) 을통해온실가스감축목표달성을위한전략적에너지기술계획을발표하고기술맵 ( 기술현황, 장애요인, 기술가능성 ) 과능력맵 ( 재정, 인력 ) 작성을추진하고있다. 신재생에너지분야에서는발전차액지원등정책적지원및 Framework 프로그램을통해 R&D를지원하고있다. 일본은 20년까지 90년대비 25% 온실가스감축및신재생에너지비중을 10%( 08년 3.2%) 로목표하고있다. 20년목표는태양광 28GW, 풍력 5GW, 바이오매스 3.3GW 등이다. Cool Earth( 08.4) 를통해 50년까지온실가스감축목표 (50%) 달성을위한 21개혁신기술을발표하여에너지효율향상과저탄소에너지이용확대를위한세부기술을제시하였다. 신재생에너지분야에서는국가주도 R&D 프로그램 (NEDO) 으로산업적, 기술적우위선점및수출산업화를추진하고있다. 중국은 20년까지신재생에너지비중 15%( 07년 8%) 목표로 09년한해에만 346억불을신재생에너지에투자하였다. '20년까지 7,400억불을신재생에너지산업에투자하여재생에너지생산을대폭확대할계획이다.[ 20년목표 ( 현재 수정안 ) : 풍력 GW, 태양광 : GW] 거시경제환경변화 녹색에너지산업은신시장을창출하는거대산업으로부상하고있다. 전세계적으로녹색에너지의투자는매년 60~80% 급증하고있다. 美캠브리지에너지연구소 (CERA) 는지열, CCS, 태양광등 8개녹색에너지분야에 2030년투자규모를 7조 $ 로예측하고있으며, 美전문조사기관 Clean Edge사는녹색에너지시장이향후 10년간연평균 15.1% 고성장할것으로전망하고있다. 또한, 녹색에너지산업의경제성이확보되면타산업으로확대되고, 그효과가사회문화적변화로이어질것으로예상된다. 154

161 Ⅴ. 신재생에너지 녹색에너지산업의높은성장세는 PC, 휴대폰, 인터넷등 IT혁명기 ( 90년대말~ 00년대초 ) 의초기성장률 (16.8%) 에비견될만큼폭발적이다. 더욱이, 녹색에너지산업의경제성이확보되면타산업의그린화, 사회 문화적변화등으로이어지는폭포효과 (Cascade Effect) 를유발할가능성이높다. 타산업의녹색화 (Green Transformation) 로 1 제품의부가가치제고 ( 예 : Hybrid Car) 2 제조공정의환경친화 3 에너지저소비산업으로의산업구조전환이촉진되며, 사회 문화적변화, 수송체계 (modal shift) 및교통문화의변화, Green-Home 등주거문화의변화등 Eco-Living 이확산될것이다. 미국, EU국가등을필두로한수소 / 연료전지, 태양전지, 풍력발전및바이오연료등신재생에너지산업의급격한성장 (2000년대연평균성장률은 30~50%) 이예상된다. 미국은 Vision 21 Project ( 풍력, 태양광발전상업화지원 ), 백만호 Solar-roof 계획, IPHE ( 수소경제국제파트너쉽 ), 바이오연료보급계획 ('2017 수송연료 15% 바이오에탄올공급 ) 등추진하고있다. EU는 20년까지총에너지소비의 20% 를풍력, 태양전지, 바이오연료등신재생에너지로공급하여온실가스를저감할계획이다. 세계적으로 2010년에는태양전지연 240억불, 풍력발전연 320억불, 바이오에너지연 530억불, 폐기물에너지연 130억불이상의시장이형성되었으며이들산업의연성장률약 20~50% 를 2020 년까지지속할것으로전망된다. 2020년경에는연료전지자동차를포함한연료전지시장이약 1,000억불로성장할것으로전망된다 사회환경변화 (Life Style 변화등 ) 석유, 천연가스, 석탄, 원자력은석탄과원자력을제외하고는필연적으로고갈될재생불가능한유한자원이다. 석유는 2010~2020년간, 천연가스는 2030~2040년간에각각최대자원량에도달하고 2030년및 2050년까지는각각절대생산량의고갈과부족현상에직면 (IEA) 할것이다. 지구온난화문제는 1990년대리우회의이후차츰이슈화되어교토의정서의발효로범지구적환경문제로인식하고있으며, 한국도 2013년이후에는어떤형태로든온실가스감축의무의이행을고려하여야하는상황에처해있는것으로평가된다. 중국, 인도등후발제조업중심개발도상국들의성장은기존산업국들의에너지소비증가유발성장구조를크게탈피하지못하고있어세계시장에서의에너지원및자원가격의급격한급등을불러오고있다. 저탄소화사회에대한국민의인식수준상승및기후변화대응기술확보를위한관심이고조되고있으며, 친환경제품에대한관심증가로발전산업은신재생에너지원으로이동이필요하다 전략산업선정기준 미국은 DOE에서 2006년 9월에 미국기후변화기술프로그램 (CCTP, Climate Change Technology Program)' 을수립하여추진하고있다. 기후변화대응을위해서는기술포트폴리오를이용하여장기비용을최소화하는방법으로, 다양한분야에걸쳐기술개발을추진하고있다. 2000년이후 RD&D 155

162 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 예산은지속적으로증가하고있는데, 최근분야별 RD&D 지원은화석연료가가장높은비중을차지하며, 다음으로신재생, 에너지효율, 핵융합, 핵분열등의순이다. 일본은 Cool Earth 50'(2007) 을통한 Cool Earth-에너지기술혁신기술계획 (2008.3) 과 미래기술전략지도 2025 (2008) 등장기에너지기술전략을수립하였다. 미래기술전략지도 2025 에서는종합에너지효율향상, 수송부문연료다양화, 신에너지개발 도입촉진, 원자력이용, 그리고화석연료의고효율 / 청정 / 안정공급등 5개의정책목표를선정하였다. 재생에너지부문의예산은 2008년에 195백만달러 ( 전체예산의 5%) 를차지하며, 태양광분야의비중은전체예산의 4.5%(2006) 로서미국의 2.6% 보다높다. 수소및연료전지분야는미국보다적극적지원을통해 2009년에가정용연료전지분야의세계적인기술수준을유지하고있다. EU의에너지분야 R&D 투자는에너지효율분야와신재생에너지분야에우선순위를두고있다. 지속가능발전을위한에너지공급확보및에너지기술개발포트폴리오에초점을맞추고, 주요관심분야는수소연료전지, 재생에너지발전, 재생연료생산, 냉난방기술, CCS, 청정석탄기술, 스마트에너지네트워크, 에너지효율향상기술, 그리고에너지정책등 9개분야이다. SET-Plan Capacities Map' 에따르면, 유럽연합은바이오매스전환시스템, 태양광, 고온태양열, 풍력, CCS, 수소및연료전지등기술에대한 R&D에집중적으로투자하고있다. FP7 프로그램의비원자력부문은예산의 50% 를차지할정도로비중이높으며, 특히, 태양광, 풍력, 바이오매스기술은지속적으로중요성이증가하고있다. < 표 2> 미국, 일본, EU 에너지분야 R&D 통계 ( 단위 : 백만불, 환율 :2008년기준 ) 구 분 태양광 미 풍력 국 바이오에너지 수소연료전지 태양광 풍력 일해양 본바이오에너지 수소연료전지 태양광 풍력 EU 해양 바이오에너지 수소연료전지 * 참고자료 : IEA R&D통계,

163 Ⅴ. 신재생에너지 한국은저탄소녹색성장기여를위해 녹색기술연구개발종합대책 을마련 ( 09.1) 하였다. 12년까지녹색기술분야투자를 2배확대하는목표를설정하고, 경제성장기여도, 저탄소 / 환경지속성기여도, 전략적중요도등을고려하여선택과집중원칙에따라 27대중점육성기술선정하였다. 이중신규시장을창출하고자하는신재생에너지기술로는비실리콘계태양전지, 연료전지, 바이오에너지가포함되었다. 정부에서는최근 2012년까지풍력보급목표치를 500MW로잡고있으며세계최고수준의조선, 플랜트및건설산업을기반으로단기간에선진풍력발전기술추격이가능하다고판단하고있다. 정부의 09년에너지원별 R&D 지원비중은태양광 (31.3%), 수소 연료전지 (27.3%), 풍력 (12.8%), 바이오 (8.1%) 순이다. < 표 3> 09 년신재생에너지원별 R&D 지원현황 ( 단위 : 백만원, %) 에너지원 2009년예산 2009년예산에너지원지원금액비중지원금액비중 태양광 111, 바이오 28, 풍력 45, 폐기물 13, 수소 연료전지 96, 태양열 4, 석탄이용 1, 지열 6, 해양 9, 기타 * 37, 수력 합계 350, * 기타는특정에너지원에속하지않는기술개발, 기반구축사업, 인력양성사업등 태양광분야를살펴보면지경부는결정질실리콘태양전지초저가화, 박막형태양전지고효율화, 차세대태양전지 ( 염료감응, 유기 ) 상용화를, 교과부는기초원천기술, 방사청은군용박막태양전지개발을추진하고있다. 수소연료전지분야에서지경부는건물용 / 수송용연료전지보급확대를위한실증연구, 발전용연료전지상용화기술개발, 교과부는원천기술개발, 방사청은잠수함용연료전지등을개발하고있다. 해양분야에서는국토부가타당성조사, 해양환경영향평가 저감기술개발, 실증플랜트건설등실용화기술개발, 지경부는조류, 파력등발전시스템실증중심의기술개발을지원하고있다. 바이오연료생산과관련, 6개부처에서기술개발을추진하고있으며, 원료및원료확보방법에서차별화된다. 폐기물분야에서환경부는기초기술이확보되고 Pilot Plant 성공분야를중심으로실증연구및상용화위주로기술개발을추진하고있다. 지경부는연소공정고효율화, 발전시스템최적화등산업설비와 157

164 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 연계된원천기술개발및실증연구를추진하고있다. 농진청은축산폐기물및농업부산물의수거, 운송, 저장및에너지화원천기술개발및상용화연구를진행중에있다. 환경부는폐자원에너지화국내기술수준향상및보급촉진을위해실증연구뿐만아니라원천기술을포함한 폐자원및바이오매스에너지화기술개발사업 을추진할계획이다 ( 11~ 20, 총사업비 9,188억원, 현재예비타당성조사진행중 ). 기타풍력, 석탄이용, 수력, 태양열, 지열에너지분야는지경부를중심으로기술개발을추진하고있다. 풍력은 13년까지 100MW급해상풍력실증단지구축 ( 10년하반기실증단지지역을확정하고, 발전사 / 풍력업체 / 한전등이참여하는 SPC를설립 추진 ), 석탄이용은 2단계한국형 300MW급 IGCC 실증플랜트기술개발 추진예정이다. ( 11~ 15, 총사업비 10,438억원, 정부지원 1,305억원 ) 인프라측면에서는신재생에너지설비인증제도및인력양성사업을운영하고있다. 인증 표준화를위해신재생에너지설비의기술기준제정, 국제표준화, 성능평가장비구축지원 ( 대학 연구소 ), 성능평가비용지원 ( 중소기업 ) 을하고있으며, 현장기술인력재교육및석 박사인력양성지원을하고있다. 지경부는태양광, 풍력, 연료전지분야, 환경부는폐기물분야, 국토부는해양분야, 농진청은바이오분야인력양성을지원하고있다. 우리나라의신재생에너지기술개발주요성과를요약하면다음과같다. 기업명 OCI 글로실 유니슨 한진산업 현대자동차 퓨얼셀파워, GS 퓨얼셀 주요성과 o 폴리실리콘제조기술개발에 163 억원지원 ( 06~ 09) 및생산설비자금 320 억원융자 ( 06~ 08) - 폴리실리콘양산기술국산화완료, 생산설비세계 2 위 (16,500 톤 / 년 ), 09 년매출 7 억불 ( 수출 90% 이상 ), 고용 840 명 ㅇ실리콘잉곳생산기술개발에 19 억원지원 ( 05~ 08) - 다결정실리콘잉곳생산기술및장비 (4MW/ 년규모 ) 국산화완료, 09 년매출 70 억원 ( 잉곳및웨이퍼생산 ) ㅇ풍력발전시스템개발에 25 억원지원 ( 04~ 10) - 750kW 급국산화완료및국내 10 기설치 ( 09 년 174 억원매출 ), 2MW 급실증중, 스리랑카 (750kW 급 13 기 ), 자메이카 (750kW 급 4 기 ) 수출계약 ㅇ풍력발전시스템개발에 28 억원지원 ( 04~ 09) - 1.5MW 급국산화완료및국내 10 기설치 ( 09 년 325 억원매출 ) ㅇ수소연료전지자동차개발및모니터링사업에 275 억원지원 ( 06~ 11) - 일본에이어세계 2 위기술수준보유 ( 국산화율 71%), 200kW 급연료전지버스및 115kW 급연료전지자동차개발 ㅇ 1 kw 급가정용연료전지모니터링사업지원 ( 06~ 11) - 일본에이어세계 2 위기술수준보유, 스택, 전력변환기, 개질기국산화개발성공, 210 대모니터링, 10 년 200 대보급 158

165 Ⅴ. 신재생에너지 전략산업선정과관련하여각국의신재생에너지중점지원분야분석결과 ( 미국은태양광, 바이오에너지, 수소연료전지, 일본은수소연료전지, 태양광, EU는태양광, 수소연료전지, 바이오에너지, 풍력 ) 와신재생에너지중핵심기술보유여부, 지속적기술개발전망, 국내기술수준및필요성, 미래시장전망, 국가경제및타산업에의파급효과를우선적으로고려하였다. 이를바탕으로태양광, 풍력, 연료전지, 바이오연료, 신재생에너지설비 5개분야를전략산업으로선정하였다. < 그림 2> 신재생에너지분야별시장규모 280 신재생에너지분야별시장규모및성장성 ('10-'20) 태양광 태양열 바이오연료전지 2차전지 Clean Coal 풍력폐기물지열해양소수력 자료 : Accenture Analysis, 2010( 환율 1,100원 /USD, 1,400원 /Euro) Bio, 퓨어셀및 2차전지시장을제외한시장규모는신규설치용량의설치금액기준으로산정 < 주요국신재생에너지중점추진분야 > 구분태양광풍력수소연료전지 바이오에너지 미국 일본 EU 159

166 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Ⅱ-1 태양광 1. 태양광산업의미래성장방향 1.1 시장성장추이 / 전망 2009년에는글로벌경제위기로태양광시장이위축되었으나, 2010년이후에는국제유가상승, 온실가스감축압력등으로다시성장할것으로전망된다. 세계경제침체와각국정부의지원축소에도불구하고태양광발전은 2009년에 6.0GW가신규로설치되어 2008년 5.5GW 대비 9.1% 성장 ( 디스플레이뱅크보도자료 ) 하였다. 독일이 3.3GW를설치하여세계태양광발전시장의 55% 를차지하는부동의 1위를차지한반면, 2008년 2.3GW가설치되었던스페인은발전차액축소로 2009년에는 0.15GW로대폭감소한특징을보이고있다. 국제사회의온실가스감축압력과대체에너지시장확대로 '10년이후에는연평균 30% 의성장이전망되는유망한분야 ( 한국기업평가, 태양광산업의주요이슈와신용평가시고려사항, 2009) 이다. 독일컨설팅기업인 Photon 社는세계태양광시장이 2011년에는발전량기준 30.6GW, 1,210억달러시장으로성장하여 D램과플래시메모리등반도체시장보다커질것으로전망하고있다. < 그림 3> 2020 년까지의세계태양광시장전망 (EPIA 2010) 160

167 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 4> 태양전지종류별시장점유율 (2005~2009년 Photon International , 2010~2020년 EPIA 2010) 161

168 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1.2. 경쟁동향분석 세계시장 Top 10이규모의경제를바탕으로하여절반에가까운시장점유율을차지하고있다. 원가경쟁력과판매역량을바탕으로 Suntech을비롯한중국업체의약진이두드러지며, CdTe( 카드뮴텔룰라이드 ) 박막형을생산하는미국의 First Solar사가 2009년전세계시장에서 1위를차지하였다. Top 10 생산업체는대부분 2010년이후에는 1GW 이상의생산용량을확보할것으로예상되며, 규모의경제를통한원가경쟁력확보로시장지배력이더욱커질것으로예측된다. < 표 4> 연도별업체별태양전지점유율순위 (2005~2008년디스플레이뱅크 , 2009년자료는 Photon International ) 연도 Top 10 업체시장점유율 Sharp (428MW) Q-Cells (166MW) Kyocera (142MW) Sanyo (125MW) Mitsubishi (100MW) Schott Solar (95MW) bp Solar (86MW) Suntech (68MW) Motech (60MW) Shell (59MW) Sharp (435MW) Q-Cells (253MW) Kyocera (180MW) Suntech (160MW) Sanyo (155MW) Mitsubishi (111MW) Motech (102MW) Schott Solar (96MW) SolarWorld (90MW) bp Solar (86MW) Q-cells (365MW) Sharp (372MW) Suntech (365MW) Kyocera (207MW) First Solar (200MW) Motech (176MW) SolarWorld (170MW) Sanyo (165MW) Yingli Solar (143MW) JA Solar (132MW) Q-Cells (574MW) First Solar (504MW) Suntech (498MW) Sharp (473MW) JA Solar (300MW) Kyocera (290MW) Yingli Solar (281MW) Motech (272MW) Sunpower (237MW) Sanyo (220MW) First Solar (1,100MW, 미국 ) Suntech (704MW, 중국 ) Sharp (595MW, 일본 ) Q-Cells (586MW, 독일 ) Yingli (525MW, 중국 ) JA Solar (520MW, 중국 ) Kyocera (400MW, 일본 ) Trina Solar (399MW, 중국 ) Sunpower(397MW, 미국 ) Jintech Solar(368MW, 대만 ) 71.4% 64.7% 52.1% 49.9% 54.4% 162

169 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 5> 2009년태양전지업체별시장점유율 (Photon International ) First solar 8.9% Suntech power 5.7% Sharp 4.8% Q-Cells 4.8% Yingli 4.3% Rest of world 54.6% JA Solar 4.2% Kyocera 3.2% Trina Solar 3.2% Gintech 3.0% SunPower 3.2% < 그림 6> 2009년국가별폴리실리콘, 결정질 Si 태양전지및모듈, 박막모듈생산량현황 ( 출처 : Global Market Outlook for Photovoltaics until 2014, EPIA, ) 163

170 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 5> 주요태양전지생산업체현황 ( 각기업 IR 자료, 디스플레이뱅크 2010) 업체명 주요사업현황및전략방향 - 99년설립이후 CdTe( 카드뮴텔룰라이드 ) 박막태양전지생산 - 07년 200 MW를생산하였으며 09년 1 GW 급생산라인구축예상, 모 듈효율 10% 이상달성 First - 원가경쟁력이상용태양전지중에서가장뛰어남 Solar( 미국 ) - 모듈 cost 0.76$/W 달성발표 (PV-Tech ) ( 결정질실리콘태양전지 1.7$/W, 비정질실리콘태양전지 1.3$/W, PVinsight) - 생산용량 : 1.4GW ( 10) 에서 2.2 GW ('12) 으로확장예정 년기준매출액 2.5 billion $, 영업이익률 25%, 시장점유율 8.9% Suntech ( 중국 ) 샤프 ( 일본 ) Q-Cells ( 독일 ) - 06년일본의 MSK를인수하여 10 년까지생산량을 1GW로확대추진예정 - 07년결정질실리콘태양전지 336MW 규모생산 ( 세계 3위 ) - 실리콘의안정적수급을위해 06년이후 MWMC, REC, Sunlight 등 5개실리콘제조업체와장기공급계약을체결 - 실리콘박막태양전지분야진출개시 년매출액 1.7 billion $, 영업이익률 10% 실적 년태양전지사업에착수한이후세계최초로태양전지상용화에성공한생산 1위업체 - 태양전지시장지배력강화를위해소재개발을위한 R&D에집중하고있으며 2007년부터스미토모와의전략적제휴로웨이퍼를 6년간독점계약중에있음 - 07년결정질실리콘태양전지 363MW 규모생산 ( 세계 2위 ) - 미래태양전지수요에대비해 2010년연간 1GW의실리콘박막태양전지생산시설을확보할예정 년기준매출액 billion yen, 영업이익률 -10.2% - 02년태양전지사업을시작했으나독일정부의적극적인시장확대정책에힘입어 06년 10% 의시장점유율확보 - Elkem과 08년부터 18년간실리콘공급계약을체결하고 10년연간 1GW 로생산량을확대할계획임 - 07년결정질실리콘태양전지 390MW 규모생산 - 결정질실리콘태양전지분야와더불어실리콘박막및 CIGS 박막태양전지사업에도진출 년기준매출액 810 Million Euro, 영업이익률 -63% 으로사업운영이어려운상황 1.3. 정책동향분석 독일, 미국, 일본등주요선진국들은자국의태양광산업을육성하기위해고정가격제 (FIT) 와의무할당제 (RPS; Renewable Portfolio Standard) 를적용하고있으며, 보조금지급, R&D 투자확대및태양광주택보급사업등도수행하고있다. 164

171 Ⅴ. 신재생에너지 독일은신재생에너지법을기반으로고정가격제, 과감한 R&D투자, 태양광지붕프로그램등의시행으로세계최대태양광발전국가로성장, 부족한일조량의자연환경에서도적극적인육성정책으로 2008년까지 5.4GW의태양광설비가설치되어 70억유로의시장과 48,000명의고용을창출하는고부가가치산업으로성장할수있었다. 신재생에너지 R&D 투자중 46% 를태양광에집중하고있으며, 태양광주택 10만호건설을위해 2년거치 10년상환의장기융자제도를시행하고있다. 매년지원기준가격을 8~10% 인하하여사업자의기술개발및발전효율개선을유도하고있으나, 보급용량을제한하지는않고있다. 미국은민관합동파트너십 (TPP) 을통해 13개기업에 1.7억달러를지원하였고, 에너지정책법에의해신재생에너지업체에 30% 의정부보조금을지급하고있다. 에너지정책법 (EPAct) 에의해태양광시스템은공제상한선없이법인세의 30% 를공제받을수있으며, 가정용은설치비용의 30% 를세금공제해주고있다. 미국은의무할당제를시행하고있으나, 캘리포니아주를포함한 10여개주에서는고정가격제도입을이미결정또는검토중에있다. 일본은의무할당제를시행하고있었으나, 2009년 11월부터주택과기업에서태양광으로생산된잉여전력을향후 10년간 kw당각각 48엔, 24엔으로구매하고소요비용은전기요금에전가하는고정가격제를병행해서시행하고있으며향후신재생에너지모든전력을고정가격으로구매하는것을검토중에있다. 주택용발전시스템의경우설치비용이 kw당 70만엔이하의제품에만 7만엔 /kw 의보조금을제공하고, 관련비용을세액공제등혜택을부여하고있고, 기업은설비비용의 1/3, 지방정부등의비영리단체는 1/2이지원되고있다. 중국은재생에너지법과신재생에너지 5개년계획에서는 '09년 3월부터 kw당 2만위안의보조금지급및대출금리혜택등을제공하고있다. 정부가신규태양광발전소비용의 50% 를지원하고, 독립형태양광발전시스템의경우에는 70% 의보조금을지원할예정이다. 시장확대를위해 2009년 3월부터는 kw당 2만위안의보조금을지급하고있다. 정부의보조금지급과대출금리혜택으로가격경쟁력뿐아니라기술력에서도성장하여, 2001년설립된 Suntech은 2008년에세계 3 위로급격히성장하였다 기술동향분석 태양전지기술발전방향은저가화, 고효율화이다. 현재태양전지시장은 1세대결정질실리콘태양전지가약 90% 를점유하며주도하고있으나태양전지의경제성확보를위한새로운개념의 2 세대박막태양전지개발이최근활발히진행되어상용화가진행되고있다. 1세대결정질실리콘태양전지의경우태양전지가격저감을위한저가의 poly-si 및웨이퍼제조기술과실리콘웨이퍼박형화기술개발이활발히진행되고있으며고효율화달성을위한새로운구조의태양전지개발도함께진행되고있다. 2세대박막태양전지 [ 실리콘박막, CIGS(Copper Indium Gallium Selenide), CdTe] 는 1세대결정질실리콘태양전지가갖는저가화한계를극복하기위한기술로미국, 일본, 유럽등의태양광선진국을중심으로박막태양전지고효율화및대면적화공정기술과장비기술개발이활발히진행되고있다. 유기, 나노, 양자점등을이용한 3세대태양전지의경우향후태양전지의제조단가및효율을획기적으로개선시킬수있을것으로기대되며실제태양전지에적용을위한핵심원천기술개발이진행되고있다. 미국, 일본, 유럽의 165

172 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 태양광선진국들은정부주도하에산학연이공동으로추진하는장기기술개발프로그램을수립하여체계적인기술개발을진행하고있다. 세대분류태양전지종류주요개발기술내용 1 세대결정질실리콘태양전지 2 세대 3 세대 < 표 6> 태양전지종류별주요개발기술내용 (2009. 신성장동력기술전략지도, 지식경제부 ) 실리콘박막 CIGS( 구리 인듐 갈륨 셀레늄 ) CdTe( 카드뮴텔룰라이드 ) 염료감응유기양자점 Poly-Si 저가화실리콘기판박형화고효율화저가화 고효율화저가화대면적화고효율화장기수명안정성상용화기술 1.5. 미래패러다임변화 태양광의발전단가가기존화석연료에의한발전단가와동일하게되는그리드패러티 (Grid Parity) 에도달이태양광산업의미래패러다임변화를주도할것으로예상된다. 향후가격경쟁력을갖춘새로운제품들이시장에나올것으로예측되며, W( 와트 ) 당실리콘소재의사용량을줄이기위해실리콘웨이퍼의두께를줄이고, 고효율태양전지로의전환을위해새로운고효율구조에대한연구가지속적으로이루어지고있어박막이아닌고효율결정질태양전지로도그리드패러티 (grid parity) 를달성가능할것으로예상된다. 국가별로차이는있지만, 2012년부터그리드패러티에도달하기시작할것으로예상된다. 한국은발전단가만을고려하면 2020년에도달할것으로예상되나, 온실가스감축등의사회적편익을고려하면 2015년으로앞당겨질수있을것으로예측 ( 삼성경제연구소, 2007, 부상하는태양광발전산업 ) 된다. 또한, 주요국가정부는그리트패러티를전후하여 FIT( 보조금 ) 에서 RPS( 할당제 ) 로전환할것으로예상되며, 태양광시장의급속한성장과보급이예상된다. 미국의경우, 오바마정부의신재생에너지공약이 2012년 10% 이었으며, 캘리포니아 (20%, 2010년 ), 뉴욕 (24%, 2013년 ), 하와이 (20%, 2012년 ), 네바다 (20%, 2015년 ) 등을시작으로 2020년까지미국전력소비의 42% 를차지하는 29개주에서순차적으로 RPS를도입할계획이다. 166

173 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 7> 지역별 Grid Parity 달성조건 2. 태양광산업에서내부역량및핵심이슈분석 2.1. 태양광산업에서우리나라의현주소 가. 글로벌시장포지션 한국의태양광산업은늦은시장진입으로 2010년 8월현재전체용량 860MW로세계시장에서의시장점유율은미미한상태이다. < 표 7> 국내태양전지업체별생산용량및주요현황 ( 이성호, 한국태양광산업협회, 2010) 업체명 생산용량 (MW) 주요현황 현대중공업 년말까지 400MW 생산용량확보예정 LG전자 년말까지 240MW 생산용량확보예정 신성홀딩스 년까지 150MW 생산용량확보 KPE 90 미리넷솔라 년까지 300MW 생산용량확보 삼성전자 년까지 120MW 생산라인구축예정 한화석유화학 30 Cell 확장계획 : 2015 년까지 1GW, 2020 년까지 2GW 모듈계획 : 2015 년까지 100MW, EVA Sheet : 2012 년까지 140,000 ton 2010 년 8 월 SolarFun 인수 (900MW 생산용량 ) STX Solar 년까지 50MW 생산용량확보 알티솔라 25 박막형생산업체 ( 비정질실리콘 ) 한국철강 20 박막형생산업체 ( 비정질실리콘 ) 합계 860 태양전지의생산용량은 2010 년말까지 1,360MW 에이를것으로전망 167

174 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 나. 핵심역량보유수준평가 2007년태양광전문가들의설문조사결과국내태양광기술은선진국대비 80% 수준으로평가되며, 전체국산화율은설계분야에서 70%, 제작 / 생산분야에서 68% 정도인것으로나타났다. 특히국내결정질실리콘태양전지분야는제조업체들이주도하여개발해왔으며, 독일, 일본, 미국을비롯한선진국대비단결정실리콘태양전지 85%, 다결정실리콘태양전지 50%, 초박형결정질실리콘태양전지 70% 수준의기술력을보유한것으로조사되었다. < 표 8> 선진국대비국내태양광기술수준및개발목표 ( 신재생에너지 R&D 전략 2030) 기술내용 개발목표선진국선진국대비현재수준 2015년최고수준 ( 15 년 ) 목표달성도 (%) 단결정실리콘태양전지 ( 효율 ) 17.5% 22% 23% 96% 다결정실리콘태양전지 ( 효율 ) 15.8% 19% 20% 95% 태양전지용웨이퍼두께 (um) % 태양전지생산수율 태양전지제조원가 1.1 $/Wp 0.5 $/Wp 0.45 $/Wp 90% 결정질실리콘태양전지양산용장비는주성엔지니어링, 테스에서턴키장비형태로개발하였으며, 아이피에스는식각장비를일본에수출한바있고, 아바코는태양전지용스퍼터링장비를생산하여주성에납품하였다. 또한 PST사와제스솔라가공동으로결정질실리콘태양전지제조 Turn-key 시스템을개발하여제스솔라에 30MW급양산라인을구축하였다. 다. 핵심이슈분석 태양광활성화를위한내수시장의확대가필요한데, 이를위하여고정가격제와의무할당제의병행시행, 설치보조금지급, R&D 예산증액및부품장비산업의육성이필요하며, 기업은자생력확보를위한비즈니스전략을수립할필요가있다. 국내태양광산업활성화를위해설치보조금지원과세액공제를확대하고, 정부지원사업에국산제품사용을의무화하는제도가필요하다. 신성장동력및원천기술의지원대상범위를확대하여태양광분야에기업의 R&D 투자확대를유도하고, 반도체 LCD 산업에서도나타났듯이부품소재및장비업체육성을위한협력체계구축및대규모장기투자가요구되는산업특성을감안하여이를위한금융지원시스템이요구되고, 해외진출을위한정부와의협력사업도필요하다. 기업들은그리드패러티를조기달성하여정부보조금에얽매이지않고, 자생력을확보할수있는비즈니스전략수립과기술력확보에노력해야한다. 168

175 Ⅴ. 신재생에너지 3. 태양광산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1 태양광산업전략적시사점 가. SWOT 분석을통한전략적시사점 외부요인 중전기및전력제어분야의산업및기술력양호기회 해외고효율태양전지관련요인 위협요인 기술을가진인력의국내유입활발 태양광설비국제표준화적용으로수출촉진및국제경쟁력강화 강점요인 세계적인반도체, LCD 공정기내부요인술, 인력, 장비기술등우수한인프라보유 산학연의관심고조, 활발한기술및고효율화기술개발 고효율태양전지기술이대부분연구단계로서양산화및시장선점에대한기회요소가많음 세계제조시장확대에따른 <S-O 전략 > <W-O 전략 > 태양전지생산설비의저가 국내반도체 LCD 공정기술, 인구입기회력, 장비기술등우수경험, 인프라와접목을통한혁신가능 상업용태양전지의고효율화를위한원천기술확보 태양전지구조및공정개선을통한제조원가절감 해외시장은산업체연합 <S-T 전략 > <W-T 전략 > 위주로기술개발과산업화 태양전지생산공정에신기술적가이루어지고있어, 유럽용을위한상세검토및분석필기업의기술시장주도의요우려가있음 -생산에적용가능한장비기술 국가별, 업체별전략적제검토필요휴및생산용량증대등경-신기술특허보유를위한정부의쟁심화정책적지원강화 유럽, 일본, 미국, 중국등 선진기업의급속한성장에따른국제경쟁력부족 고효율태양전지기술에대한주요특허보유가미비 해외기업의표준화관심이높아산업체들이특허선점및이를바탕으로표준화활동을펼치고있어표준특허에대응할정보및정책수립이필요 < 표 9> 태양광산업 SWOT 분석 2011년부터본격적인시장경쟁시대에접어들것으로예상되며, 각업체간생존을위한극심한이전투구가진행 양산기술조기안정화를통한원가절감및경쟁력강화 약점요인 턴키장비가주류를이루고있어대규모투자도입이미흡 미국, 유럽등선진국대비요소기술수준이미흡 일부기술분야를제외하고는기술경쟁력이미흡하며해외기술과의연계도미흡 국가의대체에너지보급계획의획기적증대및정부지원예산의증가 양산라인구축에필요한국내장비기술확보 해외장비및공정기술도입시국내기술력과연계시켜향후국내산업기반을확보함 생산공정적용에따른고효율태양전지의대량생산및수출 - 경쟁력을위하여 100MW 급이상의대규모투자필요 - 최소 50% 이상의국산장비공급및세계시장주도가능 국내소자업체와연계한단위장비, 소재는물론공동 Pilot-line 구축을통한장비기술경쟁력확보및수출주력상품화 - 반도체, 디스플레이산업경험을활용하여, 신개념장비개발을통한고효율제조기술및장비, 소재기술의동반발전가능 169

176 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 나. 핵심이슈해결방안 내수시장의활성화를위한방안으로는높은기술력과대규모투자가필요한고부가가치영역인폴리실리콘, 잉곳 웨이퍼, 셀등의영역보다는, 설치 운영 관리의저부가가치산업에치중한소규모사업자가많아 value-chain 상의균형적발전이요구된다. 아직은화석연료에비해높은발전단가로인해경제성이낮아대규모의투자가부족한실정이므로정부의정책방향이중요하다. 태양광기업설문조사결과, 태양광을수출산업으로육성하기위해서는국내보급확대 59%, R&D 지원 25%, 해외진출지원 14% 등이필요한것으로조사 ( 한국수출입은행, 태양광발전산업의수출화방안 설문조사결과인용 ) 되었다. 국내태양광산업활성화를위해설치보조금지원과세액공제를확대하고, 정부지원사업에국산제품사용비율을의무화하고발전차액지원시추가인센티브를제공하는등의국산제품보급정책이필요하다. R&D 투자확대방안으로는미래신성장동력인태양광산업에투자하는정부 R&D 예산및지원이경쟁국대비부족한상황으로정부의선도적투자가필요하다. 제주도에구축예정인스마트그리드시범사업에정부지원을확대하고, 추후상용화시에도기업에게기술료를면제하는혜택이필요하다. 또한, 부품및장비업체를육성하기위해서는장기적관점에서기업주도로대학, 연구소가참여하여협력하는 R&D 프로젝트추진이필요하다. 인증제도개선방안으로는태양광제품의인증을위해소요되는기간을단축하고, 국내인증을국제인증과연동하는방안모색및관련비용보조등의지원이요구된다. 단기처방으로는기업의수출활성화를위해국제인증비용을지원하고, 장기적으로는별도의국제인증을거치지않고도해외시장에서인정받을수있도록국내외상호인증제도확립이요구된다. 해외수출을위한국제인증을받기위해서는품목당 2억원의비용과 3~12개월의기간이소요되는문제를해결하지못하면, 급변하는시장변화에기업이대응하기는불가능하다. 미국캘리포니아에태양광모듈을수출하기위해서는국제인증인 UL(Underwriters Laboratories) 인증이외에별도의 CEC(California Energy Commission) 인증이필요하며, 인증기간도미국업체는평균 4주인반면, 외국업체는시간이오래걸리는등보이지않는차별이있다. 또한, 태양광발전규모가성장하고기술이발전함에따라모듈, 인버터, 접속반, 변압기등국산제품의원활한인증을위한최신설비도입이필수적이며, CIGS, 연료감응형태양전지등향후개발될제품을적시에인증하여시장에진출할수있도록정부차원의시스템구축이필요하다. 태양광부품 장비업체육성및수출산업화를위해태양광산업과기술적으로유사한반도체, LCD 산업에서도나타났듯이부품 소재및장비업체의육성이시급하고, 대규모장기투자가요구되는산업특성을감안하여이를위한금융지원시스템이필요하다. 성장잠재력이높은태양광산업의 Value-Chain을강화하고관련융합산업에서신시장을창출할수있도록, 태양전지 모듈 장비업체가공동 R&D를수행할때정부가매칭형태로예산을지원할필요가있다. 국내태양광기업의해외진출을위해서는수출보증보험지원을확대하고, 국가차원의해외시장정보제공및공적개발원조 (ODA) 와연계하여신시장을개척하는등의전략이요구된다. 자생력확보를위한기업의비즈니스전략수립을위해기업들은그리드패러티를조기달성하여정부보조금에얽매이지않고자생력을확보할수있도록 R&D 투자와인력양성등의노력이필요하다. 기업자체의부품 제조 설치까지수직계열화도필요하지만, 급변하는시장변화에대응할 170

177 Ⅴ. 신재생에너지 수있는비즈니스전략과폴리실리콘등원료의장기공급계약및협력체계구축으로안정적인공급망을구축하고, 결정질, 박막형, 유기화합물등변화하는신기술에대응할수있는제품포트폴리오전략이필요하다. 또한, 태양광시장의확대가전망되는일본, 미국, 중국등에진출하기위해서는현지공장을설립하거나경쟁기업과기술제휴가필요하며, 제품효율향상및신기술개발로인해발전단가는인하되고있지만, 아직그리드패러티에도달하기위해서는지속적인 R&D 투자가요구된다 태양광산업의 2020 비전및목표 비전 : 2020 년세계최고의태양광산업강국실현 목표 - 결정질실리콘태양전지를기반으로차세대태양전지기술의다각화를추진하여세계태양광시장에서 2020년 20% 의시장점유율차지 - 수출 25,000억원, 내수시장 45,000억원을달성하며, 국내일자리는 200,000명을창출 3.3. 태양광산업유망제품 / 부품 가. 유망제품 / 부품선정기준 태양전지분야의국제적인기술방향은저가고효율화로제품의품질을올리고, 태양광산업의국제경쟁력을강화하는추세이다. 결정질실리콘태양전지는관련인프라에의한무한성장이지속될것으로예측되어, 저가화를위한기판의두께를얇게하는기술개발이필요하다. 또한, 관련제조장비국산화, 공정기술확보를통한설비단가저감및태양전지제조단가저감기술개발도필요하다. 박막형태양전지분야는대규모의초기투자가필요하여진입장벽이높은반면향후시장성장성이크므로 3~5년이내집중적인기술개발및투자를통한우위를선점할필요가있다. 또한, 세계주요업체들이 1GW 이상으로생산규모를증설해가는과정이므로, 시장의대단위증설과경쟁하기위하여생산규모를늘려가는것이중요하다. 인프라환경정비를위해중소, 중견기업의 R&D 및공정지원, 핵심인력양성및재교육수행을위한 태양전지공동연구시설 과같은인프라구축이필요하다. 현재몇개기관으로흩어져있는태양광제품의인증기관을통합하고, 국제인증기준을만족할수있는설비구축및관련전문가양성이시급하다. 나. 유망제품 / 부품도출 급변하는시장의니즈에대응하여결정질실리콘태양전지시장을기반으로박막및차세대태양전지기술의다각화를추진하여야한다. 결정질실리콘태양전지가격, 품질경쟁력을확보하기위하여 Supply chain 상의전후방산업을집중육성하여야한다. - 단기 (2012년) : 결정질실리콘, 원료 / 소재저감및고효율태양전지기술개발 - 중기 (2015년) : 박막 ( 비정질, CIGS) 태양전지, 대면적모듈제조기술개발 - 장기 (2020년) : 차세대태양전지 ( 유기, 염료감응 ): 원천소재, 양산기술, 장기신뢰성확보 171

178 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 구분유망제품주요내용 단기 (2012 년 ) 중기 (2015 년 ) 장기 (2020 년 ) 실리콘결정질태양전지 비정질실리콘박막 CIGS 박막태양전지 염료감응태양전지 유기태양전지 < 표 10> 태양광산업유망제품리스트 - 실리콘덩어리를얇은기판으로절단하여제작한태양전지 - 제조장비국산화, 실리콘원료소재저감기술, 초고효율태양전지기술개발로가격경쟁력확보 - 핵심기술 : 박형태양전지 / 모듈화기술, 원료고품질화, 고효율태양전지신구조 - 응용기술 : 고투명성, 단열성, 고에너지전환율을가지는신개념의 BIPV 개발 - 얇은플라스틱이나유리기판에실리콘막을입혀제조한태양전지 - 반도체, 디스플레이기술을기반으로고효율화, 대면적화, 신뢰성을확보하여세계시장선도 - 비실리콘계인 CuInGaSe 2 (CIGS) 라는화합물반도체를사용하여만든태양전지 - 결정질실리콘계에버금가는효율, 양산기술개발로경쟁력을확보하여세계시장선점 - 금속산화물인산화티타늄표면에특수한염료를흡착시키고, 흡착된특수염료가태양빛을흡수하여광전기화학적반응을일으키는전지 - 컬러및투명특성으로건물외장 BIPV 용태양전지시스템시장개척 - 유기반도체등전기가흐르는고분자화합물 ( 전도성폴리머 ) 을사용하여제조한태양전지 - 유비쿼터스형 life style 에따른신시장창출 ( 경량, 저가 ) 4. 태양광산업전략 4.1. 산업전략 태양광산업은차세대성장동력으로조기육성이가능한분야이며, 2003년이후 35% 이상의연성장률을나타내면서급성장하는추세이다. 해외선도기업은실리콘결정질태양전지를기반으로다양한태양전지개발을병행하여시장변화에대비하고있다. 우리나라는이렇게급변하는태양광산업에대비하여 2020년까지결정질실리콘태양전지경쟁력확보측면에집중하되그밖에태양전지분야역시장기적인경쟁력확보전략을가져가는다원화전략을추진하여야한다. 태양광시장규모를살펴보면 2009년 7.2GW, 2014년 51.8GW, 2020년에는 162GW가될것으로예측 (EPIA, 2010) 되고있다. 태양광개발트렌드를살펴보면결정질실리콘태양전지를기반으로한다원화전략을추진중으로다양한태양전지개발을병행하여다가올시장변화에대비하고있다. 급변하는시장의니즈에대응하여결정질실리콘태양전지시장을기반으로박막및차세대태양전지기술의다각화를추진해야함을시사하고있다. 가격경쟁력확보를위해서소재부터모듈까지 supply chain별 1GW 이상의생산체계구축과전략적가격조절이필요하며, 수입에의존중인제조장비국산화로제조단가혁신이필요하다. 결정질실리콘태양전지분야의경우가격경쟁력확보, 박막태양전지분야의경우대량양산기술체계구축, 차세대태양전지분야에서는원천기술및제조기술확보측면으로의실질적전략을수립하여야한다. 172

179 Ⅴ. 신재생에너지 4.2. 태양광산업유망제품 / 부품별전략과제 결정질실리콘태양전지의효율은 13.5%~18% 이며, 국내에서는개발된기술이상업화되어실증연구가이루어지는수준이다. 기술수준은선진국대비약 71%, 모듈가격은 80% 수준이다. 결정질실리콘태양전지는전체시장의 89.6%( 07) 를점유하고있으며, 지속적으로점유율 1위를높이려면원가절감을통한가격경쟁력강화전략에중점을두어야한다. 실리콘박막태양전지개발은일본과미국에서선도하고있으며, 국내에서는한국철강이최초로인증을획득, 양산화및 R&D를적극추진중에있다. 시장점유율확대를위해서는대량양산기술체계및신뢰성을높이는방향으로의전략으로접근하여야한다. 비실리콘계태양전지개발을위해선진국에서는 CIGS박막, 염료감응, 유기태양전지에투자하고있다. 국내 CIGS박막태양전지기술은세계수준의 94% 수준이다. 경쟁력확보및시장선도를위해서는대면적, 대량양산기술개발및태양전지제품에대한해외와국내인증의교차인증및상호인정기준확립으로수출시장활성화를꾀하여야한다. 가. 결정질실리콘태양전지전략과제 결정질실리콘태양전지시장점유율은전세계태양광시장의 89.6%( 07) 점유율로 1위제품이다. 이분야에서의전략으로는제조장비국산화, 실리콘원소재저감기술, 초고효율태양전지기술개발로가격경쟁력확보가필요하다. 국내의경우 turnkey 방식의장비도입이아닌장비업체와의협력관계가최근다양하게시도되고있으며, Supply chain의수직계열화및유기적협력관계구축으로가격경쟁력향상을도모 (LG그룹, 삼성, 현대중공업, KCC, 동양제철화학등 ) 하고있다. 결정질실리콘태양전지의개발요구사항은 cost of ownership(coo; 유지관리비용 ) 이다. 효율향상뿐만아니라효율향상시제조비용증가의폭을고려한 CoO 절감이주가되어야한다. 기술개발획득전략으로는태양전지제조단가절감을위해태양전지용 poly-si제조장비및공정개발, 150 um이하기판을이용하는박형태양전지모듈제조기술개발, 이종접합, 후면전극형태양전지등단기간내개발및상용화가가능한기술개발, 25% 이상세계최고효율의결정질태양전지는원천및국제공동과제로추진하여선진국수준의기술력을확보하여야한다. 현재전세계연구기관에서연구중인태양전지입사면의선택적에미터를최소한의비용으로구현하는것이관건이며, 저가화양산공정인후면 local back surface field 구현도필요하다. 응용분야개발로는고투명성, 단열성, 고에너지전환율을가지는신개념의 BIPV(Building Integrated Photovoltaic) 개발이필요하다. 자세히살펴보면, 광결정이용효율이향상된 BIPV, 입광면에투명성등기능성을부여하고 active area로빛을유도할수있는기능성투명 BIPV, 가시광영역을능동적으로차단 / 투과기능의 Smart window가실현가능하며에너지전환기능을가진고부가가치 BIPV 개발이필요하다. 173

180 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 나. 박막태양전지전략과제 박막태양전지는얇은플라스틱이나유리기판에실리콘막을입혀제조한태양전지, 비실리콘계인 CuInGaSe(CIGS) 라는화합물반도체를사용하여만든태양전지등이이에속한다. 현재수입에의존중인제조장비국산화로제조단가혁신이필요하며, 시장점유율확대를위해서는대량양산기술체계및신뢰성을높이는방향으로의접근할필요가있다. 박막태양전지는장치비용이결정질계에비해두배가량으로높고, 산업형성단계로제조장비기술확보가경쟁력과직결된다. 향후신 증설생산라인에국산장비도입을추진하고, 양산화소요시간을최소화하는노력을해야한다. 기술개발획득전략을살펴보면, 반도체 디스플레이기술을기반으로고효율화, 대면적화, 신뢰성을확보하여세계시장을선도하여야한다. 2~3층적층형실리콘태양전지제조단가저감을위해모듈대면적화, 미세결정질실리콘박막형성속도의고속화가필수적이다. 결정질실리콘에버금가는효율 양산기술개발로경쟁력을확보하여세계시장을선점해나가야하겠다. 진공공정을개선한저가의비진공방식또는저가인쇄형박막제조기술개발이필요하며, 효율적 R&D를위한美연구기관및벤처기업과의국제공동연구도추진하여야한다. 다. 차세대태양전지전략과제 차세대태양전지는금속산화물인산화티타늄표면에특수한염료를흡착시키고, 흡착된특수염료가태양빛을흡수하여광전기화학적반응을일으키는전지, 유기반도체등전기가흐르는고분자화합물 ( 전도성폴리머 ) 을사용하여제조한태양전지등이이에속한다. 컬러및투명특성으로건물외장 BIPV용태양전지시스템시장을개척하여야하며, 유비쿼터스형 life style에따른신시장창출 ( 경량, 저가 ) 이필요하다. 기술개발획득전략으로는전방업체와의공동개발협력관계구축, 제품의조기인증을추구하고, 원가의 70% 를차지하는핵심소재의고효율화및국산화를위한원천기술개발과원천및국제공동연구를통하여핵심소재및공정기술개발 ( 수명 5년이상, 모듈효율 5% 이상, 제조원가 $1/Wp) 이필요하다. 5. 태양광산업기술전략태양전지관련해외선도기업들은결정질실리콘태양전지를기반으로다양한태양전지개발을병행하여다가올시장변화에대비하고있다. 급변하는태양광시장의니즈에대응하여결정질실리콘태양전지시장을기반으로박막및차세대태양전지기술의다각화를추진하는것이바람직하다. 특히, 결정질실리콘태양전지는가격경쟁력확보를위해소재부터모듈까지공급체인 (supply chain) 별 1GW 이상의생산체계구축과전략적가격조절이필요할뿐만아니라대부분의태양전지제조장비를수입에의존하고있어제조장비국산화를통해제조단가를혁신하는것이필요하다. 급변하는태양광시장에대해다원화전략을추진해야하는데, 결정질실리콘태양전지분야에서는가격경쟁력강화, 고효율화기술개발, 박막태양전지분야에서는대량양산기술체계구출, 고효율 174

181 Ⅴ. 신재생에너지 화기술개발, 차세대태양전지분야에서는원천기술및제조기술확보가필요하다. 가격경쟁력확보를위해서는소재부터모듈까지 supply chain 별 1GW 이상의생산체계구축과전략적가격조절이필요한데 supply chain의수직계열화및유기적협력관계구축으로가격경쟁력향상을도모하고, 중소기업중심의소재 / 장비전문업체육성및소재부터셀, 모듈까지 1GW 이상의생산라인을구축해야한다. 또한, 제조장비국산화, 고효율공정개발로생산단가를저감해야한다. 신 증설되는생산라인또는개발설비에국산장비도입을추진하고, 국산장비도입을위해서는세계수준의제조설비품질, 신뢰성, 생산성확보가필요하다 태양광산업유망제품 / 부품에필요한전략기술및확보방안 가. 결정질실리콘태양전지 결정질실리콘태양전지는제조장비국산화, 실리콘원소재비용저감, 초고효율화기술에중점을두어야한다. 기판의원가절감을위해파손율을최소화한박형태양전지제조기술은필수적일뿐만아니라, 박형태양전지에최적화된모듈화기술도동시에수반되어야한다. 15um 이하기판을이용하는박형태양전지모듈제조기술개발이필요하며, 필요기술은박형기판제조기술, 두께편차최소화기술이다. 잉곳고품질화및고순도실리콘원료제조기술로는기판의품질을대표하는 minority carrier lifetime을증가시켜야고효율태양전지제조가가능하기때문에실리콘원료의품질향상기술개발은고효율화에필수기술이다. 태양전지용제조장비및공정개발이필요하며, 필요기술은 saw mark 최소화기술, minority carrier lifetime 향상기술이다. 태양전지의효율을향상시키기위해서는구조개선이필요하고, 구조개선을위해추가되는공정이저가격및양산성이확보되어야하고, 효율향상에의한원가개선효과 (1% 효율향상은모듈원가 7% 의개선효과기대 ) 를증대해야한다. 고효율을위한전면및후면반사율, 절연특성, 저항특성향상, electrical & shadow loss 저감, 전면및후면결함제거를통한 minority carrier의 surface recombination velocity를최소화하여야한다. 이종접합, 후면전극형태양전지등단기간내상용화가가능한기술개발을추진하고, 25% 이상세계최고효율의결정질실리콘태양전지는원천및국제공동과제를추진하여선진국수준의기술력을확보해야하며이에필요한기술은전면및후면반사율저감기술, 반도체또는유전체박막을이용한전면및후면 passivation 기술, 초저가고효율태양전지상용화기술이다. 태양전지신구조의타당성검증을위해 simulation tool을사용하여태양전지의구조설계인자에대한조건도출및최적화기술은셀제조와병행하여개발하여야하며, 필요기술은시뮬레이션을통한셀구조설계및최적화기술이다. 모듈제조시의출력감소율최소화, 수명및신뢰성확보기술도필요하며, 필요기술은모듈변환효율향상을위한광흡수기술및재료, 공정기술, 출력손실저감기술, 내구환경변화율저감기술, 제조원가절감및대면적화모듈설계, 양산화기술이다. 나. 박막태양전지 대면적화양산기술및장치기술로는디스플레이기반대면적모듈제조를위한기술개발 ( 예 : 실리콘박막태양전지 ) 이필요하며, 고효율화를위한다층박막및다중접합구조원천기술을대학및 175

182 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 연구소중심으로개발해야한다. 또한, 플렉서블태양전지제조기술개발, 진공공정을개선한저가의비진공방식또는저가인쇄형박막제조기술개발이필요하고, 효율적연구개발을위해해외연구기관및벤처기업과의국제공동연구 ( 예 : CIGS, CdTe) 도추진해야한다. 다. 차세대태양전지 원가의 70% 를차지하는핵심소재의고효율화및국산화를위한원천기술개발 ( 예 : 염료감응형태양전지 ) 과유기반도체및기판소재개발이필요하다. 조기양산화를위해양산기술확보, 전방업체와의공동개발협력관계구축, 제품의조기인증을구축 ( 예 : 염료감응형태양전지 ) 해야하며, 원천및국제공동연구를통하여핵심소재및공정기술개발 ( 예 : 유기태양전지 ) 도필요하다. 또한, 염료감응태양전지기술개발과인쇄공정기술로는셀, 모듈 roll to roll 공정및장비개발 ( 예 : 유기태양전지 ) 과모듈 5% 이상의상용제품개발 ( 예 : 유기태양전지 ) 이필요한것으로보인다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 < 표 11> 중점육성기술 R&D 전략추진과제목록 전략기술핵심요소기술기술개발목표달성가능시기 기술수준 (%) 현재완료시 박막형태양전지 / 모듈화기술모듈효율 >20% 잉곳고품질화및고순도실리콘원료제조기술 모듈효율 >20% 결정질실리콘태양전지 태양전지고효율화기술모듈효율 >20% 태양전지효율향상구조설계기술모듈효율 >20% 고효율모듈기술모듈효율 >20% 고투명성, 단열성, 고에너지전환율을가지는신개념의 BIPV 개발 모듈효율 >20% 박막태양전지 대면적화양산기술및장치기술 ( 실리콘박막태양전지 ) 모듈효율 >13% 고효율화다중접합기술 모듈효율 >16% 플렉서블태양전지제조기술 모듈효율 >16% 비진공방식제조기술모듈효율 >16% 핵심소재제조기술 ( 유기 ) 모듈효율 >5% 차세대태양전지 대면적모듈화기술 ( 염료감응 ) 모듈효율 >8% 인쇄공정기술 ( 유기 ) 모듈효율 >5% 저가고품질양산기술모듈효율 >5%

183 Ⅴ. 신재생에너지 5.3. 태양광산업비전체계도 세계적으로 2010년에는태양전지연 240억불이상의시장이형성되었으며, 산업의연성장률은약 20~50% 를 2020년까지지속할것으로전망되고있다. 177

184 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Ⅱ-2 풍력 1. 풍력발전제조산업의미래성장변화 1.1 시장성장추이 / 전망 온실가스감축요구및대체에너지시장의갑작스런확대로인해세계풍력시장은소수대형업체가과점하고있는상황이다. 풍력시장은과수요로인해판매자가주도하며, 글로벌기업및 M&A를거친소수의대형제조사가주도하는시장이다. 09년세계풍력발전설비시장규모는신규용량 38GW, 누적용량 160GW로지난 10년동안 8.7배성장 2) 하였다. 신규발전설비는 04년 8.15GW에서 09년 38GW로연평균 36% 의고성장을하였으나, 향후에는 14% 로다소낮아질전망이다. 풍력시장은 07년 258억유로에서 15년 791억달러로성장이전망 3) 되고있다. < 그림 9> 세계연간풍력발전설비용량추이 ( 자료 : BTM Consult ApS 자료재인용 ) 2) , BTM Consult ApS, Growth of Wind Power in a World Wide Generation Context 3) , GWEC, Global Wind Energy Outlook 2010 REPORT 178

185 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 10> 풍력발전시장예상 (2010~2014 년 ) ( 자료 : GWEC, Global Wind 2009 Report, 2010) 유럽, 북미, 아시아등이세계풍력시장을견인하고있으며, 앞으로는유럽보다는북미, 아시아시장이빠르게성장할전망이다. 가장큰시장은유럽으로 07년 8.5GW의풍력발전설비가설치되어전체시장의 43% 를차지하고있다. 풍력자원, 단지규모등에서유리한해상풍력발전이유럽을중심으로확대되는추세이다. 유럽풍력협회 (EWEA) 는유럽에서해상풍력설비가 10년까지 40GW, 20년까지 70GW가설치될것으로전망하였다. 덴마크, 독일, 네덜란드등유럽을중심으로 06년까지 904MW의해상풍력이보급되었다. 2030년에는 EU 327GW, 미국 310GW의풍력설비가설치되고, 중국, 인도등의아시아풍력시장이크게성장할것으로전망 4) 되며, 2008년부터 2030년까지 EU의풍력발전설비는연간 19.5GW, 총 339 억유로가투자될것으로전망된다. 육상풍력 207GW, 해상풍력 120GW 등총 327GW가설치될전망이다. 2030년까지미국은총전력수요의 20% 를풍력이담당하도록연간 13GW를신규로설치하는계획을수립 5) 하였다. 세계풍력발전 1위인독일은타국에비해전력공급망에서풍력이차지하는비중이 10배정도높다. 미국과중국도 2006년이후풍력발전의신규용량이급격히증가하고있다. < 표 12> Growth rates in the Top-10 markets 4) 2008, EWEA, Pure Power, Wind Energy Scenarios up to ) 2008, US DOE, 20% Wind Energy by

186 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1.2. 경쟁동향분석 09년세계풍력발전시장에서상위 10개풍력제조업체가 88.5% 의비중을차지 6) 하고있다. 중국의 Sinovel과 Goldwind, 미국 GE Wind는자국의풍력발전보급정책에힘입어점유율이향상되었다. < 표 13> 2009 년세계풍력시장상위 10 개제조업체점유현황 < 그림 11> Top10 supplier's position in the Top-10 markets in ) 2010, BTM Consult ApS, World Market Update

187 Ⅴ. 신재생에너지 자국내메이저급업체가있을경우이제조업체가내수점유율 1위를차지하는것으로나타나자국풍력시장육성이중요해지고있다. 풍력시장이활성화된국가들은산업특성상대규모투자가동반되는국책사업이며, 유지보수의용이성등으로자국기업을육성해야한다. 풍력설비이외에운송, 건설, 계통연계비용의비중도커서현지업체가경쟁력을확보할수있으며, GE Wind ( 미국 ), Suzlon( 인도 ), GoldWind( 중국 ) 등이대표적사례이다. 프랑스, 이태리, 포르투갈등은자국적의대형제조업체는없지만, 풍력발전시장은지속적으로성장할것으로전망되며, 풍력제조업외에발전사업, 건설및서비스시장을창출하고, 외국제조업체의생산기지유치및기술이전으로자국제조업을육성하고있다. 풍력산업육성을위한풍력기술획득전략은자체개발, 라이선스계약, 인수및합병 (M&A) 등으로각기장단점이존재한다. 초기높은설비투자비와중공업수준의인프라가필요하여중공업분야의경쟁력이있는국내기업의기술추격이가능하다. 자체개발사례로는 Vestas( 덴마크 ), Enercon( 독일 ), Nordex( 독일 ) 등풍력발전 R&D 역량을보유한기술선진국의사례를들수있다. 기술보유제조업체와합작또는라이선스제작후독립한사례로는 Gamesa( 스페인 ), Suzlon( 인도 ), GoldWind( 중국 ) 등후발국제조업체이다. 기존전문풍력제조업체의 M&A를통한시장진입으로는 GE Wind( 미국 ), Siemens( 덴마크 ), Areva( 프랑스 ), Alstom( 프랑스 ) 등다국적거대기업군이다. < 표 14> 풍력기술획득전략 구분장점단점사례 자체개발 사업전반에 걸쳐 강력한 통제권 높은비용및시간이소요, 높은위험부담 Vestas, Enercon, Nordex 등 라이선스계약 적은비용으로기술습득이용이학습효과극대화 첨단기술이전의한계가존재 Gamesa, Suzlon, GoldWind 등 인수및합병 단기간내에첨단기술습득가능 높은비용과대상부족 GE Wind, Areva, Siemens, Alstom ( 자료 : 산업자원부신 재생에너지 RD&D 전략 2030, 자료재구성 ) 2000년대들어풍력발전의대형화및기술집약에따른재정압박으로글로벌대기업 GE Wind, Siemens, Alstom 등의 M&A가활발 7) 하다. 풍력산업을미래성장동력으로잠재력을인정하여 M&A를통해기업성장및수직계열화의주요도구로활용하고있다. Vestas는 04년세계 3위 NEG Micon을인수하여점유율을크게확대하였으며, GE Wind는 01년 Enron을인수하여세계 2위로도약하였고, Simens와 Suzlon 등이기어박스업체인 Winergy와 Hansen을각각인수, 전체기어박스시장의 70% 를점유하고있다. 국내에서는 09년 STX중공업과대우조선해양이 Harakosan( 네덜란드 ) 과 DeWind( 미국 ) 을각각인수하여풍력발전원천기술을확보하였다. 7) 2007, Jonathan Johns, Where to watch: Ernst & Young s Renewable Energy Country Attractiveness Index, Renewable Energy World, Vol 10 Issue 5( 자료로부터편집 ) 181

188 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 15> 최근주요풍력기업 M&A 현황 인수업체 피인수업체 M&A 시점 인수금액 GE Wind Enron $325 million Vestas NEG Micon '04. 2 주식교환합병 Siemens Flender Holdings GmbH '05. 3 $1.5 billion Suzlon Hansen Transmission ' million REpower ' billion Alstom Ecotecnia ' million Areva Multibrid ' million(51%) STX중공업 Harakosan ' 억원 대우조선해양 DeWind '09. 8 $50 million ( 자료 : Renewable Energy World, Jonathan Johns 2007 자료재인용및첨부 ) 글로벌기업의사업모델은기업이보유한기술역량및사업구조에따라다양한방식으로추진 8) 하고있다. 풍력발전의핵심인풍력터빈공급중심사업자와단지조성, 인허가, 운영보수까지일괄공급 (Turnkey) 하는방식으로구분한다. Mitsubishi나 Vestas는풍력터빈공급중심이며 Gamesa는터빈부터서비스까지일괄공급, GE, Enercon, Siemens 등은그중간전략을채용하고있다. < 그림 12> 글로벌기업의사업모델 ( 자료 : 전경련, FKI 전략산업리포트 1 풍력산업현황과개선과제, 자료재인용 ) 세계주요풍력사업자들은경쟁력있는분야는집중개발하고, 다른분야는자회사또는아웃소싱하는비즈니스전략을추구하고있다. 시장선도기업은로터블레이드, 콘트롤러등발전기핵심구성품에대해서는내부제조역량을확보하기위한수직계열화를강화하고있다. 국내기업들도한국형브랜드를개발할수있는시스템설계기술을우선확보한후부품은자체개발또는아웃소싱의전략채택이필요하다. Mitsubishi와 Gamesa, Suzlon은 Rotor/Blade에서 Tower까지일괄 8) 2007, 산업자원부, 신 재생에너지 RD&D 전략

189 Ⅴ. 신재생에너지 생산방식을채택하고있으나, Vestas, GE Wind 등은로터 블레이드, 발전기등핵심부품에집중하고있다. < 표 16> 풍력발전주요공급자들의주요부품별개발전략 1.3. 정책동향분석 신재생에너지보급정책은입찰 ( 중국 ), 생산세감면 (PTC, 미국 ), 고정가격 (FIT, 독일 ), 의무할당 ( 영국 ), 인증거래 ( 이태리 ) 등이있다. 9) 대부분국가들은고정가격제 (FIT) 와의무할당제 (RPS) 를많이사용하고있다. FIT(Feed In Tariff) 는고정가격제도로발전사업자에게적정이윤을보장하기위해일정금액을보조해주는제도이다. RPS(Renewable Portfolio Standard) 는의무할당제도로생산전력의일정부분을재생에너지로할당하도록규정하는제도이다. PTC(Product Tax Credit) 는생산세감면제도로재생에너지발전사업자가생산한발전량에따라세금감면혜택을주는제도이다. < 그림 13> 신재생에너지보급정책채택국가 ( 자료 : 산업자원부신 재생에너지 RD&D 전략 2030, 자료재구성 ) 9) 2004, Rick Sellers, Renewable Energy Market and Policy Trends in IEA Countries, IEA Side event, International conference for Renewable energies

190 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 일반적으로 FIT 채택국가에서 RPS 국가보다풍력발전거래가격이저렴하고, 풍력발전보급이활성화 10) 되고있다. FIT제도의독일, 스페인, 오스트리아가 RPS제도를시행하는이태리, 영국에비해발전단가가낮고보급률이높다. RPS 대비 FIT 장점으로는풍력발전보급의활성화, 저렴한발전단가, 소규모풍력발전사업자참여가능및사업불확실성제거가가능하다. < 표 17> 2005 EU 국가정책별풍력발전단가비교 정책수단 국가 발전단가 ( ) 신규발전보급율 (W/ 인 ) 누적발전보급율 (W/ 인 ) 독일 0.062~ 스페인 0.063~ 고정가격제 (FIT) 오스트리아 포르투갈 0.075~ 프랑스 네덜란드 0.096~ 의무할당제 (RPS) 이태리 영국 ( 자료 : 2005, GWEA, 자료재구성 ) < 표 18> 주요국가의풍력산업지원책비교 구분독일스페인덴마크미국중국일본한국 육성정책 '91 년부터 FIT 제도시행 09 년부터육상풍력 /kwh, 해상풍력 0.15 /kwh '98 년부터 FIT 제도시행 고정요금제, 시장가격 + 추가보상제도의 2 가지요금지원제도시행 FIT, RPS, Green Certificate 제도활용 03 년부터해상풍력개발지원계획수행 연방정부는생산세액공제 (PTC) 지원 주정부는 RPS, 특수목적요금부과제 (SBC) 제도활용 FIT 제도, 풍력발전허가권입찰제도시행 주정부 0.38~0.52 위안 /kwh, 지방정부 0.55~0.8 위안 /kwh 지급 02 년부터 RPS 제도추진 초기비용의 30~50% 지원및계통연계지원보조금지급 FIT 제도시행, 10kW 이상의경우 원 /kwh 지원 12 년부터 RPS 제도시행예정 10) 2005, BWE, Minimum price system compared with the quota model which system is more efficient?, German Wind Energy Association 184

191 Ⅴ. 신재생에너지 1.4. 기술동향분석 가. EU( 독일, 스페인, 덴마크 ) EU는재생에너지활용목표를공동으로수행하기위한범국가적공동협력프로그램의성격으로진행하고있다. 대형풍력발전시스템및해상풍력등과관련된 20여개의프로젝트가 EU의 R&D 프로젝트인 Framework Program을통해 POW'WOW 11), UPWIND 12), RELIAWIND 13), PROTEST 14) 등이대표적인 R&D 프로젝트를진행하고있다. EU 내에서도독일, 스페인, 덴마크등전통풍력강국은풍력의효율적활용및경쟁력확보를위해 R&D에지속적으로투자하고있다. 독일은 Repowering과해상풍력단지개발에국가적 R&D 지원을하고있는데, 해상풍력발전재단이결성되어본격적인해상풍력에대한연구를진행하고있으며, 실제해상에서 5MW의풍력발전시스템테스트를수행중이다. 스페인은자국풍력업체와공동으로대형풍력발전시스템을개발중으로, Gamesa, Ecotecnia 등과공동으로 10MW급풍력발전시스템개발을진행하고있으며, 신규발전부지가부족한덴마크역시 Repowering과해상풍력단지개발을적극적으로지원하고있으며, Riso 국가연구소를중심으로 UPWIND 프로젝트에적극참여하고있다. 나. 미국 미국은풍력분야에대한국가 R&D 투자는늘고있는추세이다. 07년국가 R&D 투자는 49.3백만달러로전년대비 23.6% 증가하였으며, 대형및소형풍력발전, 해상풍력발전등의기술개발프로젝트를진행하고있다. 풍력발전전체시스템에대한종합적인 R&D 수행으로발전단가하락에초점을맞추고있다. 풍력발전시스템의대형화, 저가화, 효율및신뢰성증대, 해상풍력, 분산전력등다양한부문에서연구개발을수행하고있으며, 07년 $0.04/kWh( 육상 ), $0.09/kWh( 해상 ) 등의비용수준을 12년까지 $0.036/kWh( 육상 ), $0.07/kWh( 해상 ) 로낮출계획이다. 연도 2007 년 < 표 19> 미국의대형풍력발전시스템개발로드맵 주요내용 육상풍력기술확보를위한 WindPACT II 프로그램의완성 블레이드, 증속기, 발전기, 전력소자등의개발 육상풍력 : 9.25센트 /kwh 근거리해상풍력 : 9.25센트 /kwh 원거리해상풍력 : 11.93센트 /kwh WindPACT II 프로그램실행 2008년 대형풍력발전시스템성능시험 2009년 해상풍력발전시장진출 2010년 WindPACT II 육상풍력발전시스템기술완료 대형풍력발전기제어기개발 대형발전의계통연계를위한해석및제어방식개발 2011~14년 육상풍력 : 3.6센트 /kwh(class 4 sites) 해상풍력 : 7센트 /kwh(class 6 sites) ( 자료 : DOE, Wind Energy Multiyear Program Plan for , 자료재인용 ) 11) 바람의변화, 풍속, 물체에의한변화등풍력자원의속성을파악하고예측하기위한기술개발프로그램 12) 8~10MW 급의대형풍력발전시스템개발프로그램 13) 2020 년까지 20% 의재생에너지활용을위해핵심이될해상풍력에대한기술및시장개발프로그램 14) 풍력발전시스템가용성에큰영향을주는핵심부품에대한개발프로그램 185

192 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 다. 중국 중국은세계 4위의풍력발전국가임에도불구, 기술력은크게뒤진상황이다. 05년이후 1MW급의풍력발전시스템이개발되는등독자개발보다는라이센스도입에의존해제품을개발하고있는실정으로, Goldwind, Dongfang, Sinovel 등이 1.5MW급풍력발전시스템을보유하고있다. 수 MW 급수준의대형풍력발전시스템개발및대형풍력단지조성에대한 R&D 추진하고있으며, 대규모풍력단지조성을위한단지설계와운영, 계통연계에대한연구도진행하고있다. 라. 일본 일본은자국환경에적합한풍력발전시스템개발이 R&D 핵심주제이다. J-Class 풍력발전시스템개발지침 (J-Class Wind Turbine Guideline) 이핵심연구개발프로그램으로태풍이나번개등의극한환경에서도견딜수있는일본형개발에집중하고있다. 최적조건의풍력발전시스템개발과함께 Field Test 및계통안정화를위한데모프로그램도동시에진행하고있으며, 계통안정화를위해서축전시스템과의결합에대한연구도진행하고있다. Mitsubishi와 Fuji 등이각각 2.4MW 와 2MW급을개발하는등기업중심으로 2MW급의풍력발전시스템을개발하고국가기관인 NEDO의지원하에일본내풍력발전에적합한지역에서시험운전을진행하고있다. 마. 한국 한국의풍력발전설비에대한체계적인기술개발은 1990년대초정부지원으로부터시작되었다. 2001년초에시작된 2종의 750kW급을출발점으로본격적인상업용풍력발전설비기술을개발하 고있으며, 2001년이전에수행된과제들은기술적 경제적한계로상용화에실패하였다. 국내의 풍력발전설비의개발은정부지원으로한국화이바, 효성, 유니슨등소수의업체들이연구개발을 주도하고있다. 1990년대에는한국화이바가주도하였고 2000년대에효성과유니슨이 750kW급을 시작으로 2MW급까지정부지원으로개발을수행하였다. 두산중공업은 2006년부터 3MW급해상용 풍력발전장치를개발중이며, 2008년말현대로템 2MW급과효성 5MW급개발이진행중에있다. 한진산업은독일전문업체로부터설계및부품을도입하여 1.5MW을조립 제작하여실증연구를 수행하였다. 2007년부터현대중공업과삼성중공업은정부지원없이독자적인 R&D 투자로상업용 수 MW급풍력발전설비를개발중에있다. < 표 20> 정부지원풍력발전설비의개발현황 주관 내용 기간 한국화이바 ( 주 ) 수직축풍력발전시스템개발 92~ 96 한국화이바 ( 주 ) 중대형풍력발전시스템개발 96~ 01 ( 주 ) 효성 750kW Geared Type 풍력발전시스템개발 01~ 04 유니슨 ( 주 ) 750kW 기어리스형풍력발전시스템개발 01~ 04 ( 주 ) 코윈텍 1MW급 Dual-rotor 풍력발전시스템개발 03~ 06 ( 유 ) 한진산업 1.5MW급풍력발전시스템실증 05~ 06 ( 주 ) 효성 2MW급풍력발전시스템상용화개발 04~ 07 유니슨 ( 주 ) 2MW Multibrid형풍력발전시스템개발 04~ 07 두산중공업 ( 주 ) 3MW급해상용풍력발전시스템개발 06~ 09 현대로템 ( 주 ) 2MW급저풍속직결구동형풍력발전시스템개발 08~ 11 ( 주 ) 효성 5MW급대형해상풍력발전시스템개발 08~ 11 두산중공업 ( 주 ) 3MW급풍력발전시스템육해상실증 09~12 186

193 Ⅴ. 신재생에너지 국내풍력발전장치의개발에적용된대부분의기술은세계시장지배제품의기술로서다음과같은특징을보여주고있다. 증속운전유도발전방식을채택하고있는모델로는효성의 750kW, 2MW 및한진산업의 1.5MW가존재한다. 직결구동동기발전방식은유니슨의 750kW가있으며, 증속운전동기발전방식으로는유니슨의 2MW와두산중공업의 3MW가있다. 국내에서개발되었거나, 개발중인풍력발전장치모두출력조절은피치제어에의해구동되며, 대부분가변속운전방식을채택하고있다. 효성 750kW와한진산업 1.5MW는정속운전방식을채택하고있다. 정부지원으로개발된풍력발전설비 Prototype중효성 750kW와유니슨 750kW는실증후상용화제품으로출시하였다. 08년 6월유니슨 750kW 1기가고리원자력발전단지에서국산발전기로는유일하게상업운전을시작하였다. 한진산업의 1.5MW는한국에너지기술연구원 (KIER) 제주월정성능평가기지에서실증운전후이양하였다. 한진산업의 1.5MW 시작품도지방에너지보급사업에적용이기대된다. 유니슨의 2MW들은현재시작품제작후실증완료하였으며, 효성 2MW는실증중에있다. 09년 4월, 효성 750kW 풍력발전시스템이국제인증취득으로수출교두보를마련하였다. 국내풍력발전산업은정부지원으로 1990년대초부터시작, 2MW급발전설비실증단계에있다. 두산중공업이 06년부터 3MW급해상용풍력발전시스템을개발하고실증완료하였으며, 08년말부터효성중공업은해상풍력 5MW급을개발중에있다. 현대중공업과삼성중공업은 07년부터독자적 R&D 투자로수 MW급풍력발전설비를개발중에있으며, LS전선은풍력터빈용특수케이블개발, 해상풍력용해저케이블및전력계통체계를개발하였다. < 그림 14> 한국의풍력발전보급추이 ( 자료 : 전경련, FKI 전략산업리포트 1 풍력산업현황과개선과제, 자료재인용 ) 187

194 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 21> 국산풍력발전설비의적용기술비교 개발모델 정격로터구동발전운전출력풍속직경 (m) 방식방식 * 방식제어 (m/s) 효성 750kW 증속 SCIG 정속 피치 유니슨 750kW 직결 PMSG 가변속 피치 한진산업 1.5MW 증속 SCIG 정속 피치 효성 2MW 증속 DFIG 가변속 피치 유니슨 2MW 증속 PMSG 가변속 피치 두산중공업 3MW 증속 PMSG 가변속 피치 * SCIG: Squirrel Cage Induction Generator( 농형유도발전기 ) PMSG: Permanent Magnet Synchronous Generator( 영구자석동기발전기 ) DFIG: Doubly Fed Induction Generator( 이중여자유도발전기 ) < 표 22> 국내풍력산업관련주요업체 업체명현대중공업삼성중공업 ( 주 ) 효성두산중공업유니슨 ( 주 ) 대우조선해양 STX중공업한진산업현대로템 DMS LS전선오로라에너지 ( 주 ) KM 보국전기 주생산품목 1.65MW 및 2MW 라이센스생산 변압기, 차단기, 회전기등을주력생산 일본미쓰비시에 1,100kW급발전기수출중 군산 600MW 규모의풍력발전설비생산공장 5MW 해상풍력시스템개발중 2.5MW 육상풍력, 5MW 해상풍력시스템개발중 750kW 국제인증취득및 2MW 풍력터빈의실증중 5MW 해상풍력발전시스템을국책과제로연구개발중 3MW 해상풍력시스템개발완료및실증중 3MW 저풍속형풍력발전시스템을호남광역권국책과제로개발중 750kW급개발완료 / 실증완료및인증완료 2MW급개발완료, 실증중 DeWind M&A 로 1.25MW 및 2MW 해외시장진입 Harakosan M&A로 2MW 상업화 1.5MW 풍력발전시스템개발및인증완료 2.5MW 풍력발전시스템자체개발추진 2MW Gearless 풍력발전시스템을국책과제로연구개발중 2MW Gearless 풍력발전시스템을호남광역권국책과제로개발중 풍력터빈용특수케이블개발완료 해상풍력용해저케이블및전력계통체계개발 65kW, 225kW급의비교적소형시스템을생산 1MW급을개발중 2MW급 Blade 제작기술개발완료, 실증준비중 3MW급 Blade 개발완료 750kW 기어리스풍력발전시스템의발전기제작 발전기제작기술개발중 188

195 Ⅴ. 신재생에너지 ( 주 ) 플라스포 코윈텍 동진기술 준마엔지니어링 한국화이바 한국쏠라 ( 주 ) 750kW 기어리스풍력발전시스템의인버터제작 인버터제작기술개발중 1MW 급풍력시스템개발완료실증준비중 미국 Bergey 사의 1kW, 7.5kW, 10kW 급을수입판매 1kW, 6kW, 10kW 급의개발및생산 풍력터빈용저풍속고효율 750kW 급블레이드개발완료 풍력발전가로등 (250W~5kW) 의생산 / 설치운용 ( 주 ) 태웅 Main shaft, 타워플랜지등단조부품 ( 주 ) 현진소재 Main shaft, 타워플랜지등단조부품 동국 S&C STX 엔진 PSM ( 주 ) 평산 금성기공 풍력타워생산 발전기생산 플렌지, gear rim, distance plate, lock plate, rotor shaft 풍력발전타워구조물제작 1.5. 미래패러다임변화 국내풍력산업은 2030년까지설비용량 7.3GW를보급한다면연간 17,000~25,000명의고용창출이예상되는신성장동력산업이다. 정부가계획중인스마트그리드및그린홈 100만호건설사업등과의연계를통해추가일자리창출및시너지효과가발생할것으로예상된다. 독일은 2020년설비용량 48GW의풍력산업부문에서 112,000여명의일자리창출이기대 15) 되고있다. 미국은 2030년풍력산업부문에서연평균 15만여명의직접고용을포함하여, 총 50만여명일자리창출을전망하고있다. 무공해풍력자원의에너지화를통해기후변화대응및에너지안보실현을위한저탄소녹색경제구축이가능하다. 또한, 전력수요에서풍력발전분담증가로온실가스감축및기존화석에너지대체도가능하다. 독일은 2010년까지 30GW 풍력발전보급확대로온실가스 2.7% 를감축하여 2012 년감축목표를조기에달성할것으로전망된다. 미국은 2030년전력수요의 20% 를풍력으로조달하여발전용천연가스 50%, 화력발전용석탄 18% 를저감할것으로예상된다. 세계적으로연간 20GW 규모의대규모시장을형성하고있으며, 북미와중국, 인도등아시아시장의지속적인고성장이예상된다. 기술개발을통한풍력발전단지의대형화가지속되고해상풍력이육상풍력의대안으로부각하고있는추세이다. 당분간 5MW급의풍력발전시스템이주류를이룰것으로전망되며, 풍력발전단지의대규모화추세는지속될전망이다. 육상에서의발전부지부족과대규모발전단지구축을위한해상풍력단지개발이풍력수요국의주요이슈로등장했다. 해상풍력이보편화되면단지규모는수백 MW급으로확대될것으로기대된다. 15) 2008, BWE, Economy, 189

196 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 안정적성장기에진입한풍력시장은중공업, 조선, 건설기술을보유한국내업체에게기술추격의기회를제공할것이다. 풍력시장은신흥시장을중심으로 10% 대로고성장하여, 10년에는 596억불까지성장하였다. 신흥시장은자국산업기반이약한편이어서진출이상대적으로용이하다. 오랜사업경험과기술을보유하고있는상위업체의과점수준이낮아지기에후발업체의진입이가능한상황으로중공업, 조선, 건설기술을보유한국내업체의기술추격및시장진입가능성이매우높다. 2. 풍력발전산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 풍력발전산업의현주소 가. 글로벌시장포지션 국내에서는 1990년대초부터정부지원하에풍력설비를연구하여 2002년부터시장이형성되었으나해외에비해규모가작으며, 풍력산업수출액은 2004년 5,800만달러에서 2009년 7억 2,400달러로 12배증가하였다. < 표 23> 2009 년세계풍력발전시장점유율상위 10 국분포 나. 핵심역량보유수준평가 세계적으로육상풍력발전기술은상용화가 100% 이루어진기술이며, 현재는규모의경제를이루는방향으로개발되고있다. 국내의기술수준은세계수준의약 70-75% 정도이며, 타워와같은일부부품은국내제작사가세계시장을선점하고있다. 풍력발전기자체를설계할수있는시스템설계기술수준이세계수준에비해약 60% 정도로국산풍력발전시스템이개발되기위해서는이분야의기술개발이필요하다. 190

197 Ⅴ. 신재생에너지 해상풍력의경우세계적으로아직파일로트플랜트를건설하고있는분야로상용화까지는약 70% 정도의기술수준이다. 국내해상풍력기술수준은세계수준의약 80% 정도로예측되고있다. 국내풍력발전설비핵심기술은세계수준의 79% 이며, 국산화율은설계 63%, 제작및생산은 80% 수준이나, 설계분야는제작 생산에비해국산화율이 13~19% 정도로낮게나타나고있다. < 표 24> 풍력발전시스템분야주요기술영역별현황기술영역선도국현황국내현황 1~2MW 주종이며현재공급이육상달리는상황임 750kW, 1.5MW, 2MW, 3MW 풍력발전시 풍황 1급지는포화되어가므로풍황풍력발전기개발및실증완료스템 2급지이하용풍력발전기개발중 최대 5MW급이상용화되어있으며, 3MW급풍력발전기개발완료, 실증해상현재 5MW 이상 6MW급이시험중풍력발전시중임 해상구조물기술세계선도적이나스템 부유식수중기초연구해상풍력설치경험이없음 이미표준화되어있으며풍력발전기 설계기법을해외에서도입하였으나설계기준생산업체마다노하우보유설계기준확립은아직미진자료 : 에너지관리공단신 재생에너지센터, , 신 재생에너지 RD&D 전략 2030[ 풍력 ] < 표 25> 국내풍력발전설비핵심기술별국산화율 자료 : 에너지관리공단신 재생에너지센터, , 신 재생에너지 RD&D 전략 2030[ 풍력 ] 191

198 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 다. 핵심이슈분석 정책적인측면에서살펴보면기후변화협약및화석연료고갈에따른에너지문제를해결하기위해신재생에너지개발은전세계적으로매우중요한문제이다. 연평균 14% 성장, '10년 596억달러에도달된세계풍력발전설비시장에서국내기업의경쟁력은아직미약한실정이다. 국내풍력산업육성을위한정책지원이부족하고, 풍력산업을통한부가가치와고용창출에대한국민인식이부족하다. 국내자연환경, 기술수준및기업의사업계획등을감안할때향후신성장동력으로발전가능성은충분하지만사업인프라, 행정적법률적규제및사회환경적공감대등기반여건이아직은미흡하고, 글로벌선도업체와경쟁하기위해서는초기시장확보, 전력연계인프라구축, 관련규제개선등이필요하다. 기술적인측면으로는개발이가장시급한것은시스템설계및평가, 블레이드, 증속기기술이며, 제작기술보다는설계및해석기술의확보가보다시급한실정이다. 시스템설계및평가기술은핵심기술개발을위해우선적인확보가필요한시점이나아직설계 / 해석부문의국내기술수준이현저히낮아서시급한보완이필요하고, 제작및설치기술은설계기술확보와비교할때상대적으로높은기술수준을보유하고있다. 블레이드기술의경우주요핵심기술개발의필요성이제기되고있으나아직은국외기술대비국내기술수준이현저히낮아서시급한보완대책이필요하다. 증속기기술은중공업설계 / 제작기술에경쟁력이있는우리나라실정에적합하고핵심요소기술개발에있어파급효과가크므로기술개발이필요하다. 단지설계와시공기술역시핵심기술개발이꼭필요하고파급효과도큰데비해국내기술수준이낮지만장기적으로풍력보급확대를위해서는단지개발에대한기반기술의확보가필요한시점이다. 풍력발전의수용성확대를위해서는계통연계기술의확보가선행되어야하며, 국내계통은대륙과연계되지않고섬과같이고립되어있으므로풍력발전의보급확대를위해서는계통안정화를위한연구기반이사전에갖추어져야한다. 풍력산업을미래신성장동력으로육성하기위해서는 R&D 투자확대, 지원정책보완및관련규제개선이필요하다. 명확한풍력산업발전목표와실행계획을수립하고, 장기적인지원정책으로기업의투자안정성을각인시켜야한다. 육상용발전차액제도상향조정, 해상풍력용발전차액제도신설, 풍력발전인프라구축시공공부문과사업자의비용분담, 국내부품사용시인센티브제공등이필요하며, 환경및안전에큰지장이없고국가산업정책에부합하는경우에는풍력산업조성및운영과관련된불필요한규제를개선하여야한다. 풍력발전단지인허가및운영관련 One-Stop Service 시스템구축, 개발행위허가규모확대, 공유수면점유 사용기간확대등도심도있게검토되어야한다. 풍력산업발전을위한보급정책과연구개발을병행함으로써시장수요창출과산업화육성을동시에추진하여야한다. 독일, 스페인, 덴마크등은발전차액제도등의일관된지원정책으로자국시장안정화및풍력발전선진국을유지하기위한안정적인발전차액제도와프로젝트파이낸싱지원을확대하고있다. 국가 R&D사업및실증사업은풍력산업화기틀을마련할수있는기술확보에중요한역할을한다. 선도국가들은향후풍력발전의미래트렌드로부상하고있는대형풍력발전시스템및해상풍력등에대한 R&D를적극적으로지원하고있는바, 자국상황에적합한풍력발전기술이나시스템개발, 실증사업등을꾸준히수행하여글로벌시장에서의경쟁력을확보하여야한다. 192

199 Ⅴ. 신재생에너지 3. 풍력발전산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 풍력발전산업전략적시사점 가. SWOT 분석을통한전략적시사점 < 표 26> 국내풍력발전기술및산업의 SWOT 분석강점요인약점요인 핵심및기초기술의기반내부요인취약 풍력발전시스템개발경험 시스템통합및신뢰성 학계, 기업및연구소의확보기술미흡풍력발전시스템개발의지 체계적인기술개발및보외부요인 풍력인프라저변확대급지원정책수립의미진 관련연구인력부족 기후변화협약에의한 <S-O 전략 > <W-O 전략 > 기회요인위협요인 풍력에너지보급확대 정부주도의시범보급을 기술개발을통한원천기 국내외 풍력발전시장 통한국내풍력산업육성 확대 정책활성화 에너지산업의구조개 차세대풍력발전시스템개 부품개발을통한풍력인 선 / 민영화발 정부의강력한의지 <S-T 전략 > 술및시스템조합기술확보 프라산업성장유도및연구인력배양 <W-T 전략 > 인증을통한국제적신뢰 풍력산업진입국가를대 해외선진풍력제작사성확보상으로적극적인시장개의시장지배력증대 부품국산화를통한가격척 중국, 인도등의풍력경쟁력확보발전시장비약적성장 풍력발전기개발을통한기술우위점유자료 : 한국에너지기술평가원, , 그린에너지전략로드맵 [ 풍력 ] 193

200 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 15> 풍력발전 Risk 평가표 ( 자료 : 하나금융경영연구소 ) 194

201 Ⅴ. 신재생에너지 나. 핵심이슈해결방안 풍력산업을단순한에너지정책이아닌고용과고부가가치를창출하는신성장동력으로육성하기위한정책이필요하다. 정부는초기시장창출, 지원제도등의정책으로기업의투자확대를유도하고, 풍력산업의 R&D 투자확대, 보급및투자를장려하기위한규제완화, 녹색기술개발에대한추가세액공제등의정책을수립하여야하며, 풍력발전시장활성화를위해행정적, 법률적, 사회환경적규제를개선할수있는 'One Stop Service' 시스템구축및국민공감대형성에노력을기울일필요가있다. 풍력발전단지까지의계통연계및인프라조성비용을정부가지원하고, 국산부품을사용할경우인센티브제공및조속한시범사업추진을통해국내기술경쟁력확보에주력하여야한다. R&D 결과가상용화로연계될수있도록조속한실증사업추진과 Value-Chain상기술개발업체에게추가세액공제, 보조금지원등의인센티브제공도필요하다. 해상풍력은육상풍력에비해높은투자비용이요구되어초기에는 60-70% 높은가격의발전차액지원제도신설이필요하다. 입지제한, 대형화추세에따라해상풍력발전시스템은더욱확대될것으로전망되며, 해상풍력은육상풍력에비해풍력자원이우수하고, 대단지화에유리하나기반공사및해저케이블로인해 2배의초기투자비용이소요된다 풍력발전산업의 2020 비전및목표 비전 : 2020 년세계 1 위풍력발전시스템제조산업강국실현 목표 - 풍력발전산업은자동차, 조선과유사하고우수한중공업인프라를기반으로국내적용및수출산업으로육성하여 2011년세계시장진입, 2020년세계 1위의시장주도국이목표 - 풍력산업관련풍력발전설비완성품설계 제작, 부품생산및풍력발전단지개발분야에국내에 50 여개업체가존재 - 수출 395,000억원, 내수 125,000억원을달성하며, 국내일자리는 101,000명을창출함 3.3. 풍력발전산업유망제품 / 부품 가. 풍력발전산업유망제품 / 부품선정기준 시장현황을살펴보면전세계신재생에너지투자의 45% 를풍력분야에투자하고있으며, 연평균 20% 의고성장을하고있다. 풍력발전용량 (MW) 은 2008년 18,481MW, 2010년 25,831MW에서 2012 년에는 28,646MW 규모로성장할것으로보인다. 세계풍력시장은시스템대형화에따른경제성확보와육상단지포화로대형해상풍력이확대되는추세이다. 국내현황은중공업, 조선 해양건설등우수한기반기술접목으로글로벌시장선점을위한투자가급증하고있다. 5MW급이상대형시스템개발, 대규모해상단지구축 / 운영기술개발및장기적으로 5-10MW급부유식등대수심해상풍력발전개발에노력하고있는상황이다. 195

202 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 전략방향을살펴보면, 국산풍력개발품 (2MW, 3MW) 의대규모실증 상용화발전단지조성을통하여해외진출에필요한납품 운전실적및운영노하우를확보하여세계시장에조기진입할수있도록유도하여야한다. - 육상풍력 : 20MW 규모의 2개상용화시범단지조성 ('09-'12년) - 해상풍력 : 300MW 규모의해상풍력단지건설 ('10-'15년) - 민간기업이단지조성추진시민원, 부지확보, 규제등으로장시간소요가능성 해상풍력발전의수출시장선점을위해서는전략적모델의핵심부품국산화를통한가격경쟁력확보를위한블레이드, 주축베어링, 원격제어시스템등의국산화가필요하며, 사업화전략으로는세계시장주도모델인 2-3MW급개발품의국내실적확보를통해수출주력상품으로육성하여야한다. 나. 유망제품 / 부품도출 < 표 27> 유망제품목록구분유망제품명특징 2MW급육상용국산주력품목수출주도형 전세계적으로가장수요가많은품목으로국산풍력단기풍력발전시스템양산시수출전망이밝음 (2012년) 대단지용 3MW급해상용풍력발전해상풍력시스템 해상풍력경제성확보를위해필요한시스템 5-10MW급대형해상용풍력발전시스템으로 '15년차세대초대형이후세계풍력주력상품풍력발전시스템 미래수출시장선도를위해필요한품목으로풍력기장기술선진국도전략적으로개발중 (2020년) '15년이후대수심해상풍력시장선점미래형부유식 풍황은양호하나수심은 50m 이상깊은해상지역풍풍력발전시스템력발전경제성향상 원천기술개발추진중자료 : 한국에너지기술평가원, 2009, 녹색성장을위한 R&D 이정표-그린에너지전략로드맵 4. 풍력발전산업전략기술획득전략측면에서중국, 인도등신흥시장의풍력시장점유율확대를위해신흥국의저가 저신뢰성시스템과의차별화된전략이필요하다. 이를위해우수한재료, 부품산업인프라활용을통해시스템의신뢰성확보, 3MW 이상초대형육상풍력, 해상풍력등기술적우위확보에나서야한다. 또한, 국산풍력발전기의신뢰성향상과상용화실적을조기에확보할필요가있다. 대규모실증및상용화단지구축을통한국산풍력실적을확보하고, 스마트블레이드, 고신뢰성증속기, 주축베어링, 제어시스템등핵심부품국산화및질적향상이필요하다. 또한, 대형해상풍력발전시스템, 대규모단지운영, 대수심용부유식풍력발전시스템기술개발을추진하고, 5-10MW급시스템, 해양건설기술을접목한부유식풍력발전실증연구에빨리착수하여야한다. 196

203 Ⅴ. 신재생에너지 사업화전략으로는단기적으로주력상품선상용화를통한해외시장진입이필요하다. 2-3MW급기술개발품의대규모실증 / 보급연계를통해상용화실적을확보하고, 국산풍력의신뢰성 가격성 유지보수성향상을통해경쟁력을확보 (Low COE) 하여야하며, 구성품 부품국산화및수직계열화로안정된 Supply Chain을구축하여야한다. 장기적으로는해상풍력발전시스템및대규모단지운영기술의수출산업화를꾀하여야한다. 육상풍력 (2-3MW급) 경쟁력강화를위해서는수입대체및수출상품화노력과해상풍력 (5-10MW급) 시스템및대규모단지개발을전략품목으로육성하여야하며, 대수심용부유식풍력발전시스템개발을통한미래시장선점 (3MW 개조 pilot 5MW 개조 10MW급부유식모델개발 ) 과대규모단지설계 구축, 운영기술및국산시스템등수출상품의 package화를통하여시스템 발전업체의동반해외시장진출전략을추구해야한다. 정책및제도개선으로는한전송전계통및배전계통접속규정을완화하여야한다. 현재풍력발전단지에서접속시한전변전소까지전용선로신설이필요한데이로인해민원발생및풍력발전단지건설비용이증가하고있으며, 대용량풍력발전단지 (20MW 이상 ) 인근의한전송전계통접속시송전선로에서접속 (T분기) 허용, 배전선로접속시 3MW 이상발전기도배전품질에영향을주지않을경우접속허용과시험 인증설비구축이필요하다. 풍력발전산업유망제품 / 부품별전략과제 가. 수출주도형육상풍력시스템 단기적으로국내에서개발한 2-3MW급풍력발전시스템의경쟁력강화를통해수입대체및수출상품으로육성하여야하며, 장기적으로는국내에서개발한 2-3MW급풍력발전시스템의주요핵심부품국산화개발을통해경쟁력을강화하여수입대체및수출상품으로육성하여야한다. 나. 대단지용해상풍력시스템 단기적으로국내에서개발한 3MW 풍력발전시스템을주력으로개발하여수입대체및수출상품으로육성하고, 장기적으로는국내에서개발중이거나착수예정인 3-5MW 풍력발전시스템의관련인프라를중심으로실증사이트제공과해상풍력전반의경쟁력강화를통해시스템뿐만아니라단지개발전체를향후전략품목으로육성하여야한다. 다. 차세대초대형풍력발전시스템 5-10MW급대형해상용풍력발전시스템을 '15년이후세계풍력주력상품으로육성하여야하며, 차세대초대형풍력발전시스템은미래수출시장선도를위해반드시필요한품목으로풍력기술선진국도전략적으로개발중에있다. 라. 미래형부유식풍력발전시스템 부유식기초및부유식용 3MW 시스템제조개발완료후에는장기적으로 5-10MW급의대용량으로확대하여시장에선제적으로대응해야한다. 197

204 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5. 풍력발전산업기술전략 5.1. 풍력발전산업유망제품 / 부품에필요한전략기술및확보방안 가. 수출주도형육상풍력시스템 핵심소재및부품대부분이외국제품으로국산화율이저조하여핵심부품 소재국산화개발과개발된제품에대한 2-3MW 개량기술, 실증기술및단지운용기술확보에주력하여야한다. 나. 대단지용해상풍력시스템 3-5MW 해상풍력시스템개발을위한핵심부품기술, 시스템신뢰성향상기술개발및육 해상실증을통한단지운영기술과설계기술개발에주력하여야한다. 다. 차세대초대형풍력발전시스템 5MW급이상초대형풍력발전시스템에적용될대형영구자석형동기발전기, 블레이드경량화를위한소재, 타워조립기술등핵심부품과계통연계기술, 수심 30-50m 이상의지역에적합한해상풍력기초구조물 설치기술개발에주력하여야한다. 라. 미래형부유식풍력발전시스템 수심 50m 이상의대수심에서초대형풍력발전시스템을설치하기위한기초구조물설계기술, 시스템제어기술개발과육 해상실증을통한단지운영기술개발이필요하다. 198

205 Ⅴ. 신재생에너지 5.2. 중점육성기술 R&D 전략추진과제 < 표 28> 중점육성기술 R&D 전략추진과제목록 구분핵심요소기술필요성 / 중요성 달성가능시기 기술수준 (%) 현재완료시 2MW급육상용 국산 2-3MW 개량기술 주력품목 수출주도형및실증 전세계적으로가장 수 육상발전시스템 단지운용기술확보 요가많은품목으로국 핵심부품 / 소재개발 산풍력 양산시 수출전 망이밝음 3-5MW 해상풍력시 3MW급해상용풍력발스템개발및실증대단지용전 시스템신뢰성향상해상풍력시스템 해상풍력경제성확보기술개발를위해필요한시스템 단지설계 / 운영기술 5-10MW급대형 해상 5MW급이상 시스 용풍력발전시스템으로 템개발 '15년이후세계풍력주 차세대초대형 핵심부품개발 력상품 풍력발전시스템 계통연계기술 미래수출시장 선도를 해상풍력기초구조 위해 필요한 품목으로 물 / 설치기술개발 풍력 기술선진국도 전 략적으로개발중 '15년이후대수심해 상풍력시장선점 기초구조물설계기술 풍황은양호하나수심미래형부유식 시스템제어기술개발은 50m 이상깊은해풍력발전시스템 육해상실증상지역풍력발전경제 단지설계 / 운영기술성향상 원천기술개발추진중 % 95% % 95% % 95% % 80% 199

206 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5.3. 풍력발전산업비전체계도 세계적으로 2010년풍력발전은연 320억불정도의시장이형성되었으며산업의연성장률도약 20~50% 를 2020년까지지속할것으로전망되기에, 풍력발전산업을자동차, 조선의우수한중공업인프라를기반으로국내적용및수출산업으로육성한다. 200

207 Ⅴ. 신재생에너지 Ⅱ-3 연료전지 1. 연료전지산업의미래성장방향 1.1. 시장성장추이 / 전망 연료전지세계시장현황및전망을살펴보면, 1~수십 kw급건물용연료전지시장은증가추세를보이고있으며, 2007년까지세계적으로 7,000대설치를돌파하였다. 연료전지시스템의세계시장은 2020년 13조원, 2030년 19조원으로추산되며, 2010년현재까지누적 75,000대이상의연료전지가보급되었다. 2009년에는약 24,000대 (2008년대비 40% 이상의증가율을보임 ) 의정지형, 휴대용및수송용연료전지시스템이공급되었다. 2010년이후건물용연료전지시장의급속한성장과함께, 북미와일본에 2015년 1,000MW, 2020년 3,200 MW이상의건물용연료전지시장형성이예상된다. 수백 kw에서 10MW급분산형전원의경우시장성장가능성이매우밝은데, 2010년까지신설전원의 20% 를분산형전원으로대체하면약 10GW/ 년규모의시장이형성될것으로예측되며, 수송용연료전지는 2015년연간만대규모의초기시장이형성되어 2025년경신규자동차판매량의 1% 수준의점유율을보일것으로전망된다. < 그림 17> 연료전지세계시장규모예측자료 : 10년수소 연료전지의실태와미래전망, 일본에코노믹센터 < 표 29> 2020년연료전지자동차시장규모 지역 세계시장 유럽 아시아 북미 미국 중국 독일 규모 ( 천대 ) 비율 (%) * Pike Research, Green Car Congress (2010) 201

208 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 발전용연료전지생산은미국 (FCE MCFC, UTC PAFC) 이주도하고있으며, 경쟁적으로개발되고있는건물용연료전지의경우도보급시장은미국 (PlugPower) 과일본도시바등소수기업이주도하고있다. 일본의 4대주요제작사는연간 10,000대규모의가정용연료전지양산설비를 2008년에구축하였다. 건물용연료전지의핵심기술의하나인개질기의경우일본동경가스와오사카가스가주도하고있으며, 국내연료전지설비도오사카가스기술을채용하고있어국산화가시급한실정이다. 발전용연료전지의경우미국 FCE사의기술을이용하여독일의 MTU사가유럽시장을, 국내포스코파워가국내와아시아시장선점을위해연 50MW급양산시설구축을하고있다. < 표 30> 가정용연료전지세계시장규모예측 2009년 2010년 2015년 2020년 2025년 2030년 단위 : 천대 ,000 단위 : 억원 4,080 7,800 52,800 57,600 60,000 61,200 출처 : 10년수소 연료전지의실태와미래전망, 일본에코노믹센터 국내에서는그린홈 100만호보급사업과 2012년 RPS 제도시행에따라연료전지보급이활성화될것으로전망된다. 2010년 200대규모의가정용연료전지시범보급을시작으로 2020년까지그린홈 100만호등연료전지보급이확대될것으로보인다. 국내기술로잉여수소와바이오연료를이용한수소타운시범조성을통해국내연료전지산업활성화및보급확대가예상되고, 연료전지시장은건물용, 발전용을중심으로수송용포함 2012년약 4조원규모의시장형성이예상되며, 이후연간 35% 의성장률증가가예측된다. 상용화기술개발및시범보급사업추진으로건물 수송용연료전지와발전용연료전지를중심으로산업기반확립단계로진입하고있는실정이다. 건물용연료전지는그린홈보급사업과연계하여국산화양산기술개발과시범보급사업을추진하고있어시범보급사업확대를통해국내 value chain을형성하고산업기반을확립해야한다. 발전용연료전지는국내자체기술개발과기술제휴를통해양산제조시설을구축중이며고부가가치기술로백업전원, 선박용전원, 플랜트연계기술을개발하고있어국산기술우대정책에의한국내 supply chain 확립이필요하며, 수송용연료전지는 2012년소량양산을위한실용화기술및신뢰성확보를위해 2단계실증연구를수행하고있다 경쟁동향분석 아직소재및부품전문업체가국내에거의없어시스템업체인 GS퓨얼셀, 퓨얼셀파워, 포스코, 두산중공업은핵심부품의상당수를수입에의존하고있는실정이다. 핵심모듈인셀스택, 연료개질기, 전력변환기, 전장류등에서초기시장형성에필요한국산화가이루어지고있으나소재, 부품, 시스템생산, 유지보수를포괄하는 supply chain의구축은미비하다. 전해질막, 전극및개질기촉매, 카본페이퍼등핵심소재와펌프및송풍기와같은보조기기류등에서는수입에의존하고있어중장기적으로가격저감에장애가되고있다. 202

209 Ⅴ. 신재생에너지 < 표 31> 주요연료전지생산업체동향 Eneos Celltech, Tokyo Gas, Osaka Gas( 일본 ) Fuel Cell Energy ( 미국 ) SPC( 미국 ) Plug Power ( 미국 ) Ballard Power ( 캐나다 ) Siemens ( 독일 ) Kyocera ( 일본 ) GS Fuel Cell( 한국 ) 퓨얼셀파워 ( 한국 ) 두산중공업 ( 한국 ) 포스코파워 ( 한국 ) 삼성 SDI ( 한국 ) 주요사업현황및전략방향 - ENE-FARM 제품명통일, 1kW 급가정용연료전지판매중 - 내구성 40,000 시간의세계최고수준의 PEMFC 시스템개발 - 내구성확보및가격저감에주력 - 가격 4 천만원, 80%(LHV) 효율 년상용화, 현재 20MW 급 MCFC 설치중 - 전세계약 65 기이상공급 - 25,000 시간이상운전경험 - 전세계에서유일하게 MCFC 상용화 - 가장뛰어난기술보유사로전세계적으로파트너십체결 / 공급전략 년대부터 SOFC 에기반한분산전원용연료전지발전시스템개발 년이후 5~300kW 급시제품개발및실증운전 - DOE 의 SECA 프로그램에주도적참여 - 시스템전반에걸친원천핵심기술확보노력 - 5kW 가정용연료전지시스템판매중 - 지게차용, 백업파워용연료전지시스템개발, 실증운전중 - 차세대 5kW 급고온 PEMFC 시스템개발, 상용화평가중 - PEMFC 시스템의경제성확보에주력하고있음 - 최초의상용연료전지시스템을시판하였으며세계연료전지시장을선도 - 현재승용차및버스, 지게차용연료전지스택을전세계에공급하고있음 - 기업간전략적제휴를통한연료전지상업화에주력하고있음 - SOFC 상용화에가장앞서고있음 kW 급시스템을제작하여 20 기를실증중 - 700kW 급 (2015 년 : 효율 70% 가압형, 가격목표 : 2020 년 $1,000/kW) 시스템개발중 - 800W 급건물용연료전지상품화목표로개발진행중이며, - 일본내 SOFC 실증사업에참여중, 내구성신뢰성실증평가중 년까지국내최초로 3kW 급가정용 PEMFC 개발및실증을마침 - 소형열병합연료전지연계형개질기개발 - 가정용연료전지모니터링사업 / 시범보급사업참여 - 부품의자체생산보다는시스템의효율, 수명, 내구성향상에주력 - 1kW 급가정용 PEMFC 시스템개발 - 연료전지스택의핵심부품인 MEA 제작기술확보 - 가정용연료전지모니터링사업 / 시범보급사업참여 - 고성능저가의 MEA 제조기술확보에많은관심 - 현재 25kW 스택실증및 300kW 스택설계완료 - 구성요소및 BOP 평가라인구축완료 - 300kW 및 MW 급내부개질형 MCFC 정부과제수행 - 연료전지의구성요소에서 BOP 및 EPC 까지전체적인사업목표 - 구성품의국산화및자체개발목표 - 타플랜트연계형연료전지시스템상용화모델제시 년부터실증사업을통해 FCE 사 MCFC 제품 4 기보급 - 미국 FCE 사의스택을수입하여 BOP 를국내제작하여판매하는전략 - BOP 는 FCE 의기술제휴를통해기술력확보 - 연료전지시장선점의목표 - 차세대기술로서 SOFC 연구개발참여및투자 년부터정부지원하에 100kW 급 SOFC 발전시스템연구개발착수 - 해외선진기관과의기술제휴모색 203

210 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1.3. 정책동향분석 미국은수소연료전지프로그램에의한기술개발과시범사업그리고설치시세제지원등고분자전해질연료전지를기반으로하는수소연료전지프로그램에 2010년 $174,000M이지원되었으며수소생산에서연료전지제작기술까지종합적으로연구개발이수행되고있다. 건물발전용 SOFC 는국가주도의 SECA 프로그램에의해연 500억불수준으로기술개발이지원되고있으며, 미국 DOE는연료전지자동차시범운행사업 ( 05~ 09, $364M) 추진완료후 2단계사업을기획하고있다. 연료전지설치시상업용과비상업용으로구분하고전기효율 30% 이상인 0.5kW급이상제품에대해 kw당 $1000이나 30% 중적은금액을지원하고있다. 총 18개주에서신재생에너지의무할당제를도입하거나도입예정으로, 캘리포니아주는연료전지설치시 LNG와부생가스에대해서 $2,500/kW를지원하고있으며, 코네니컷주는연료전지 LNG 가격체계를도입하여생산전력을도매가 + $0.055/kWh로판매하고, Fuel Pass Through 도입으로연료값을발전사업자에게지급하고있다. 일본은 NEDO(New Energy and Industrial Technology Development Organization) 의연료전지프로그램에의해기술개발과대규모모니터링사업그리고설치보조금지원제도를실시하고있다. 일본의 PEMFC와 SOFC 개발의국가과제는 NEDO의 Road Map에의해체계적으로진행되고있다. 시스템가격인하를위하여 2005년부터 3년간펌프, 밸브, 센서류등의 BOP 국산화 공용화개발을진행하여공용화부품단가를 70% 낮추는등높은성과를이루었다. 일본은연료전지기술을선도하고수출성장동력으로육성하기위하여가정용연료전지와연료전지자동차에대한집중적인기반기술확립과보조금지원을통해보급확대정책을실시하고있다. 전기료가비싸고, 건물의소규모발전시스템에대한수요가많아일본정부에서는건물용연료전지시스템을핵심기술로선정하여기술개발과보급에많은지원을하였는데현재까지 168억엔의보조금이지급되었으며 09년도의예산은 61억엔정도로추정된다. 또한연료전지투자비의 30% 내무상지원과연료전지열발전시연료비를최대 11% 할인해주고있다. 일본정부, 자동차메이커, 에너지업체가 15년수소연료전지자동차상용화를목표로개발을진행중이며, 일본경제산업성 (METI) 은수소및연료전지의기술개발에 2000년부터총 2,085억엔지원 ( 09년도예산 :368억엔), 09년에고분자전해질실용화기술개발 (67억엔), 수소기술개발 (35억엔) 을지원하였다. JHFC Project로시범운행및인프라지원을위해 1단계 ( 02~ 05년) 시범운행사업으로 83억엔지원, 수소연료전지차 60대운행, 충전소 12기를구축하였으며, 2단계 ( 06~ 10년) 시범운행사업수행으로연료전지차누적 120대운행및지역별수소생산, 운송방법등의특징을고려한충전소를신규로구축하였다. 독일은일본을벤치마킹하여 2012년까지 3,000기의건물용연료전지를보급할계획으로, 2020년까지장기계획을수립하고있으며, 영국은에코홈 4백만호계획의일환으로건물용연료전지를포함하여시장확대계획을가지고있다. 유럽은일본과는달리보일러및열병합관련기업이기술개발과상용화에나서고있는실정이다. 덴마크는신재생에너지집합소로유명한덴마크의롤란드섬에서 5만명의섬전체인구가사용하고도남는잉여전력을독일, 스웨덴등인근국가로수출하고있으며, 태양열및풍력발전으로생산된잉여전력으로전기분해를통해물을수소와산소로분해시켜이들을별도로저장하고, 저장된수소와산소를연료전지를통해반응시켜전기와열을생산하여공급하고있다. 롤란드의한마을인 Vestenskov에서테스트가진행중이며, 이마을의각가 204

211 Ⅴ. 신재생에너지 정에연료전지모듈이설치되어, 각가정에수소를공급할수있는수소공급망도설치되어있다. 덴마크정부는수소연료전지도시프로젝트에 1,600만크로네 ( 약 300만달러 ) 를투자했고, 2010년이후투자를더욱확대할예정이다 기술동향분석 최근 3-4년간고분자연료전지의연구개발의중심은성능에서내구성향상과가격저감으로옮겨가고있다. 국외기업들은물론국내기업들의기술수준이높아지면서성능은더이상논의의대상이아니다. 합금촉매, 강화이온막등내구성확보와백금담지량감소, 저가대체이온막개발등가격저감에총력을기울이고있다. 현재세계적으로상업판매되고있는발전용연료전지는 FCE사 (MCFC) 와 UTC(PAFC) 의제품으로미국이거의독점하고있다. 고분자전해질연료전지를기반으로하는수소연료전지프로그램을통해 2010년도에 $174,000M이지원되었으며수소생산에서연료전지제작기술까지종합적으로연구개발이수행되고있다. 미국 DOE는연료전지자동차시범운행사업 ( 05~ 09, $364M) 추진완료후 2단계사업을계획중이다. 건물용연료전지는 Plug Power사에서고온고분자연료전지를사용한 5kW급시스템을시범적으로보급하고있으며, 2010년 DOE는상용화를위한성능및가격목표를상향조정하여국제적인기술주도를위한연구개발을병행하고있다. 건물 발전용 SOFC는국가주도의 SECA 프로그램에의해연 500억불수준으로기술개발이지원되고있다. < 표 32> 미국 DOE 의건물용열병합연료전지발전시스템기술목표 2008 현황 2012 목표 2015 목표 2020 목표 정격상태전기효율 (LHV 기준 ) 34% 40% 42.5% 45% CHP 에너지효율 80% 85% 87.5% 90% 공장도가격 (50,000 unit/year) 부하변동시반응 ( 정격의 10%- 90% 변화시 ) 시동시간 (20 C 주변온도 ) 사이클운전시성능저하 $750/kW $650/kW $550/kW $450/kW 5 min 4 min 3 min 2 min 60 min 45 min 30 min 20 min 2%/1000h 0.7%/1000h 0.5%/1000h 0.3%/1000h 운전수명 (<20%) 6,000 h 30,000 h 40,000 h 60,000 h System availability 97% 97.5% 98% 99% 205

212 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 일본은가정용연료전지개발및시장을주도하고있으며, 2009년도부터가정용연료전지 ENE-FARM (2008년 6월부터명칭통일 ) 의판매를시작, 향후의보급촉진활동을진행시켜나갈예정으로, 미래일본주택의표준이되는것을목표로판매대수는 2009년도 5,050대, 2010년도는 1만 5,410대이며, 2009년도판매단가는약 340만엔 ( 약 4천만원 ) 이다. 일본의 PEMFC와 SOFC 개발국가과제는 NEDO(new Energy and Industrial Technology Development Organization) 의 Road Map에의해체계적으로진행되고있다. 시스템가격인하를위하여 2005년부터 3년간펌프, 밸브, 센서류등의 BOP 국산화 공용화개발을진행하여공용화부품단가를 70% 낮추는등높은성과를이루었다. < 표 33> 일본의건물용 PEMFC 연료전지개발목표 목표 2010 년 2015 년 2020 년 2030 년 발전효율 37% 37% 37% >40% 내구성 ( 기동정지운전 ) 약 4 만시간 약 6 만시간 ( 기동정지 4,000 회 ) 9 만시간 ( 기동정지 4,000 회 ) 9 만시간 ( 기동정지 4,000 회 ) 작동온도약 70 약 90 약 90 약 90 시스템가격 200~250 만엔 약 50 만엔 - 70 만엔 (10 만대 / 년 / 社 ) 40~50 만엔 (20 만대 / 년 / 社 ) <40만엔 (100만대/ 년 / 社 ) 1.5. 미래패러다임변화 연료전지관련산업은분산발전뿐만아니라자동차, 보일러등의주택용열병합발전, 소형다목적등으로용도가광범위하여시스템과부품산업측면의파급효과가크므로향후신성장동력화는물론수출산업화와고용창출전망이밝다. 연료전지자동차, 가전산업등제조업은재료및공정기술산업이튼튼한한국에유리한산업이다. 전세계발전시장의흐름이대형집중형발전에서소규모분산발전으로이동함에따라연료전지가각광을받고있다. 다양한분산발전방식중현재가격측면에서는가스터빈, 엔진류의발전방식이연료전지에비해저렴하나, 효율및친환경성측면에서는연료전지가상대적으로우수하여향후경제성확보전망이밝다. 건물용연료전지는도시가스를연료로하는 1kW급이대표적이며, 향후다양한연료및다양한응용으로시장을확대해갈것으로보인다. 연료는도시가스, LPG, DME, 바이오가스, 수소등으로다양화될것이며출력범위도 1kW~5kW급의주택용, 10kW급의상업용으로확대되고, 물류용및보조전원용으로응용범위가넓혀질것으로판단된다. 연료전지는초기시장창출을먼저하는국가가산업경쟁력확보가능성이크므로조속한시장창출과기술경쟁력의지속성을유지하는산업화전략이필요하다. 초기시장의수요창출을위한고부가가치제품개발과대형화 복합화를통한원가절감이요구되고, 소재 부품의규격화와장기운전평가및열화기구규명으로신뢰성과수명향상이필요하다. 발전용 MCFC는원천기술을확보하고독자설계기술을개발하여수출주도산업으로육성할수있도록지속적인투자가필요하다. 206

213 Ⅴ. 신재생에너지 2. 연료전지산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 연료전지산업에서우리나라의현주소 가. 글로벌시장포지션 건물용 PEMFC는초기부터기술개발을진행하여상용화가가장빠르게진행되고있다. 시스템위주의기술개발이추진되었으며, 현재모니터링사업이진행중으로 2010년부터 200대규모의시범보급사업이추진중이다. 그러나핵심소재및부품대부분은외국제품으로국산화율이저조하며, 제품완성도제고를위한전해질막, 전극촉매, GDL, E-BOP 등의셀스택요소의내구성향상및가격저감기술이필요하고시스템측면에서가격을낮출수있는고온형 PEMFC 개발이필요하다. 또한, 부품국산화개발및공용화를통한가격저감과신뢰성확보, 시범사업확대를통한초기시장창출이요구된다. 발전용 MCFC는 2007년부터내부개질형 MCFC 기술개발에착수하여 2013년경플랜트연계형 MW급시스템을개발할예정이다. 국산화개발과선진사기술인수가동시에추진되고있으며, 고부가가치제품개발로대형화 복합화를통한수출산업화를추진중이다. MBOP, 전극, 분리판양산기술등상용화기술이부족하여 supply chain 구축에노력하여야한다. 기술국산화및생산체제구축, 선박등고부가가치제품및플랜트연계형복합시스템개발을통한경제성확보에초점을맞추어야한다. 건물 / 발전용 SOFC는고효율및다용도로사용가능한장점을보유하여장기적기술개발이필요한분야로현재는시스템시운전단계이다. 2003년부터 1~5kW급건물용 SOFC 개발을추진하고있으며 2008 년에 100kW급원통형 SOFC 발전시스템개발에착수하였다. BOP, 파우더, 밀봉재, 집전체등대부분의부품소재원천기술및 supply chain 확보가미비한실정이다. 소재기술개발을통해독자적원천기술확보로세계최고수준의건물용및분산발전용 SOFC 발전시스템개발이필요하다. 수송용 PEMFC 는자동차제조업체를중심으로스택및시스템기술개발을지속한결과 120여개부품업체를중심으로 supply chain이상당수준구축되어있다. 100kW급승용시스템및 200kW급버스용시스템이개발완료단계이며신뢰성확보를위한실제주행모니터링사업을추진중에있다. 부품국산화및시장진입을위한수소제조및충전관련인프라기술이부족하기에, 저가고내구성핵심부품기술개발, 시범사업을통해인프라구축및기술신뢰성확보가필요하다. 나. 핵심역량보유수준평가 건물용 PEMFC 는현재 GS퓨얼셀, 퓨얼셀파워, 효성등의회사에서건물용연료전지시스템을제작, 공급하고있으며, 모니터링사업진행과함께연료전지시스템의국산화율 70% 를달성하였다. 2006년부터진행된모니터링사업의결과 1kW급건물용연료전지시스템의성능및효율은세계최고수준인일본에비하여 85% 이상의기술력을확보하였으나, 내구성및시스템가격면에서는격차를보이고있다. 연료전지스택및시스템개발과제를통하여국내업체들의스택설계, 제작기술이확보되었으나, 원재료는전량외국제품수입에의존하고있다. 비불소계전해질막, 비백금촉매등새로운원재료개발을통한원천기술확보와함께, 원재료의국산화를통한가격저감개발전략이필요하다. 국내업체는자체기술또는해외기술라이센싱을통해 1kW급연료변환장치를국내제작하여건물용연료전지시스템에장착하고있으나, 촉매, 버너등핵심부품은외국제품수입에의존하고있다. 현재 207

214 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1~3kW급연료변환장치개발과제가진행중에있으며, 촉매, 버너등연료변환장치핵심부품의국산화개발을진행중이다. 현재까지연료전지전용의인버터및 BOP의국내개발수준이미비하여, 대부분이외국제품수입에의존하고있다. 시스템내구성확보를위한기초기술연구와함께, BOP 국산화개발및보급수량확대를통한시스템가격저감전략이필요한데, 2009년부터펌프및블로워의국산화개발과제가진행중에있다. 발전용 MCFC는 1989년부터발전용연료전지에대한기초연구에착수한후 1992년정부는 21세기선도기술개발사업으로 MCFC 기술을선정하였다. 현재한국전력연구원과 RIST가주도하는외부개질형 MCFC 개발은 250kW급평가설비를구축한후, 외부개질기, 촉매연소기등의 BOP 개선과 100kW 전후규모의스택평가운전을추진하고있다. 기술개발과더불어선진기술인수를통하여포스코파워는 2008년에 MCFC 공장을포항에건설하였으며, 현재 1.4MW, 2.8MW 등분산발전형제품을생산중이다. 두산중공업은 KIST, KIER 등의연구기관및국내중소기업과컨소시엄을구성하고에너지관리공단의지원을받아 2007년부터 300kW급내부개질형, 2008년부터 MW급 MCFC 시스템개발에착수하여구성요소, 스택및 BOP 시스템을순수자체기술로독자개발하고있다. 현재국내 MCFC 기술은 1993년부터진행된국책연구과제의성과를기반으로스택의구성요소에대한기술수준은선진국대비 80% 이상도달하였다. 스택과달리개질기를포함한연료전지플랜트전체를포괄하는시스템분야에서는선진국대비 70% 정도의기술수준을보유하고있다. 따라서시스템설계부분과핵심 E-BOP 및 M-BOP 부품개발에집중할필요가있다. 국내건물용 / 발전용 SOFC 관련산업은아직초보적인단계로상용화된제품은없다. 한국에너지기술연구원과 KIST에서는 SOFC 핵심원천기술을 1990년대초반부터개발하여현재전극, 전해질, 밀봉재, 분리판등의핵심기술을보유하고있다. 전력연구원에서는 2006년 1kW급건물용 SOFC시스템을개발한이후, 천연가스개질기와함께 5kW급건물용시스템개발을 2009년완성하였다. 삼성은 2006년부터한국에너지기술연구원과함께기반기술을개발하여, 2008년정부과제에참여 2013년까지 100kW급분산발전용 SOFC시스템을개발할계획이며, 포스코에서는 2007년부터 2012년까지 180kW급 SOFC 스택및발전시스템개발을수행중으로, 2008년 12월 5kW급스택및시스템개발에성공하였다. 다. 핵심이슈분석 기술주도형핵심부품및시스템기술개발과제품완성도제고를위해상용화기술개발을병행하여전주기적기술개발추진이필요하다. 저가고내구성연료전지상용시스템개발및고부가가치제품개발로조기성과창출형기술개발과실증추진, 원천기술개발과연계한부품소재국산화로국내산업육성및선진국대비기술경쟁력강화가필요하다. 또한, 소재 부품표준화, 원천기술확보및관련산업육성도필요하다. 경제성이확보되는규모의부족으로인해기존경쟁기술을극복하지못하고있어, 기술개발및대량생산체제구축지원을통한원가절감및고부가가치제품개발이필요하다. 개발된기술의실증을통한검증인프라미비로상용화까지연결되는데어려움도겪고있다. 해외선진기술대비취약한부품소재의국산화개발전략과함께, 양산화, 가격저감기술개발전략을추진하여경제성확보후향후해외 208

215 Ⅴ. 신재생에너지 선진제품에대한경쟁력향상및국내산업기반을보호할수있을것이다. 초기보급사업의확대를통해기업의양산기술및설비투자를이끌고, 이와동시에부품, 소재등의국산화개발및연관산업의동반성장도유도할수있다. 3. 연료전지산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점 가. SWOT 분석을통한전략적시사점 외부환경 기회요인 위협요인 내부환경 - 자원고갈대비한미래형 <S-O 전략 > 고효율발전설비인연료전지기술력확보및시장개척 - 강한기술독점성 - 선진국의 CO 2 배출규제제도에대한발빠른대응 - 유관산업의동반발전및고용창출 - 해외시장개발효율성제고 - 세계적정책표준선도 - 기존발전설비에대해 <S-T 전략 > 단기간에상용경쟁력확보난해 - 선진국기술에대해단기간에기술경쟁력을갖추지못할시기술표준의주도권상실 - 중국등신흥경제국의기술개발및보급지원강화 - 정부의정책적시장에대한지속적지원한계 - 중소기업의공격적투자의어려움으로 supply chain 미형성 - LNG 비용향상에따른사업자의수익성악화 < 표 34> 연료전지산업 SWOT 분석 강점요인 약점요인 - 기존발전설비대비고효율저공해 - 기존발전설비대비높은제조원가특성 - 대기업의시장및연구개발에대한 - 천연가스, 석탄가스, ADG 등다양한초기진입상태연료에대한적용가능 - 원천기술및소재원료의해외 - 우수한도시가스 ( 천연가스 ) 인프라의존성및도시가스사의보급의지 - 선진국대비상용화기술열위 - 높은안전성및저소음에따른도심 - 선진국대비높은연료비부담진입가능 - 연료전지 supply chain 구축미흡 - 부품, 기계, 조선, 전자, 화학등기존 - 표준화, 규격등연료전지를위한응용산업의높은적용성국가차원의가이드라인미흡 - 정부의 저탄소녹색성장 전략선언및지원사업전개 - 산학연고급인력인프라구축 <W-O 전략 > - 정부및기업의적극적투자를통한독보적상용기술확보및시장선점 - 군, 학교등의공공기관및병원, 조선등의산업기관에대한연료전지유치장려및단계적의무화 - UN, WEO 등국제기구에환경문제에대한적극적정책제안 - 에너지분야에대한정책적고용확대및미래사회대비교육강화 - 상용지표산출에근거하여그에따른집중적투자및신속한기술개발요구 - 사업초기실증사업중심의지원확대와경제성검토 - 대기업의사업방향에맞는 supply chain 발굴및정책적지원 - 도심에공급을확대하여국가의친환경이미지제고 - 중소기업에대한정부의공격적지원을통한기술자립도증대및 supply chain 구축 - 정부의정책적국내시장확대및대기업의기술개발을통한선진국과의격차해소 - 여러나라와전략적경제협력강화로써소재원료의안정적수급 <W-T 전략 > - 상용제품기술에대한기술제휴및기술인수장려 - 소재, 부품, 제품등의연료전지관련기술의규격화, 표준화를통한중복투자억제 - 연료전지용연료 (LNG 등 ) 가격책정을통한수익성악화완화 - 선진기술그룹과의기술교류확대정책마련 209

216 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 나. 핵심이슈해결방안 초기시장창출을먼저하는국가가산업경쟁력확보가능성이크므로조속한시장창출과기술경쟁력의지속성을유지하는산업화전략이필요하다. 초기시장의수요창출을위한고부가가치제품개발과대형화 복합화를통한원가절감이요구되며, 소재부품의규격화와장기운전평가및열화기구규명으로신뢰성과수명향상과발전용 MCFC는원천기술을확보하고독자설계기술을개발하여수출주도산업으로육성할수있도록지속적인투자가필요하다 연료전지산업의 2020 비전및목표 비전 년세계 1 위연료전지강국실현 목표 - 세계 1위건물용, 발전용연료전지기술을기반으로차세대세계연료전지시장에서 2020년 20% 의시장점유율을차지함 - 수출 91,000억원, 내수시장 40,000억원을달성하며, 국내일자리는 35,000명을창출함 3.3. 연료전지산업유망제품 / 부품 가. 유망제품 / 부품선정기준 산업의특성을살펴보면, 연료전지는부품, 소재및시스템을포함하는다수의사업자가참여하여산업을형성하고있다. 선진기술국의경우소재, 부품, 시스템, 유통등의 supply chain이잘형성되어있으나, 국내의경우소재, 부품, 유통의산업구조형성은미숙하다. 세계적으로수소 연료전지관련중장기계획을통해기초기술개발과함께, 실용화기술개발, 상용화를위한보급사업, 표준화사업이진행중이다. 연료전지스택, 연료변환장치등의부품 소재원천기술연구와함께열화원인분석과같은기초기술및차세대기술개발을지원하고있으며, BOP 국산화 / 공용화개발을통해상용화기술개발을지원하고있다. 건물용연료전지시장은세계적증가추세를보이고있다. 2009년에 20,000대설치를돌파하였다. 일본의건물용연료전지시장은 2009년상용화개시와함께, 2010년회사별연간 1만대규모의생산설비구축을완료하였으며, 유럽은 2012년건물용보일러를대체한연료전지시스템의양산을통해 2015년연간 20만대시장판매를목표로하고있다. 2010년이후건물용연료전지시장의급속한성장과함께, 북미와일본에 2015년 1,000MW, 2020년 3,200MW이상의건물용연료전지시장이형성될것으로예상된다. 분산발전용연료전지시장은 2012년약 2조원규모의시장형성이예상되고, 이후연간 35% 의성장률로시장규모의증가가예상되며, 2030년에는분산전원용및산업용, 플랜트연계형등으로시장이확대되어수 MW급의대형플랜트를중심으로되어 18~41조원규모의시장형성이예상된다. 210

217 Ⅴ. 신재생에너지 각품목별기술개발수준은다음과같다. 건물용 PEMFC는일본을선두로현재실증사업중이며, 국내에서도 2006년부터실증사업이시작되었으며, GS 퓨얼셀, 퓨얼셀파워등이 2010년부터 200대를시작으로보급을시작하였다. 분산발전용 MCFC는 2008년포스코파워는미국 FCE사의스택기술을도입하고, BOP 기술을개발하여시장진출을시작하였다. 시장확대를위해표준화, 가격저감과시스템안정성확보를위한기술을개발중에있다. 건물용 / 분산발전용 SOFC는건물용의경우전력연구원을중심으로 5kW급시스템을 2009년개발완료하였으며, 분산발전용의경우 2013년 100kW급시스템개발을목표로포스코및삼성SDI 등에서기술개발중에있다. 나. 연료전지산업유망제품 / 부품도출 < 표 35> 연료전지산업유망제품 / 부품도출 연도전략품목명필요성 / 중요성 2012 년 2015 년 2020 년 건물용 PEMFC 플랜트연계형발전용 MCFC 복합발전용 SOFC 고효율의열병합발전시스템으로서건물의광열비절약 300kW급 MCFC 기술상용화화력발전, 담수설비등플랜트연계형신발전플랜트구축고효율의열병합발전시스템으로서대형건물의광열비절약고효율연료전지를이용한 MW급분산발전소건설 4. 연료전지산업전략 4.1 산업전략 건물용연료전지는일본에서본격판매를시작하였고, 국내에서도 210기정도실증에들어가있으므로, 단기집중투자에의해제품의완전성을갖추어야한다. 발전용 MCFC는외국에서개발된초도제품의경제성및신뢰성이실증되지않은상태에서국내에서실증테스트를실시할경우한국이분산발전용연료전지 test-bed로제공되고, 외국제품이실증에성공하더라도시장선점과 Repeating Business의특성상기술종속을초래하므로, 원천기술을확보하고독자설계기술을개발하여수출주도산업으로육성할수있도록국가주도의장기적이며지속적인투자가필요하다. 연료전지의경우, 응용분야별로실증및보급이상당히진행되었고정부의중장기로드맵에근거하여국내대기업및전문벤처중심으로기술개발및양산설비구축이진행되고있으므로, 연료전지성장동력화를위한추진주체를산업계주도로추진하는것이바람직하다. 1kW급건물용연료전지는국내에 2015년까지 10만대보급을목표로하고있으며중대형건물용연료전지의경우에도 2천대규모의보급을계획하고있다. 분산발전용연료전지는 2012년누적출하량이 3,500대에도달할것으로예측되며, 이후연간 35% 의성장률이예상되며, 호텔과휴양지, 데이터센터, 병원등고급전력수요처및계통지원 (Grid support), 독립형운전과같은다양한응용분야에서성장가능성이있다. 단기적으로는현재상용화된소형및중대형건물용 PEMFC 와내부개질형 MCFC 시스템이도심형, 분산형, 백업용등시장을주도하고, 중장기적으로는외부개질형, CO 2 회수형, 선박 해양용및 GT 연계형, IGFC 등대형플랜트와결합된 MCFC 시스템이 211

218 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 시장을확대할것으로예측된다. 그외틈새시장으로군사용, 농업응용분야, 물류수송용, UPS 및특수용연료전지가단기간에상용화될것으로예상된다 유망제품 / 부품별전략과제 가. 건물용 PEMFC 전략과제 고분자전해질막, 전극촉매, 카본페이퍼, 개질기용촉매등핵심소재의국산화개발을중장기적으로추진하고, 탄화수소계및고온형고분자전해질막제조기술, 백금계촉매 (Pt/C) 국산화, 백금대체촉매및촉매재활용 (recycle) 기술도국산화가필요하다. MEA, 셀스택, 연료변환기및시스템양산기술개발이필요한데, 셀스택구성부품의모듈화기술과스택체결공정의자동화, 품질평가기술의개발은셀스택제조사, 구성소재기업및장비회사와연계를통한기업중심의프로젝트형기술개발이필요하다. 개질기제조사, 촉매등소재기업을연계한프로젝트형기술개발을통해연료변환기용촉매류원천기술을개발하고, M-BOP( 펌프, 송풍기 ) 및 E-BOP( 전력변환기, 전장류 ) 의양산기술개발도이루어져야한다. 또한, 시스템의양산을위한제조, 검사, 평가장비및공정개발도시스템제조사, 장비회사등이연계하여기업중심의프로젝트형으로기술이개발되어야한다. 차세대연료전지개발을위해고온형연료전지개발을중장기적으로추진하여야하며, 고분자막과같은핵심소재는단기적으로추진하여기술선점및기반조성이필요하다. 나. 플랜트연계형발전용 MCFC 전략과제 스택구성요소제조기술, 핵심 BOP 구성기기및표준화, 국내 Supply Chain 구축및관련전문기업육성, 핵심구성요소제조기술및국산화로원가절감, 관련산업육성, 수입대체효과가예상된다. 내부및외부개질 MCFC 시스템실증을위해핵심기술확보및제철소등부생가스를활용한저비용발전시스템개발과스택및시스템핵심기술국산화개발이필요하다. 고부가가치 MCFC 시스템개발을통해플랜트연계, 무정전백업전원, 선박용발전시스템등고부가가치제품의신규시장을창출하며, 실증연계열화기구규명등을통하여장시간출력을유지하게하는시스템신뢰성향상과신소재또는대체소재개발에노력을경주하여야한다. 다. 복합발전용 SOFC 전략과제 소재국산화, 부품-스택-시스템수직연계체계구축을통한안정적인 SOFC 양산체제구축, 양산기술의국내업체이전을통한 supply chain 구축등의방법으로 SOFC 스택구성요소국산화및양산기술개발이필요하다. 또한, 스택의장기성능 ( 성능열화 ) 원인규명및해결을위해장시간작동에악영향을줄수있는요인들을파악하고, 대책을강구하여야하며, 장기성능및성능열화는세계공통적으로가지고있는문제이므로선진국에서추진하는 R&D 컨소시움에적극참여하여정보공유및기술협력이필요하다. 고용량스택의제조기술은세계어디에도존재하지않으며, 국내기관의역량을고려하였을때에정부지원하에자체개발이가능하며, BOP의경우국내업체 (POSCON) 에서 MCFC BOP 생산 212

219 Ⅴ. 신재생에너지 기술및 know-how 개발, MCFC BOP의설계변경으로 SOFC BOP의생산기술확보및국산화가가능할것이며, 현재미국 FCE사, UTC사등이과점하고있는핵심부품의국산화를통하여국내산업의부가가치를창출할수있을것으로예상된다. 스택및 BOP의효율적인패키징은연료전지시스템을운영하는핵심요소로시스템내에서의열관리를원활하게하여효율을높일수있으므로패키징기술이매우핵심기술이될수있어국내관련업체의보유기술을활용하여패키징기술최적화에노력하여야한다. 5. 연료전지기술전략기술주도형핵심부품및시스템기술개발과제품완성도제고를위한상용화기술개발을병행한전주기적기술개발추진이필요하다. 저가고내구성연료전지상용시스템개발및고부가가치제품개발로조기성과창출형기술을개발하고실증을추진하며, 원천기술개발과연계한부품소재국산화를통하여국내산업육성및선진국대비기술경쟁력을강화하여야한다. 또한, 연료전지종류및적용기술의성숙도에따라기술개발 실증추진전략을차별화해야한다. < 표 36> 연료전지기술전략 구분 건물용 PEMFC 플랜트연계형발전용 MCFC 복합발전용 SOFC 추진전략 - 부품국산화및공용화를통한가격저감과신뢰성확보 - 기술국산화및대량생산체제구축, 고부가가치제품개발을통한경제성확보 - 원천기술확보를통해세계적기술경쟁력을보유한제품개발 목표 주요개발내용 < 표 37> 단계별기술개발목표 1단계 ( 10-12) 2단계 ( 13-16) 3단계 ( 17-20) 기술개발완성단계 실용화 양산기술개발단계 상용제품화단계 기술의산업화및 상용모델개발및실증을 연료전지시장진출및 시장진입모색 통한검증 초기양산단계 - 부품국산화, 공용화를통한가격저감 (PEMFC, MCFC) - 원천기술및핵심부품개발 (SOFC) - 시스템신뢰성확보 (PEMFC, MCFC) - 고부가가치제품개발 (MCFC) - 대량생산기술개발 (PEMFC, MCFC) - 시스템신뢰성확보 (SOFC) - 선진국대비기술력확보 (PEMFC, MCFC, SOFC) - 시장적용기술개발및수소인프라기술개발 (PEMFC) 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출및확보방안 가. 건물용 PEMFC 핵심소재및부품의대부분이외국제품으로국산화율이저조한실정이다. 제품완성도제고를위 213

220 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 한전해질막, 전극촉매, GDL, E-BOP 등의셀스택요소의내구성향상및가격저감기술개발이필요하다. 시스템측면에서가격을낮출수있는고온형 PEMFC 개발도요구되며, 부품국산화개발및공용화를통한가격저감과신뢰성확보, 시범사업확대를통해초기시장을창출하여야한다. 나. 플랜트연계형발전용 MCFC MBOP, 전극, 분리판양산기술등상용화기술및 supply chain 확보가부족한실정이다. 기술국산화및생산체제구축, 고부가가치제품및플랜트연계형복합시스템개발에의한경제성확보가필요하다. 다. 복합발전용 SOFC BOP, 파우더, 밀봉재, 집전체등대부분의부품소재의원천기술및 supply chain 확보가미비한실정이다. 소재기술을통해독자적원천기술확보및세계최고수준의건물용및분산발전용 SOFC 발전시스템개발이필요하다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 건물용 PEMFC 플랜트연계형발전용 MCFC 복합발전용 SOFC < 표 38> 중점육성기술 R&D 전략추진과제목록 핵심요소기술 필요성 / 중요성 탄화수소계 및 고온형 연료전지의 핵심소재로 국산 고분자전해질막제조기술 supply chain 구축이반드시필요 백금계 촉매 (Pt/C) 국산 부존자원이므로 해외의존도를 화및대체촉매개발 줄이고재활용기술을개발하여 촉매재활용 (recycle) 기술 시장확대에대응 양산 기술 : MEA, 셀 건물용 / 수송용 연료전지 핵심 스택, 연료변환기, 시스템 부품에대한양산기술확보 연료전지에최적화된 BOP류의 M-BOP( 펌프, 송풍기 ) 국산화양산기술개발로대량생및 E-BOP( 전력변환기, 산과산업화경쟁력확보필요. 전장류 ) 의양산기술 국내관련기업풍부 스택구성요소 국산화핵 심 BOP 구성기기 국산 화 고부가가치 MCFC 제품개발 핵심구성요소제조기술및국산화로원가절감및관련산업육성수입대체효과 플랜트연계, 무정전백업, 선박용발전시스템등고부가가치제품개발로신규시장창출 달성가능시기 기술수준 (%) 현재완료시 % 95% % 95% % 85% % 95% % 95% % 95% 신소재및대체소재개발 제품성능향상및원가절감 % 95% 고성능전극및전해질개발을 셀및스택기술개발 통한성능향상및원천기술확 % 90% 보 시스템기술개발 시스템열효율향상및열병합발전을위한원천기술확보 % 90% BOP 기술개발 국산화를통한비용절감및부품소재산업육성 % 80% 214

221 Ⅴ. 신재생에너지 5.3. 연료전지산업비전체계도 2020년경에는연료전지자동차를포함한연료전지시장이약 1,000억불로성장할것으로전망된다. 215

222 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Ⅱ-4 바이오연료 1. 바이오에너지산업의미래성장방향 1.1. 시장성장추이 / 전망 바이오에너지세계시장은지난 5년간 15% 이상의높은성장률을보였으며 2010년에는 651억달러에이른것으로추정된다. 이는전체바이오시장의 31% 에해당하고의약품시장의 2배이상이다. 특히미국의수송용액체바이오에너지시장은 2003년이후연평균 25% 의높은성장률을기록하였으며, 이는 비식용바이오자원기반수송용바이오에너지사용의무화 를통하여보다확대될것으로전망된다. < 그림 19> 수송용액체바이오에너지시장성장현황 1.2. 경쟁동향분석 ( 자료 : 2009, SCOPE) 바이오가스와목재기반바이오에너지산업은원료물질로사용되는바이오자원과최종물질로생산되는에너지의보관및수송이어려워소규모단위의지역산업으로진행되고있다. 특히기술장벽이낮아중소기업위주로사업이추진되고있다. 이에반하여, 수송용액체바이오에너지시장은바이오에탄올과바이오디젤을중심으로급격히성장하고있으며, 최근에는세계적인거대에너지, 화학, 바이오회사들이참여하여사업을주도하고있다. 또한, 비식용바이오자원기반수송용바이오에너지 개발에관한연구개발및사업화에정부와연계하여거대회사들이막대한투자를진행하고있다. 국내역시일부에너지및화학회사들이 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용액체바이오에너지개발사업을진행하고있으며, 이들 216

223 Ⅴ. 신재생에너지 회사들을중심으로바이오기술을보유한국내관련회사들과의공동기술개발사업을통해시장진출이요구된다. < 표 39> 차세대수송용액체바이오에너지연구개발현황바이오에너지회사 / 국가주요연구개발현황바이오연료에대한유럽국가들의세제지원에힘입어 EU에는 Cargill 65개이상의바이오디젤회사들이주로유채를이용하여바이오디청정 GmbH/ 독일, 젤을생산 판매하고있으며, Cargill GmbH, Diester Industrie 바이오디젤 Diester 등일부거대회사들은부가가치가높은청정바이오디젤및비식용 Industrie/ 프랑스바이오자원기반수송용바이오에너지연구개발을추진하고있음미국 DOE는 BP, Shell을포함하는에너지회사와 DuPont을포함 BP/ 영국, 하는화학회사및 Cargill을포함하는식품 / 바이오회사등 12개 Shell/ 네덜란드, 바이오에탄올세계적인거대회사에 $ 250 million을지원하여비식용바이오자원 DuPont/ 미국, 을이용한바이오에탄올생산연구개발을추진하고있으며, 현재 Cargill/ 네덜란드미국에 demo-plant 건설을완료하여기술검증단계중세계적인에너지및화학회사인 BP와 DuPont은 2003년부터바이오부탄올공동연구개발을수행하고있으며, 최근에는영국의바이 BP/ 영국, 오관련회사와바이오부탄올생산을위한 Joint Venture를설립하바이오부탄올 DuPont/ 미국여바이오부탄올상업화를위한 demo-plant를영국에건설중. EU 역시상기 Joint Venture를통한바이오부탄올생산및이의이용에관한법안을승인하였음미국의바이오테크벤처기업인 LS9과 Amyris Biotechnologies는미국정부의지원을받아미생물의유전자조작을통하여석유와 LS9/ 미국, Amyris 바이오물성이유사한고부가가치수송용바이오에너지생산에관한연구 Biotechnologies/ 하이드로카본개발을주도하고있음. 국내에서는대학및국가연구소를중심으로미국바이오하이드로카본에관한연구를수행하고있으며, 세계적인수준의우수한기반기술을보유한것으로판단됨 1.3. 정책동향분석 미국은온실가스배출 10% 이상감축을목표로 RFS-2(Renewable Fuel Standard) 규정을 2010년 7월 1일부터시행하고있으며, 이는 2022년까지 36억갤런의신재생연료사용을의무화하고있다. 이와함께, 미국의회는 비식용자원 ( 목질계 ) 기반수송용바이오에너지사용 을의무화하는법안을승인하였다. EU는 2020년까지온실가스 6% 감축을목표로바이오디젤 7% 와바이오에탄올 10% 의무사용을규정하는 EU FQD(Fuel Quality Directive) 를 2010년 12월발효하였다. 특히독일은바이오연료할당법안 (Biofuel Quota Law) 을제정하였으며, 이는 2009년수송연료중수송용바이오에너지의무혼합비율을 5.25% 로강제하고 2010년부터 6.25% 로확대하는내용을포함하고있다. 국내의경우 2006년 7월부터바이오디젤상용화를개시하였으며, 최근에는저탄소녹색성장에필요한국가성장동력원으로바이오에너지의중요성을인식하고수송용액체바이오에너지사용을의무화하는 RFS 등다양한연구용역사업을진행중에있다. 217

224 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 20> 주요국가별수송용액체바이오에너지정책현황 1.4. 기술동향분석 유럽에서주요수송용액체바이오에너지로사용되는바이오디젤의경우, 요구기술이매우간단하고기술장벽이낮다. 미국및남미에서수송용액체바이오에너지로사용되고있는바이오에탄올은사탕수수및옥수수전분을원료물질로이용하여생산되고있다. 하지만식량문제및곡물가격의상승으로인하여비식용바이오자원인목질계바이오매스를활용하는기술개발이집중적으로진행되고있다. 또한수송용액체바이오에너지로서바이오에탄올이가지는단점을극복할수있는 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은새로운고부가가치수송용액체바이오에너지제품개발이요구된다. 이를위하여, 농림업분야에서는수송용바이오에너지친화형목질계바이오자원개발이선진국을중심으로진행되고있으며, 화학및생물공학분야에서는목질계바이오자원을효율적으로생산하고이를활용할수있는기술개발이진행중에있다. 특히생물공학분야에서는 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용액체바이오에너지제품을개발하기위하여정부의지원을통한연구개발이미국및유럽의일부국가에서집중적으로진행중이다. 이와함께상기의기술들을통합하면서현재의정유및화학공정을동시에효율적으로연계하여고부가가치수송용액체바이오에너지를생산할수있는 Biorefinery 기술개발이시도되고있다. 218

225 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 21> 수송용액체바이오에너지생산기술개념도 1.5. 바이오에너지산업의미래패러다임변화 바이오에너지관련생물공학기술의급속한발전으로인하여일부수송용액체바이오에너지제품은이미화석에너지대비가격경쟁력을확보하였으며, C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은새로운고부가가치수송용액체바이오에너지제품이개발되면급격한시장확대가예상된다. 2. 바이오에너지산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 바이오에너지산업에서우리나라의현주소 2007년국내전체바이오에너지관련업체수는 25개 (3%) 이며, 특히이들업체들의평균매출액은 11.36억원으로매우영세하고회사의자체적인연구개발은전무한실정이다. 또한, 정부의신재생에너지기술개발사업에따라 1988년부터 2006년까지 19년간바이오에너지분야에 억원의국가연구개발비가지원되었으나, 이는연간 19.32억원에해당하는매우미미한수준이다. 특히수송용바이오연료분야에서는바이오디젤을제외한바이오에너지관련업체는전무한실정이다. 하지만최근 GS칼텍스, SK에너지등국내에너지회사를비롯한일부석유화학회사들이강력한의지를가지고 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료분야의연구개발에집중적인투자를통해자체기술개발을시도하고있다. 219

226 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 40> 국내수송용액체바이오에너지 ( 바이오디젤 ) 기업현황 구분 SK 에너지 GS 칼텍스 S-OIL 현대오일뱅크 SK 케미칼 납품업체 (7개사) JC케미칼 BDK 단석산업 애경유화 단석산업 엠에너지 에코솔루션 애경유화 SK케미칼 JC케미칼 엠에너지 단석산업 엠에너지 에코솔루션 애경유화 엠에너지 납품업체 (7 개사 ) 583,400 생산규모 (kl/ 년 ) 비납품업체 (8 개사 ) 459,400 합계 1,042,400 ( 자료 : , 지식경제부등록기준 ) 가. 글로벌시장포지션 2009년국내에서생산된바이오에너지는 358억원에해당하며, 총생산금액의 13% 에해당하는 46 억원상당의바이오에너지를외국에서수입하여사용하고있다. 2015년국내바이오에너지수입액은현재의 10배이상에해당하는 500억원상당에이를것으로예상된다. 특히바이오에탄올사용이의무화될경우수송용바이오연료수요는급격히증가할것이자명하며, 고부가가치수송용바이오연료제품이개발되면바이오알코올을완전대체할것으로예상된다. 나. 핵심역량보유수준평가 수송용바이오연료기술분야는비식용목질계바이오매스전처리및당화기술, 미생물개발기술, 발효기술, 분리및정제기술로나눌수있다. 상기기술중에서, 발효기술은국내식품및주정회사들이세계최고의기술을보유한것으로평가받고있으며, 분리및정제기술분야에서는국내에너지및석유화학회사들이세계적인수준의기술력을보유하고있다. 경제적인수송용바이오연료개발을위해서는가격이저렴한비식용목질계바이오매스를효율적으로활용할수있는전처리및당화기술의확보가선행되어야한다. 하지만, 바이오매스전처리및당화기술은 Novozymes와 Genencor 등을포함하는세계적인회사들이기술력을독점하고있으며, 국내일부연구자들에의하여소규모연구가진행되고있는실정이다. 또한 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료개발을위해서는미생물개발기술의확보가이루어져야한다. 다행히국내대학및국가연구소의미생물개발기술은세계적인수준에도달한것으로평가되고있다. 220

227 Ⅴ. 신재생에너지 다. 핵심이슈분석 바이오디젤을제외한수송용바이오연료에대한국가의의무사용규제가없으며, 비식용바이오매스기반수송용바이오연료연구개발에대한지원이미약하다. 기업입장에서는비식용바이오매스기반수송용바이오연료사용에대한불확실한정부정책으로이에대한기업의선제대응이어려웠고, business domain이상이한식품회사와에너지및석유화학회사의유기적인협력이이루어지지않고있다. 비식용바이오매스기반 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료부분은선진국에서급속한기술개발이이루어지고있는분야로막대한연구개발비가투자됨으로미국 DOE처럼정부주도의거대연구 project를통하여수행되어야한다 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점 가. SWOT 분석을통한전략적시사점 외부요인 기회요인 < 표 41> 수송용액체바이오에너지산업 SWOT 분석 강점요인약점요인 바이오자원육종, 개발및재 수송용바이오연료생산에배관련세계적인기술보유필요한바이오자원부족 세계 4위권바이오에너지관내부요인련생산기술 / 인력보유 수송용바이오연료산업핵심 기술 ( 대사공학및합성생물학 ) 의급속한역량강화 세계 5위권정유및석유화학산업인프라를바이오에너지산업에접목가능 선진국대비바이오에너지관련회사의규모열세로 R&D 투자한계및대규모생산경험부재 수송용바이오연료산업에필요한핵심원천기술에대한지적재산권취약및원천기술부재 IT/BT/NT 융복합인프라확 보가능 지구온난화가스 저감 <S-O 전략 > <W-O 전략 > 등각종환경규제강화 타유관바이오분야와의인 정부및기업의장기적인전 에따른지속적인수송 력및기술교류를통한원천 략을바탕으로적극적인투 용바이오연료수요증 기술개발확대및산업화응 자를통한친환경바이오화 가 용기술개발 학제품에대한글로벌경쟁 신재생에너지중 수송 기존화학제품시장을확보하 력확보 용연료로적합한바이 고 있는 국내 석유화학회사 오연료 시장의 급속한 주도의산업바이오선도 확대 국내에서수급가능한바이오 바이오에너지기술을바이오소재 ( 화학제품 매스에대한국가적인지원을통한바이오매스안보확보 및고분자 ) 기술과융합 한신규시장창출 IT/BT/NT 융합을 통 한신시장창출 전략적인대형바이오화학제품발굴및정부의공격적인지원을통한조기산업화 관련기업간의공동기술개발 / 투자, 합병등을통한대형바이오화학기업육성 221

228 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 비식용바이오자원활<S-T 전략 > <W-T 전략 > 용기술을보유한세계 국내연구진이보유한원천기적인바이오기업의시술바탕으로산업화를위한장지배강화융합및응용기술개발 바이오자원확보를위 기존의국내석유화학산업한국가간경쟁심화 supply chain에맞는고부가위협및가격상승가치바이오화학제품개발요인 산업화를위한장기간 의개발비용증가및대규모생산설비투자 중국, 인도등개발도상국의가격경쟁력우위로인한수송용바이오연료시장점유확대 다양한바이오매스동시활용공정및기술개발 제품위주의기술지원을통한산업바이오관련정부부처간중복투자억제 경제성검토를통한유망고부가가치바이오화학제품발굴및실증사업중심의국가적지원 농어민의바이오매스생산에관한정책적지원 나. 핵심이슈해결방안 정부는수송용바이오연료사용에대한정책을수립하고각종세제혜택등정책적지원을강화하여야한다. 자원개발이라는관점에서정부는기업과공동으로사용가능한바이오매스확보및이의활용기술을개발하고, 국내에서기술적우위를점할수있는 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료제품을발굴하여이를적극적으로개발하여야한다 수송용바이오연료산업의 2020 비전및목표 비전 - 수송용바이오연료분야에서세계 2 대 Leading 국가 목표 년국내에서소모되는고부가가치수송용바이오연료 ( 바이오알코올, 바이오하이드로카본 ) 전체를자체적으로생산공급하고, 생산된수송용바이오연료의 50% 이상을수송용바이오에너지사용이의무화된중국등에수출 3.3. 수송용바이오연료산업유망제품 / 부품 미국을비롯한선진국에서는비식용바이오매스기반수송용바이오연료사용의무규제를강화하고있으며, 최근에는연료물질로서에탄올의단점을극복할수있는고부가가치수송용바이오연료인 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본에대한요구가증대되고있다. 222

229 Ⅴ. 신재생에너지 가. 유망제품 / 부품선정기준 수송용바이오연료산업의경우, 바이오부탄올을포함하는 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본제품들은연료물질로서의우수성으로인하여기존바이오에탄올시장을 50% 이상잠식할것으로예상된다. 나. 유망제품 / 부품도출 C4 이상바이오알코올은기술장벽이높고수송용액체연료로적합하며, 국내기술수준이세계최고이다. 바이오하이드로카본은원천기술개발단계이지만국내연구진이세계최고수준의핵심기술을보유하고있어유망제품이될것으로보인다. 4. 수송용바이오연료산업전략수송용바이오연료산업은시장의특성상수요자인기존의국내에너지및석유화학회사주도로진행되어야하며, 이미기술및시장이완숙단계에진입한바이오에탄올보다는기술장벽이높고고부가가치인 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본제품위주로진행되어야한다. 바이오에너지연구개발, 사업화및이의활용에관한세제지원등선진국수준의국가적제도확립을통한수송용바이오연료시장을조기에확대하여야하며, 국내실정에적합한바이오자원개발을통한국내바이오자원활용극대화및외국에서의바이오자원시장선점을통한정부차원의바이오자원안보확보에도노력을아끼지말아야한다. 기술장벽이높고세계시장에진입할수있는경쟁력있는수송용바이오연료제품발굴및이의개발을통한세계시장진출및선점을해나가야하며, 고부가가치수송용바이오연료제품의조기산업화를위하여국내에너지회사를통한새로운비즈니스모델정립도필요하다. 개도국의가격경쟁력을극복할수있는 C4 이상바이오알코올과바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료제품개발을위하여바이오에너지관련기술을보유한회사들 ( 에너지, 화학, 식품, 주정 ) 의인프라및기술교류와기업간제휴및 M&A 활성화를위한정부차원의지원제도도확립해나가야한다 유망제품 / 부품별전략과제 가. C4 이상바이오알코올 바이오부탄올비롯한고부가가치수소용액체 C4 이상바이오알코올은현재선진국을중심으로 pilot 혹은 Demo-plant 수준에서연구개발중이며, 국내역시 pilot 연구개발단계로최고수준의기술력을확보하고있으며, 상업화를통하여글로벌시장점유율 1위가가능할것으로보인다. 바이오매스및이의활용기술개발은대학및국가연구소중심의바이오매스개발이추진되어야하며, 이의활용기술은기업위주로개발되어야한다. 국내대학및국가연구소의미생물개발기술은세계최고수준으로기업과연계하여지속적인연구개발이요구된다. 국내발효기술도세계최고수준으로이의적극적인활용이필요하며, 국내에너지및석유화학회사들은우수한분리 223

230 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 및정제기술과인프라를보유하고있으나, C4 이상바이오알코올분리및정제기술개발이추가로요구된다. 나. 바이오하이드로카본 현재 Lab 수준에서연구개발단계이나국내기술진이세계최고수준의핵심기술을보유하고있어지속적인연구개발을통한원천기술을조기확보하고상업화를통하여 2020년까지세계 1위의시장확보가가능할것으로보인다. 바이오하이드로카본역시상기에서술한 C4 이상바이오알코올과동일하다. 5. 수송용바이오연료기술전략바이오와화학기술의융합을통한기술장벽이높은고효율고부가가치수송용바이오연료및바이오화학제품발굴및통합생산공정개발이필요하다. 첨단 BT, IT, NT 융합을통한고부가가치수송용바이오연료생산에적합한바이오매스개발및이를효율적으로활용하여고부가가치수송용바이오연료를생산할수있는미생물개발과선진국의일부주요기업이독점하고있는비식용바이오매스활용핵심기술에대한지적재산권을극복할수있는원천기술개발을가속화하여야한다 수송용바이오연료유망제품 / 부품에필요한전략기술및확보방안 가. 유망제품 / 부품육성을위한필요기술 바이오연료에서선도국가가되기위해서는다음의 4가지기술개발을필요로한다. 1) 바이오매스활용기술 비식용바이오매스발굴및개발기술 비식용바이오매스활용기술, 2) C4 이상바이오알코올생산기술 C4 이상바이오알코올생산미생물개발기술 C4 이상바이오알코올생산발효기술, 3) 바이오하이드로카본생산기술 바이오하이드로카본생산미생물개발기술 바이오하이드로카본생산발효기술, 4) 상기물질의분리및정제기술 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본분리기술 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본정제기술이필요하다. 나. 유망제품 / 부품육성을위한전략기술도출 비식용바이오매스기반 C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본과같은고부가가치수송용바이오연료생산을위해서는기술적인장벽이높고일부세계적인회사들이독점하고있는바이오매스활용기술및고부가가치수송용바이오연료를효율적으로생산할수있는미생물의개발기술이반드시확보되어야한다. 224

231 Ⅴ. 신재생에너지 다. 수송용바이오연료전략기술확보방안 비식용바이오매스기반수송용바이오연료생산의경우바이오매스가격이전체생산단가중 50% 이상을차지하는데이는당화에사용되는높은효소가격때문이다. 이를극복하기위해서는우수한효소생산기술의개발이반드시필요하며, 이는국내자체개발과함께외국의관련회사와의기술교류및기업간제휴를통한기술개발이바람직하다. C4 이상바이오알코올및바이오하이드로카본생산의기술적인측면에서이들제품들을생산할수있는미생물의개발이가장중요하며, 이는국내연구진에의하여개발이가능하다. 특히최근급격한발전을보이고있는 BT 및 IT 기술의접목을통한개발이가능할것으로보인다. 발효, 분리및정제기술은국내식품회사, 주정회사, 에너지회사, 석유화학회사들의유기적인협력을통하여개발이가능하다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 가. 중점육성기술비식용바이오매스활용기술 / 당화기술 대표적인비식용바이오매스인목질계의물리적 / 화학적전처리기술은현재원천기술로서국가연구소및회사들이기술개발을진행하고있으나, 선진국수준에는미치지못하고있다. 따라서정부의지속적인과제발굴을통한연구개발지원이필요하다. 국내당화기술은매우미미한수준이며, 세계적인회사인 Novozymes와 Genencor가관련기술을독점하고있어국내회사들을중심으로외국의중견회사들과의제휴및 M&A를통한기술개발이요구된다. 나. C4 이상바이오알코올생산미생물개발기술 C4 이상바이오알코올생산용미생물개발에필요한 BT 및 IT 기술은국내연구진이세계최고의기술을보유하고있으며, 실제일부국내에너지회사들이대학과연계하여 BT 및 IT 기술을이용한 C4 이상바이오알코올생산용미생물개발을시도하고있다. 따라서이에대한정부의지원이필요하다 다. 바이오하이드로카본생산미생물개발기술 바이오하이드로카본생산미생물개발에필요한 BT 및 IT 기술은상기에서언급한바와같이국내연구진이세계최고의기술을보유하고있으나, 매우원천적인단계로일부대학및국가연구소를중심으로기초기술확보에주력하고있다. 이의활성화를위해대형국가과제를통한연구개발이필요하다. 225

232 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5.3. 바이오연료산업비전체계도 세계적으로 2010년에바이오에너지연 530억불이상의시장이형성되며 2020년까지산업의연성장률약 20~50% 가지속할것으로전망된다. 226

233 Ⅴ. 신재생에너지 Ⅱ-5 신재생에너지설비 1. 신재생에너지설비의미래성장방향 1.1. 시장성장추이 / 전망 가. 조류발전 조류발전시장은세계적으로초기형성단계이고, 국내에서는아직기술개발단계에머물고있어, 정확한시장성장추이및전망에대한자료는존재하지않으나, 각기관의발전부존량예상치는다음과같다. < 표 42> 전세계조류발전가능량 기관명 Pike Research LLC Atlantis Resources Ireland 발전예상치 57 (GW) 50 (GW) 914 (GWh/year) 자료 : 조력 / 조류 / 파력발전의최근동향과전망, 산은경제연구소, 2009 국내에경우총발전부존량이모두개발될경우시장규모가약 3 조원으로예상된다. < 표 43> 조류발전의국내시장규모추정 시설비용 ( 억 /MW) 발전효율 (%) 총부존량 (MW) 시장규모 ( 조 ) 30~ ,000 3 자료 : 조력 / 조류 / 파력발전의최근동향과전망, 산은경제연구소, 2009 조력, 조류력, 파력발전모두를합친해양에너지시장은 2010~2012년의도약기를거쳐 2012~ 2030년까지연평균 20% 의고도성장을구가하여 2030년에는최소 4천억원규모의시장이형성될것으로전망된다. < 표 44> 해양에너지관련국내시장전망 항목 2006년 2012년 2020년 2030년 업체수 ( 누적, 개 ) 연구인력 ( 명 ) 생산인력 ( 명 ) 연간매출액 ( 억원 ) ,514 3,806 연간수출액 ( 억원 ) ,

234 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 나. 엔지니어드압축기 전세계적으로 2011년에공기압축기는 1천 8백억달러, 가스압축기는 7백억달러로총 2천 5백억달러규모의시장을형성할것으로예상된다. 2010년이후로도지속적으로산업의발전과에너지소비가이루어질것으로예상되므로다양한산업에서핵심장비로사용되는압축기의소요는지속적으로늘어날것으로판단된다. 2015년까지연평균성장률 (CAGR) 이압축기시장전체적으로는 7.5% 성장이이루어질것으로예측되며, 그중공기압축기는 6.2% 가스압축기는 10.7% 로각각예측된다. < 그림 23> 공기압축기시장전망 공기압축기의경우프로세스상의메인압축기로서 ASU(Air Separation Unit) 공정, 석유화학공정에주로사용된다. 이메인프로세스용공기압축기가소요되는공장의전체규모가기술발전에의해그규모가커지고있는경향성을보이면서높은시스템효율을목적으로공기압축기의규모도증가되고있다. 가스압축기의경우는다양한가스프로세스에다양한목적으로사용되므로고객이원하는사양에적합하도록개발하는것이일반적이다. 석유화학및플랜트공정에서는여러가스들을고압으로부스팅하거나, 저압축비로대용량가스를프로세스상에순환을시키거나대기조건의가스를높은압력으로승압하는등프로세스의효율을위해여러목적으로사용되며또한액화사이클에사용되는경우에는압축기의단과단사이에추가적으로유량을증가시키는특별한형태의가스압축기가사용된다. 세계경제 정치 환경적인이유로신규로개발되는플랜트에서도다양한압축기가사용되는데대표적으로 CO 2 압축기가대용량의가스를임계점까지고압으로승압하기위한목적으로사용되고있다. 이러한공기및가스압축기는사용되는프로세스곧고객의요구에따라개발이되는것으로표준화하여개발하기에는고객의요구사항이너무다양해일반화에어려움이있다. 대부분의 228

235 Ⅴ. 신재생에너지 압축기회사에서는엔지니어드압축기라고명명하고고객의요구사항을최적으로만족할수있는제품을개발하고있다. 이러한이유로엔지니어드압축기는고가에높은기술력을적용한고부가가치장비로취급되고있다. 다. 고효율청정발전시스템 국내시장은크게 Base Load 및 Peak용발전기, Stand-by용발전기, 소형열병합용발전기시장으로분류가되며, 이중에서 Base Load 및 Peak용발전시장은한전자회사및지역열병합발전소가대형가스터빈으로발전소를구성하여전력을공급하고있고, Stand-by용은대형건물이나시설물의비상발전을위해자체설치및운영을하고있는추세이다. 국내산업용가스터빈발전기전체시장은 5MW 이상급위주로이루어져있으며, 과거 10년동안의수출입통계실적을보면규모는연간 1,100억원정도이다. 아래표는 2010~2014년까지의국내외시장규모를보여주고있다. < 표 45> 고효율청정발전시스템시장전망 세계발전용량은 2007년 18.8TW, 2020년 25TW, 2035년 35.2TW로증가할예정이며, 2008~2009 년경기침체로성장률이둔화되었던전기수요는 2015년까지침체이전의성장률을회복할것으로예상된다. 산업용가스터빈발전시장의수요는세계발전용량의증가추세와같이동반성장세를유지할것으로예측된다. 지역별로살펴보면중국, 인도, 중동등의신흥시장에서꾸준한경제성장및전력수요의증가요인에의해산업용가스터빈의수요가급증할것으로예상되며, 동유럽시장에서도지속적인성장세가유지될것으로보인다.( 발전량증가율은 OECD국가연평균 1.1%, 비 OECD국가연평균 3.3% 예상 ) < 표 46> 발전용량별시장규모 ( 09 년기준 ) 전체시장규모는약 216억불정도이며, 그중가스터빈 108억불, 왕복동엔진 108억불로시장을양분하고있다. 좀더세분화하여살펴보면 5MW급이하는왕복동엔진이 96% 정도비중을차지 229

236 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 하고있으며, 5MW 120MW급은상용 / 비상용발전시장으로약 48억불정도의규모이다. 향후고효율청정발전시스템이개발되면시장규모자체가더욱확대될것이며, 분산발전의획기적인성공을이끌수있는시장성이예상된다 경쟁동향분석 가. 조류발전 전세계적으로선도업체는유럽 ( 특히영국 ) 업체들이고상용화의초기단계로매출및영업이익에대한정보가거의존재하지않으며, 수행프로젝트현황은다음과같다. < 표 47> 경쟁회사동향 회사명 프로젝트명 투자금액발전용량 ( 억유로 ) (MW) 비고 MCT SEA FLOW leading 업체 (Marine current turbines) SEA GEN 년완성 Engineering 5MW 확장 Business 예정 SMD Hydrovision 부유식 Lunar Energy 닥트형, 한국중부발전과 MOU체결 자료 : 해양수산부 나. 엔지니어드압축기 공기및가스압축기산업은미국, 독일, 일본과같은선진국의기업에의해주도되고있는것이현실이다. 대표적인압축기회사로는미국의 General Electronic 社, Atlas Copco 社, Dresser Rand 社, Ingersoll Rand 社독일의 SIEMENS 社, Man Diesel & Turbo 社, 일본의 IHI 社, ELLIOTT 社가있다. 특히, General Electronic, Atlas Copco, SIEMENS, Man Diesel & Turbo사는다양한종류의압축기를보유하고현재압축기로구현가능한모든유량대와압력대의제품을보유하고있다. 현재전세계적으로관심이집중되고있는 IGCC나 CCS에소요되는 CO 2 압축기는 Man Turbo와 SIEMENS에서개발하여실제실증플랜트또는 Urea 생산플랜트에납품한실적이있다. 다. 고효율청정발전시스템 전력의수요는세계산업발전및중국, 인도등신흥국제조산업성장에따라지속적인증가가예 230

237 Ⅴ. 신재생에너지 상되며, 더구나전기자동차의상용화가이루어지면그수요는폭발적으로증가할것이다. 이런수요를충족하기위한현재의발전시스템으로는석탄화력, 원자력, 풍력, 가스엔진, 디젤엔진, 복합발전시스템등이있으며이중풍부한석탄자원및저렴한발전생산단가로석탄화력발전의증가추세가지속될것으로예상이되나, CO 2 등온실가스및환경오염물질배출이라는난제를해결해야하는문제를안고있다. 원자력발전또한저렴한발전단가에도불구하고, 장기간의공사기간및핵폐기물이라는환경문제로그수요증가는제한적일수밖에없다. 가스엔진및디젤엔진발전기는동급가스터빈발전기대비효율은좋으나, 발전용량이증가함에따라크기및중량이과도하게커지기때문에중 대형화발전설비로적합하지는않다. 반면에복합발전시스템은효율측면에서는좋으나설비구조가크고복잡하여중소형발전에는적용하기에는어렵다. 다음그림은 2030년까지의발전기술별증가추이및 2030년까지의 CO 2 사용량변화추세를보여주고있다. < 그림 24> 2030 년까지의발전기술별증가추이 < 그림 25> 2030 년까지의 CO 2 사용량변화추세 231

238 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1.3. 정책동향분석 가. 조류발전 우리나라정부는 녹색성장국가전략및 5개년계획 에서 해양에너지실용화기술개발, 해수이용기술고도화 등이포함된녹색기술개발및성장동력화를위해 2009~2013년간 11.3조원을투입할예정이다. 이중해양에너지실용화기술개발사업에 2000~2010년까지총 379억원을투자할계획이며, 조류발전에 2000~2003년 77억원, 2004년에 25억원을투자한바있다. 또한에너지공기업은 2009~2011년간해양분야에총 275.2(MW) 규모의발전설비를설치할예정이다. 나. 엔지니어드압축기 전세계적으로온실가스에의한이상기온현상으로화석연료의사용에대한규제가강화되고있는추세이며현재사용되고있는천연가스는그매장량이한계가있어이를대체할수있는에너지개발에모든국가가노력을하고있다. 현재그대체에너지로언급되고있는것은태양에너지, 풍력에너지, 연료전지, 바이오에너지등이거론되고있지만아직기술적으로나에너지효용성면에서부족한것이사실이다. 결국에는이에너지들이모든에너지를대체할청정에너지가될것이지만그것이실용화될때까지청정에너지이면서천연가스수준의에너지를생성할수있는연료가개발이되어야하는데가장근접한방법이석탄을이용한 IGCC 발전과 CCS를결합한형태이다. 현재정부는에너지자원기술개발과관련하여 (1) 에너지효율향상, (2) 이산화탄소포집 저장, (3) 자원기술 ( 자원개발 ) 의 3개분야로나누어개발사업을진행하고있다. 에너지 산업분야주무부처인지식경제부는온실가스의효과적감축을위해기업의자발적온실가스감축촉진을위한신재생에너지보급, 감축실적구매제도, 탄소펀드도입, 청정개발제도및온실가스감축기술개발, 활성화등을지속적으로추진하고있다. 정부는세계적으로아직기초기술단계인이산화탄소포집및저장관련기술등의적극적인연구개발투자를통해향후핵심기술을선점할수있도록 08년도온실가스처리연구개발예산으로 6개부 처에 330.5억원을배정하였으며이중이산화탄소처리분야는 262억원이배정되었다. 이산화탄소포집기술은기초 원천기술확보에주력하고저장기술은국제공동연구참여와국내실증사업을동시추진할계획이다. 특히, 이산화탄소포집및저장기술은기후변화대응차원에서국제적인기술개발경쟁이치열한분야로정부는핵심기술을효율적으로확보하기위해부처별로역할을분담하여중점투자하고있다. 현재서부발전이 IGCC 사업단을구성하여 300MW급 IGCC 실증플랜트개발사업을진행하고있으며 4대과제에대해총 8년간개발추진중에있다. IGCC 사업은크게 4가지과제로나뉘어전담기관을정하여원천기술확보에주력을하고있다. 1과제로가스화플랜트설계기술자립은두산중공업이, 2과제실증플랜트종합설계, 제작및건설은서부발전이, 3과제실증플랜트운영기술개발은전력연구원이, 마지막으로 4과제파일롯테스트베드및단위공정국산화는전력연구원이담당하고있다. 232

239 Ⅴ. 신재생에너지 이렇듯 IGCC와 CCS관련해서청정에너지를생산하고청정에너지생산중에불가피하게발생하는온실가스 CO 2 를포집하고저장하는기술의개발은활발하게진행되고있지만이송에대한연구및기술개발은이루어지지않고있는것이현실이다. 이이송에관계된핵심장비가대용량에높은압축비를요구로하는압축기로상당한기술력이적용되는장비이다. 현재국내에서는생산이가능한업체가없어해외에서전량수입해야하는장비로높은 CAPEX(Capital expenditures) 의원인이된다. 또한전체시스템에서에너지를소비하는장비로에너지패널티가커서높은효율을달성해야하는장비이기도하나국내어느국책사업에도이러한핵심장비의개발에대한관심을두는곳이없는실정이다. 또한 IGCC에서석탄의유해성분만을거르기위해순산소발전을초기단계에서수행하는데이때사용되는순산소를분리하는기능을하는것이 ASU이다. 이 ASU의핵심장비는대용량공기압축기와질소압축기그리고산소연료압축기이다. 이또한마찬가지로 ASU에서가장핵심장비가압축기임에도불구하고국산화하려는노력을찾아볼수없는것이현실이다. 이러한 IGCC와 ASU에사용되는엔지니어드압축기의개발은각각적용공정에서핵심장비일뿐아니라개발된후에는다양한산업에적용될수있는큰시너지효과를가지고있는장비이기도하다. 국내엔지니어링업체는국내에서개발및생산된압축기가없어서전량수입하게되고수입에의한서비스의불이익뿐아니라플랜트수출시에도가격경쟁력및공정기술개발에도큰걸림돌이되고있다. 국내기업이독자적으로기술개발을하더라도공정상의핵심장비로서의높은신뢰도를요구하는장비라는특성때문에시장진입이어려운것이현실이다. 하지만이를정책적으로여러산업과연계하여개발하게되면이러한신뢰도는크게향상하게될것이다. 다. 고효율청정발전시스템 가스터빈을이용한열병합발전 (CHP) 은현재많은곳에설치되어열과전력을동시에생산함으로써에너지의이용효율을높이고, 산업부문과가정상업부문에서지구온난화가스의배출을줄이는기술적대안으로기후협약에대한정부의대응전략으로자리잡고있다. 세계적으로지난 20여년간의경험에비춰보거나향후 20년을전망할때가스터빈의수요는꾸준히증가할것이다. 에너지전환효율역시지속적으로개선되고있다. 더욱이기술진화의궤적을볼때머지않은장래에투입연료로기존의천연가스이외에석탄이나석유까지사용가능한다각화된고효율발전설비로진화할것이라는게전문가들의전망이다. 최근에는군용항공기뿐만아니라군용선박, 전차등에도다양하게활용되고있어군수부문의대외기술종속문제도상당부분완화할수있을것으로기대된다. 최근한포럼에서는가스터빈 (GT) 국산화를위해국가적차원의 TFT를구성하여기술개발을추진해야한다는의견이나왔으며, 미국과일본의경우를살펴보면 GT 개발시자체개발비용및기술리스크의최소화등을이유로대부분정부지원과제를활용하여신기술이나모델을개발할수있었다. 233

240 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 우리또한정부의정책적지원하에서기술확보측면과사업화측면을동시에고려하여기업에서는발전용가스터빈의국내양산기술개발, 부품자체규격확보등을통해국산화하여수입품대체를이뤄야하며, 연구소는정부의과제지원으로터빈부품특성평가기술개발, 합금설계및부품제조기술개발등국산화개발에대한기업의리스크를분산하면서도기업의기술경쟁력강화를함께도모해야할것이다 기술동향분석 가. 조류발전 기술적으로조류에너지장치를설치할수있는지형이현재는제한요소이지만, 향후이는몇몇방법의발전으로인해충분히해결될수있을것으로기대된다. 또한조류의흐름은충분히예측가능하기때문에현재풍력발전에집중되고있는투자및개발이조류발전으로옮겨갈것이확실하며, 모든재생에너지기술중지열을제외하면조류발전이가장예측가능하고안정적이기때문에앞으로개발전망이매우좋을것으로판단된다. 조류에너지회사의대부분은수평축터빈을개발하고있으며, 많은방법에서육상, 해상풍력터빈과유사한점이있고, 일반적모양과 mounting, fixing 기술, power take off system 디자인등이기본적으로풍력과거의같다. 하지만, 풍력발전기술과몇가지다른부분이있는데, 그중가장중요한것은터빈의크기이다. 예를들어, 1MW 조류발전을위해사용하는터빈의크기는비슷한발전량을발생할수있는풍력터빈에비해 1/3 정도면충분하다. 아래그림은조력발전을연구하는회사들중연구개발에집중하고있는분야를나타낸그래프로총 13 곳의조사대상중에 7 곳에서수평축터빈을연구하고있는것을볼수있다. < 그림 26> 조류발전기술연구분포 자료 : 해양에너지의미래예측, 현대중공업 234

241 Ⅴ. 신재생에너지 나. 엔지니어드압축기 세계적인기술동향을한마디로하자면 고효율장비 이다. 특히, 압축기는모든플랜트에서에너지를소모하는장비로특히전체시스템의효율상승에가장민감하게반응하는장비이다. 그러므로대용량으로갈수록더욱더높은효율로목표성능을발휘할수있도록압축기가개발되어야한다. 현재는가장효율을높일수있는것이각단에서최적의효율을발휘할수있는 Integrally Geared Type 압축기이다. 대표적인이런타입의압축기의형상은다음과같다. < 그림 27> 엔지니어드압축기 이러한타입의압축기는각단압축후높은레벨의에너지상태에있는가스를열교환을통해가스의온도를낮춰주게되는데, 이것은에너지상태가낮은수준이되도록함으로써압축이쉽게되도록하는방식으로이러한과정을등온압축과정 (Isothermal Compression Process) 이라고한다. 반대로 Barrel type의경우는압축특성상압축과정이한번끝날때마다냉각을시킬수없으므로그효율이 Integrally Geared Type을따라갈수없다. 다. 고효율청정발전시스템 국내가스터빈을개발하고있는업체로는완성품을개발하는삼성테크윈, 두산중공업과부품및소재를개발하는한국로스트왁스, 삼정터빈등으로분류할수있다. < 삼성테크윈 > - 1MW급산업용가스터빈 ( 비상발전용 ) 개발 (1997년) - 항공용소형가스터빈개발및비행시험성공 (1999년) - 민군겸용 100kW급 APU 개발 (2002년) - KHP 엔진공동개발 / KHP APU 개발중 (2010년) - F-16 F100 엔진, T-50 F404엔진, UH-60 T700엔진, F-15 F100엔진등다수의항공기용가스터빈엔진에대해기술도입면허생산중 - 함정탑재추진기관용으로 LM2500 및 LM500 가스터빈기술도입생산, 함정탑재발전용 501-K34엔진가스터빈발전기기술도입생산 235

242 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 - LM2500 엔진 LPT 모듈국산화제작및전세계물량독점공급 - Boeing 787 (GEnX), A380 (Trent 900), Boeing 747 및 777 (PW4000) 등대형민항기용엔진국제공동개발 (Risk Share Program) 에참여및부품독점공급 - 복합발전용가스터빈 (501D5) 베인국산화개발 < 그림 28> 고효율청정발전시스템 ( 가스터빈 ) 기술개요 < 두산중공업 > - 5MW 급소형열병합발전용가스터빈개발사업진행중 (2006 년 현재 ) - 미쯔비시와제휴하여 185MW 및 270MW 가스터빈생산 < 부품 / 소재개발 : 한국로스트왁스, 삼정터빈등 > - 501D5 모델가스터빈의블레이드국산화개발및실증적용 - 501F 모델가스터빈용베인및블레이드국산화개발 해외의가스터빈개발현황을살펴보면 1980년대중반 E 등급 ( 터빈입구온도 1,370K, 압력비 10 12) 개발로가스터빈효율 33 35% 를달성하였으며, 현재 G(H) 등급 ( 터빈입구온도 1,670 1,770K, 압력비 20이상 ) 개발로가스터빈효율 39 40% 를달성하였다. 향후개발계획에는가스터빈효율 40%, 복합사이클플랜트효율 60% 도달및가스터빈효율향상을위한터빈입구온도증가, 압축비증대 (20이상), 신소재적용 ( 터빈블레이드용단결정소재등 ) 등의기술개발을하고있다 미래패러다임변화 가. 조류발전 조류발전산업의경제성에서운영및유지비용, 특히예측불가능한유지와관련된비용도매우중요하다. 예상밖의유지비용은해양폭풍과관련된시스템의실패등으로서에너지생산비용을 236

243 Ⅴ. 신재생에너지 크게높일가능성이많기때문에다양한해양악조건속에서도견딜수있는견고한장치개발에투자하는것이향후이산업에서중요한역할을차지할것이다. 재생에너지기술에대한비용구조는화석연료발전소에비해상당히다른데, 화석연료발전소는고정자본비용과초기설치비가 90% 이상으로많이차지하는데비해, 해양발전의경우, 발전비용의 80% 이상이운영유지비용이다. 미국에서태양광전력판매비용이종래화석연료발전단가와경쟁력을가질수있는가격 (grid parity) 은 0.15$/kWh이나, 이수치는섬과같은고립지역이나발전소에서멀리떨어져있는소비지등에있어서는적합하지않으며전력가격이일반장소에비해상대적으로 2배정도차이가나기때문에, 높은밀도의에너지를가진지역인섬과같은고립지역에설치하면해양에너지는그적용시기를상당히앞당길수있을것으로판단된다. 나. 엔지니어드압축기 석유화학제품의사용량증가, 각종공장및플랜트설비의중국집중, 공장및플랜트설비의규모거대화등에의해플랜트를구성하는장비의규모도현재수준보다커지고있는상황이다. 압축기는모든공장및플랜트에필수적으로설치되는장비로공정상의처리유량이커짐에따라압축기의규모도커지고있다. 현재개발된크기로압축기의설치및운영수량을늘이는방법이있지만, 한대의대용량압축기를사용하는것보다성능, 효율, 설치면적측면에서불리하다. Integrally Geared type의경우 40만루베의유량을처리하는수준까지개발이되어있다. Axial type의압축기를사용하면사용하는유량을높일수있으나고압작동환경에서는적절하지않으므로향후요구되는대용량, 고압작동환경에는적절하지는않다. 하지만지속적으로거대해지는플랜트에맞춰고객의요구는지속적으로더많은유량을고압으로처리할수있는압축기를요구하게될것이고, 압축기관련산업에서는이고객의요구를만족할수있는다양한종류의압축기를개발해내야할것이다. 현재개발중인압축기로는초음속 CO 2 압축기를대표적인예로들수있다. 다음그림은 RAMGEN 社가 DR과미국의에너지국 (DOE) 에서지원받아개발중인 Rampressor이다. 이압축기의개발이성공하면대용량에고압인가스를높은효율로얻을수있다는장점이있다. < 그림 29> RAMGEN 社가개발중인 Rampressor 237

244 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 다. 고효율청정발전시스템 국내플랜트장비산업을일거에세계최고수준으로발전시킬수있는기회이다. - 대형압축기 (30만 m3/h, 5만마력급 ) : ASU, IGCC, CTL, CCS 활용 세계최대 Axial-Centrifugal Hybrid 압축기개발 (50만 m3/h, 9만마력급 ) - 독창적인고효율청정발전시스템 (75MW급) 으로세계시장판도변화 가격및효율부문에서세계최고수준 - 소재부터완성품까지국내인프라구축 ( 국내협력업체활용 : 주조, 재열기 ) 화력발전시스템의주장비국산화및미래성장동력구축이가능하다. 세계최고효율의가스터빈개발로중소형 (100MW급이하 ) 발전시장선도및대형가스터빈 / 복합화력발전기주장비개발역량확보및해외시장진출이가능하다. < 그림 30> 고효율정정발전시스템적용사례 238

245 Ⅴ. 신재생에너지 2. 신재생에너지설비산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 신재생에너지설비산업에서우리나라의현주소 가. 글로벌시장포지션 < 그림 31> 신재생에너지사업핵심역량분석 조력 조류 파력발전은향후기술의완성도증가, 대량생산및설치노하우의축적으로발전단가에서경쟁력을보유하면설치가크게증가할것으로예상된다. 표준화된터빈및부품의대량생산, 해양설치및계통연결비용이감소하면 MW당설치비용이해상풍력발전과유사한 30~50억수준으로감소할전망이며, 기술발전에따라서는상업화를할수있는조류자원도증가할수있게되므로국내시장의조기개발및운영에필요한노하우축적이이루어진다면수출산업화가가능 ( 장두석, 2010, 조력 조류 파력발전의최근동향과전망 ) 하다. 나. 핵심역량보유수준평가 1) 조류발전 조력 조류 파력발전은선진국대비 07년기준으로경쟁력은모두 70%~80% 수준이나선진국들도해양에너지이용기술이성숙되지않아현실적인격차는크지않은편이다. 국내산연구터빈과영국등선진국터빈의에너지변환효율의실제차이는 10% 내외에불과하며, 현재조력발전의시공및운영등에서선진국과격차가있으나, 시화호조력발전등대규모조력발전건설후운영노하우가쌓이면해소될것으로예측된다. 조류발전은최적블레이드기술등의에너지변환기술과대형조류발전소운영경험등에서선진국과차이를보이고있다. 조력발전은수문 ( 水門 ) 의형상기술및발전소의설치 시공등이핵심기술인반면조류발전은블레이드, 터빈등의설계 제작및수중구조물에대한방수기술등이핵심기술이다. 조력발전기술은수력발전과유사하여대부분의기술이이미안정화된단계에도달하였다. 조류발전은특히 239

246 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 국내풍력발전, 조선관련산업의기초기술과공통점이높아향후기술개발시유리하다. 국내에서는인하대학교에서블레이드, 오션스페이스에서터빈, 현대중공업에서는발전시스템, 계류구조물및해상설치등주요기술을연구하고있다. < 표 48> 해양에너지주요핵심기술내용과국내기술수준 ( 이광수, (2009), 분야별신재생에너지현황 - 해양에너지 ) 2) 엔지니어드압축기 국내기업의에너지장비사업은축적된항공기가스터빈엔진기술을기반으로압축기, 익스팬더, 발전기를개발및생산하고있다. 가스터빈엔진에서파생된에너지장비기술은압축기의기술을적용한전기모터구동압축기, 터빈의기술을적용한익스팬더, 압축기와익스팬더의기술을융합한컴팬더, 그리고가스터빈을활용한발전기가있다. < 그림 32> 엔지니어드압축기기술 국내전문업체의주력제품은터보압축기로공기압축기와가스압축기로나뉜다. 공기압축기는작은유량의유틸리티용압축기에서부터메인프로세스용대형압축기까지다양한제품을보유하고있다. 240

247 Ⅴ. 신재생에너지 < 그림 33> 엔지니어드압축기개발현황 대형공기압축기는 100,000Nm 3 /hr까지개발이완료되어현재테스트가진행중이며, 향후 500,000N 3 /hr까지개발할계획을세우고진행중에있다. 이러한대용량공기압축기는플랜트에서메인압축기로필수적으로소요되는장비로신재생에너지저장, 석유화학및발전플랜트분야에서국산화에대한지속적인요구가있어왔지만, 높은기술력과많은개발투자비로쉽게진입할수없었던것이현실이며국내에서는유일하게국내유수업체가원천기술을바탕으로이시장의진입에도전을하고있다. < 그림 34> 고효율공기압축기개발현황 가스압축기는국내조선산업과연계하여선박에서사용되는압축기를중심으로개발이진행되었다. 선박에서사용되는가스압축기는주로 LNG의 BOG를처리하는용도로처리용량에따라 Low Duty(LD) 압축기와 High Duty(HD) 압축기로분류되어개발이진행되고있으며프로토타입으로개발된 1/3 크기의 LD 압축기는개발이완료되어 2009년조선해양기자재연구소의극저온 Test Bed에서성공리에성능테스트를완료하였다. 241

248 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 그림 35> 가스압축기개발현황 이와는별도로가스터빈연료공급용천연가스압축기, BOG 액화용 N2 컴팬더, BOG 압축기, LNG 액화플랜트용 C3MR 압축기의개발이진행되고있는데, 이장비들은국책사업과연계하여국산화를목표로진행중에있다. 국내기업에의해개발된터보압축기의장점은 100% 에가까운부품의국산화로해외의존도가낮다는것이다. 현재아직 100% 국산화가이루어지지않은부분이 Seal 부분으로특히가스의누수에민감한가스압축기의 Seal 부분이국산화가이루어지지않고있으나가스압축기의다양한국책사업진행시, 필수적으로높은기술력이요구되는 Dry Gas Seal(DGS) 의개발을포함시켜가스압축기도핵심부품의국산화율이 100% 가되도록노력해야한다. 또한최근에석유화학플랜트의효율상승을가져오는 MVR 시스템에소요되는스팀압축기의개발및생산을진행하여 2010년 7월에성공적으로필드테스트까지완료하였으며, 이 MVR 시스템을설치함으로써해당고객에게연간수억에서수십억까지의경제적인절감효과를안겨주는성과를획득하였다. 3) 고효율청정발전시스템 가스터빈의면허생산및기술내재화, 국산화개발을진행하고있다. 가스터빈기술에서파생된압축기, 터빈, 연소기등의개발및제작기술은이미보유하였으므로, 엔지니어드압축기와청정발전시스템기술개발에서는유리한위치이다. - GE, P&W, Rolls-royce의엔진을면허생산 - 가스터빈엔진의모듈및파트생산 - 엔진의모듈을개발하는프로그램보유 - 항공기용가스터빈엔진의정비및창정비수행 - 미사일엔진및 APU( 보조동력장치 ) 개발완료 - 국산항공기엔진공동개발및생산 - 국내기업은가스터빈엔진의개발기술을보유 242

249 Ⅴ. 신재생에너지 다. 핵심이슈분석 1) 조류발전 조류발전의실용화를위해서는블레이드, 발전기개발및방수기술등의확보가핵심이다. 풍력발전, 중공업등관련기반기술을보유한업체와산 학 연연계를통하여핵심부품에대한선도적연구가필요하며, 발전초기단계에있으므로기술개발가속화로시장표준화시국내외시장의선도가가능하다. 아직까지는양산체제가구축되지않아설치비용이매우높으나향후대규모단지의건설을통해발전단가를낮출필요가있다. 빠른물살에서설치하는조류발전의특성상설치상의노하우를축적하여설치실패횟수를줄여야하며부품의장기적내구성확보가필수적이고, 기술개발을통해비교적유속이낮은조류설치환경에서도상업성을확보하는것이조력발전의대규모화및보급에유리하다. 조력 파력발전설치지역의지역적특성을고려한종합개발로환경친화적인공간및이용으로부가가치창출이가능하다. 주변지역의레져, 바다목장등관광단지개발로고밀도의환경친화적이용으로추가적인소득도예상된다. 국내남해안등일부지역은조류의유속및바람의풍속이모두빠른지역으로하나의지점에조류와풍력발전기를동시설치하는것이바람직하다. 하나의해양시설물을이용하므로설치비의인하및발전방식의혼합을통해전력생산의안정화가가능하다. 2) 엔지니어드압축기 국내유수업체는가스터빈의축적된기술을바탕으로압축기의시장에진입하였지만 SIEMENS, General Electronics, Man Turbo, Atlas, Dresser-Rand와같은선진기업이이미선점하고있어시장진입이어렵고엔지니어드압축기와같은상위분야의진입도어렵다. 시장진입을어렵게하는장벽은다음과같다. 첫째, 석유화학및플랜트분야에서가장중요한것이기기의신뢰성이지만, 국내유수업체는메인프로세스압축기로서의실적이많지않기때문에국내외시장진입이어렵다. 가장높은기술력을요구하는가스터빈을자체개발하지만, 엔지니어드압축기가가지는엄청난개발비때문에기업이독립적으로개발하기엔리스크가너무크다. 둘째, 장비산업의육성정책활성화가필요하다. 국책사업으로진행되는프로젝트는대부분이시스템또는공정이지만, 그시스템및공정에소요되는핵심장비에대한능동적인개발사업은부족한실정이다. 압축기와펌프같은장비들은고부가가치장비로국산화가이루어지면여러산업에광범위하게영향을미친다는인식이부족하다. 이러한장벽을부수기위해서는대용량압축기개발의국책사업화노력이필요하다. 3) 고효율청정발전시스템 신재생에너지분야는국내플랜트장비산업을일거에세계최고수준으로발전시킬수있는기회를제공하는프로젝트인데, 그기회를잡기위해서는기존시스템과는차별화된고효율발전시스 243

250 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 템이요구된다. 독창적인스마트가스터빈 (30MW급) 개발로세계최고효율을실현 (45% 이상 ) 하고, 소재부터완제품까지국내인프라를구축 ( 국내전문중소기업활용 : 주조, 열교환기 ) 하여야하며, 잉여전기를활용하는 CAES의개발성공후, 추후에는 IGCC와같은발전플랜트의메인발전시스템이될수있도록대형화및효율상승이요구된다. 신재생에너지에요구되는발전시스템은청정발전시스템이다. 청정발전을달성하기위해서는결국발전시스템의고효율화가선행되어야한다. 일반적인발전시스템을구성하는모듈을각각분리하여각모듈이최상의효율에서최고의성능을낼수있도록하는기술이다. 현재에는크게두가지개발방향이존재하는데 CAES, IGCC의메인발전시스템이다. CAES는다양한발전시스템에서생산되는전기에너지중잉여의에너지를활용하여공기를압축하고그압축된공기에의해발전하는시스템으로, 에너지를고효율로저장할수있어큰의미를가지며, IGCC는현재기술적으로문제가되는부분이전체발전시스템의효율이다. 이러한문제를해결하기위해서는 IGCC를구성하는모든장비및프로세스가효율을상승시킬수있는방안이마련이되어야한다. 그중추적인역할을독창적인스마트가스터빈이담당할것이다. 발전플랜트를이용해생산된전력은계획적으로생산되긴하지만실제시장및산업상황에따라불가피하게초과생산되는것이일반적이다. 이러한잉여전력을저장하는장비들이있긴하지만그효율은상당히떨어지는편이다. 또한청정연료를통해발생하는에너지는청정연료 ( 특히풍력 ) 의특성상일정한에너지를생산할수없다는단점이있다. 이러한일정한수급이어려운에너지의경우, 에너지를효율적으로저장할수있는장비가요구되는데, 이에너지를저장하는장비로 CAES가사용가능하고, 저장된압축공기를활용하여발전할수있는고효율발전시스템이필요하다. IGCC 핵심장비인가스터빈발전시스템이기존의일체형가스터빈으로적용되면그효율의상승에는한계가있다. 따라서고효율가스터빈의형태로효율을상승시킬수있는방안이연구되어야한다. 244

251 Ⅴ. 신재생에너지 3. 신재생에너지설비산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 신재생에너지설비산업전략적시사점 가. SWOT 분석을통한전략적시사점 1) 조류발전 < 표 49> 조류발전 SWOT 분석 기회요인 강점요인 서해안과남해안지역은천혜의조류발전적합지역 선진국도아직연구단계로서상용화된사례없음. 진입장벽이낮으므로연구및실용화를통해기술선두그룹으로발전 해양, 발전등관련분야산학연구로선구적기술개발 우수한기술력을가진해양구조물건조기술과토목기술을합쳐해양에너지시스템시공기술표준화주도 표준화된기술과실용화경험을바탕으로시장지배적사업자지위획득 약점요인 산학연의활발한기술교류와공동연구를통해부족한기반기술확보후특허출원 우수한입지조건을가진곳에서 pilot 발전기의시공과시험및평가로설치기술과발전기술실용화 세계최고수준인조선및해양건조기술을바탕으로타국가보다빨리조류력발전의경제성달성 위협요인 조류력발전시스템의설치및유지비용을절감할수있는고효율화기술달성으로후발저임국가를앞서나감 저탄소녹색성장을이룰수있는재생에너지로서의중요성을홍보하여인식을제고하고, 지속적발전을이룰수있도록정부와학계, 산업계가지원 발전시스템효율향상및설치비, 유지비절감기술확보로경쟁력향상 인식제고를통해정부지원을유도, 산업화조기정착과발전시스템운전경험축적 기술표준화조기달성으로비무역장벽을통한국내시장보호및해외시장주도권획득 2) 엔지니어드압축기 신재생에너지를이용한발전설비사업에사용될엔지니어드압축기는기본적으로대용량의특성을가지고 CO 2 와관련될경우에는고압이라는특성을가진다. 이러한특징을가지는압축기는전체적인사이즈가커짐에따라그개발비용이상당히많이필요하게된다. 압축기의규모가커진다는것은그것을구성하는구성품크기의증가를의미한다. 압축기구성품 ( 임펠러, 기어류, 열교환기, 모터등 ) 을제작하는협력업체도그부품을제작하기위한신규투자를진행해야하고, 압축기 245

252 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 업체도거대한압축기를조립및테스트하기위한공간확보도필요하다. 기반기술을가지고있다고해도충분한투자가요구되므로, 한기업이독자적으로투자하여개발하기에는무리가있다. 이러한문제들을안고있는엔지니어드압축기와같은고부가가치장비들은국책사업을통해개발함으로써, 개발된제품의신뢰성및개발업체들의경쟁력향상이확보되어야한다. 강점요인 약점요인 사업규모가경쟁사보다작아개 정부의확고한지원의지 발투자비확보의어려움 내부요인 가스터빈개발을통해확보된기 개발실적의부족으로시장진 술인력 입의어려움 조선해양사업을통한대형기계 제품라인업확보를위한대규 가공인프라 모투자필요 외부요인 정밀기계가공기술인력 개발제품에 대한 성능 검증용 높아진 Korea 브랜드네임 설비부족 최고경영자의강력한의지 유사제품에대한기술경험부 족 환경문제의세계적인관심에 <S-O 전략 > <W-O 전략 > 따른신재생에너지사업확대 정부와 기업의 공격적인 투자를 정부주도의국책과제를통해기 기회증가 천연가스수요증가에따른 통해핵심장비인엔지니어드압축기를국한화하여국내엔지니어링 업의신규제품의지촉진및신규제품에대한신뢰성확보지원 기회 시장확대 국내엔지니어링 / 해양설비업 및해양플랜트산업의글로벌경쟁력제고 요 체시장지배력증가에따른 엔지니어드압축기국산화를통한 인 국산화의지확대 저보기술발전에의한제품정보공유확대 정부의녹색성장산업육성의지확고 IGCC, CAES 사업등미래녹색성장사업의기반구축 <S-T 전략 > <W-T 전략 > 주요업체의독점적체제가 국내제조기술을활용하여국책 국책기관을 통한 제품 신뢰성 위협요인 강화 시장에서의고신뢰성제품요구 ( 실적요구증가 ) 주요산업에중국업체진출에따른원가경쟁력위협 투자과제에대한성진사와 Joint 참여유도 해양플랜트사업과연계한전문부품업체개발로경쟁력확보 및시험설비확보 국내인증기관육성을통한제품자체인증능력확보 국내투자설비에정책적접근을통한시장진입및운전실적확보 3) 고효율청정발전시스템 잉여전력을이용한발전시스템의개발은고효율, 청정의장점뿐아니라에너지관리시스템의효율을상승시키는효과도있다. 기존가스터빈발전시스템과는차별화된시스템개발을통해소 246

253 Ⅴ. 신재생에너지 수의선진기업에의해독점되었던에너지장비산업에진출할수있는교두보가마련될수있다. 고효율청정발전시스템을구성하는핵심구성품은여러산업으로기술적인파급효과큰장비들로세계최초일류장비의개발을통해다른원천장비들 ( 압축기, 연소기, 터빈, 열교환기등 ) 의선진기업과의기술격차를해소할수있는계기가될것이다. 이미각단위요소별로는기반기술은보유하고있는장비들로구성되었다. 강점요인 약점요인 외부요인 대형발전용가스터빈개발경내부요인 표준형원심압축기제품군보유험부족 모듈화기술에의한유연한제품 고효율터빈 / 연소기개발기술군확보가능부족 압축기개발과가스터빈엔진개 대형연소기및터빈성능시험발경험동시보유설비부족 발전사업을위한전기인프라확보 기회요인위협요인 환경문제에대한세계적관 <S-O 전략 > <W-O 전략 > 심증가 석탄화력대체발전소용고효율 해외및국내연구소를활용한고 신재생에너지증가에따른전청정발전시스템개발효율친환경연소기모듈확보력평준화기기필요성증가 국내용에너지저장설비구축을 항공기용가스터빈설비투자와 원자력발전소증가에따른통한표준화추진연계하여산업용터빈 / 연소기시기저전력증가 국내발전업체및한수원과연계험설비확보 항공산업에대한범정부적한통합솔루션제공기술확보투자확대 <S-T 전략 > <W-T 전략 > 복합발전시스템의경쟁력 모듈별신뢰성확보전략에따른 국책연구기관을활용한제품강화발전설비시장진입신뢰성확보과제추진 설비업체의기존경험제품 기존가스터빈으로접근할수있 대형국책과제를통한제품개외사용불가의보수적인입장는틈새시장공략발및운전실적확보 나. 핵심이슈해결방안 1) 조류발전 조류력발전사업실용화및경제성달성을위한연구개발과초기투자사업에대한세제와정책지원, 정부주도로발전단지 project를발주하고설치하여시장형성, 적극적인기술개발, 발전단지형성을통해건설경험과운영노하우축적, 관련산업간공동연구를통해발전시스템의설치및운용기술획득전략이필요하다. 247

254 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2) 엔지니어드압축기 / 고효율청정발전시스템 국책과제사업은충분한개발비확보뿐아니라추가적으로국가의이름을걸고개발에참여하기때문에국제적인신뢰도를쌓을수있는가장좋은방법이다. 국책과제사업은특히후발주자가기존시장의벽을허물기위해서는꼭필요하다. 국책사업을통한개발은관련압축기가사용되는프로세스개발에참여함으로써관련프로세스를사용하는국내의유수한석유, 화학그리고플랜트산업의담당자에게국산압축기에대한좋은인식을줄수있는장이자연스럽게마련된다는장점도가진다 신재생에너지설비산업의 2020 비전및목표 가. 조류발전 비전 - 경제성있는조류발전시스템개발을통해 2020 년까지 800MW 이상의발전소설치 - 설계, 시공및운용경험을포함한경쟁력향상으로세계시장점유율 10% 달성 목표 - 고효율발전용터빈개발에의한시스템의성능향상과양산화로경제성확보 - 조류력발전시스템개발을통해경제성있는발전을실용화하고국내연관산업 - 조류발전시스템평가기술개발및인증으로신뢰성확보 - 특허와기술표준화를통해기술진입장벽을높여후발주자의추격방지 나. 엔지니어드압축기 / 고효율청정발전시스템 비전 - 신재생에너지, 국내석유화학및플랜트산업시장에서의경쟁력을향상 목표 - 국책과제에참여하여제품완성및국내관련업체에제품의성능및신뢰성확보 248

255 Ⅴ. 신재생에너지 3.3. 신재생에너지설비산업유망제품 / 부품 가. 유망제품 / 부품선정기준 선정기준은첫째, Top-Tier 제품달성을위한원천기술확보여부또는목표제품개발을위한기술근접도이다. Zero에서시작하는것보다는어느일정수준까지는기술이축적되어있지만여러요인으로그이상의기술개발이힘든경우를말한다. 둘째, 선정제품이차지하는시장의규모와향후예상되는시장의변화이다. 현재도충분한시장규모를가지지만지속적으로그시장이성장할것인지에대한평가를하였다. 셋째, 관련제품이신재생에너지관련발전플랜트개발에미치는영향이다. 제품개발이전체플랜트의성능및 CAPEX/OPEX에서차지하는비율을말한다. 마지막으로현재시장을선점하고있는선진업체들의현황을살펴보았다. 선진업체가선점하고있는시장의벽을허물고시장에진입할수있는방안및그방안의현실성 ( 성능과가격경쟁력은풍부하지만신뢰성및납품실적문제가발생할경우 ) 이있어야하기때문이다. 나. 유망제품 / 부품도출 대용량조류발전시스템, 현재시장의요구도가높고향후개발후시너지효과가큰엔지니어드압축기, 신재생에너지관련플랜트에서활용도가높은분리형가스터빈을이용한고효율청정발전시스템 ( 가스터빈엔진 ) 이유망제품이될것으로예상된다. 4. 신재생에너지설비산업전략 4.1. 신재생에너지설비산업유망제품 / 부품별전략과제 가. 대용량조류발전시스템전략과제 대용량조류발전시스템개발및실증시험, 조류발전용수차블레이드설계및제작기술개발을전략과제로선정하였다. 나. 엔지니어드압축기전략과제 풍력에너지발전과 IGCC 발전시스템에서소요되는엔지니어드압축기는대용량압축기라는공통점을가진다. 단, CCS를위한압축기의경우는고압이라는조건이추가된다. 이에고효율임펠러설계를위한공력해석및설계 (Shrouded Impeller 또는 Open type Impeller 적용여부 ), 대용량에의한공력파트의구조응력해석 ( 소재선정과연관 ), 회전파트들의동적특성해석 ( 진동및소음해석 ), 대용량압축기구성품제작방안, 압축기전체효율증가를위한기계손실저감기술, 압축기의용량증가에따른대용량열교환기콤팩트설계, 대용량모터기술을전략과제로선정하였다. 다. 고효율청정발전시스템 ( 가스터빈엔진 ) 전략과제 기존가스터빈엔진과는달리각모듈이분리되어있는형태의새로운개념으로개발이되어야 249

256 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 한다. 각모듈은압축기, 리쿠퍼레이터 (Recuperator), 연소기, 터빈, 발전기로나뉜다. 새로운발전시스템을구성하는각모듈은각각최상의효율을가지고최고성능이구현되어야한다. 이에대용량엔지니어드압축기, 리쿠퍼레이터, 연소기, 터빈, 발전기개발을전략과제로선정하였다. 5. 신재생에너지설비기술전략 5.1. 신재생에너지설비유망제품 / 부품에필요한전략기술도출및확보방안 가. 대용량조류발전시스템 해양발전회사의확산은해양구조물건설과해양기계회사들의폭넓은경험을갖고있는회사들의참여가가능할것이다. 이러한예로, active ports, near shore transmission and distribution system 등을들수있다. 기술적측면에서조류발전시스템최적화기술은우리나라에산재돼있는조류에너지개발을위한기초자료로활용이가능하다. 주요연구결과물인조류발전관련특허기술을포함한조류발전최적화기술은수행예정인타지역의조류발전기본계획수립연구에활용할수있다. 조류발전시스템성능제고기술및구조물안전진단시스템개발기술개발결과들도차기연구에활용할수있다. 조류발전소설계, 제작및시공관련기술은여타의초대형해양토목구조물, 전기, 기계및환경등의분야에있어서도기술력을높이는데긍정적인영향을끼칠것으로보인다. 나. 엔지니어드압축기 / 고효율청정발전시스템 ( 가스터빈엔진 ) 성능해석및설계기술은국내대학및연구소와연계하여해석및설계를실시하고, 제작기술은협력업체에장비및시설투자를하여제작기술을축적하며, 단품시험기술은스케일모사시험을통해성능예측을하고조립및통합시험기술확보를위해서는조립하고시운전할수있는공간을마련하여야한다. 압축기와발전시스템은독자적으로개발하기에는한계가많은제품이다. 따라서전략기술확보를위하여산학연협동으로개발및제작하는전략적인접근이필요하다. 실제적으로조립및테스트를위해새로운공장이필요하기때문에운영장소에설치되어테스트가진행되어야한다. 이를위해서는관련산업분야의도움이필요하고그연결고리는국책사업이되어야할것이다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 가. 대용량조류발전시스템 중점육성기술로는조류력발전시스템상용모델개발, 고효율저비용 1MW급조류력발전시스템개발 (500kW 2기 ), 수차, 증속기, 발전기모듈결합단순화발전장치개발, 계통연계발전및부하제어장치개발, 조류력발전장치시험 / 평가기술및인증기술개발, 조류력발전단지용고정구조물및해상설치방안최적화를전략적추진과제로선정하였다. 250

257 Ⅴ. 신재생에너지 나. 엔지니어드압축기 / 고효율청정발전시스템 대용량공기압축기 (100~600K Nm 3 /hr) 개발, 고효율청정발전시스템 (2~60MW) 개발, NG/CO 2 용가스압축기개발을전략적추진과제로선정하였다 신재생에너지설비산업비전체계도 신재생에너지설비국산화를통해 2020년세계 3대신재생에너지설비강국실현이가능할것으로전망된다. 251

258 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 Ⅲ 결론 1. 신재생에너지산업비전체계도 5 대분야세계시장선도기술확보 2. 신재생에너지산업변곡점신재생에너지의기술개발, 산업화, 비즈니스기회는무궁무진하며, 태양광, 풍력, 연료전지, 바이오연료중심으로지속적인시장성장이예상된다. 선진국과기술격차가적은태양광, 연료전지등을중심으로세계최고수준인반도체, IT, 기계기술을접목하면단기간내추격가능및세계최고의자리를차지할수있다. 252

259 Ⅴ. 신재생에너지 < 참고문헌 > 1. 디스플레이뱅크 ( ) 보도자료 2. 디스플레이뱅크 ( ) 2010 Global PV Market & Industry Outlook 3. 삼성경제연구소 (2007), 부상하는태양광발전산업 4. 산은경제연구소 (2010), 태양광장비산업의동향과전망 5. 신재생에너지 R&D 전략 이성호, 한국태양광산업협회 ( ), 녹색성장을위한신재생에너지부품, 소재산업화정책토론회, 국내태양광산업의수출화전략 7. 전국경제인연합회 (2010), 주요국태양광산업정책현황및시사점 8. 중국삼성경제연구원 ( ), 급성장하는중국의신에너지산업 9. 전력거래소 (2008), 태양전지국내외시장및산업동향 10. 지식경제부 (2009), 신성장동력기술전략지도 11. KOTRA( ), 일본신재생에너지산업현황및전망 12. 태양광산업협회 (2010), 태양에너지가희망이다 13. 한국에너지기술평가원 ( ) 그린에너지전략로드맵 14. 한국에너지기술평가원 ( ) 에너지기술개발사업상세기획보고서, 초저가고효율결정질실리콘태양전지및모듈양산기술개발 15. 한국기업평가 (2009), 태양광산업의주요이슈와신용평가시고려사항 16. 현대경제연구원 (2009), 신성장모델의모색, 태양광클러스터 17. EPIA(2009), Set for Solar Photovoltaic Electricity : A mainstream power source in Europe by Photon International( ) 19. NEDO( ), 太陽光発電ロードマップ(PV2030+) 20. 에너지관리공단신재생에너지센터 (2009), 신 재생에너지 RD&D 전략 2030[ 풍력 ], 산업자원부 21. 한국에너지기술평가원 (2009), 녹색성장을위한 R&D 이정표-그린에너지전략로드맵 22. GWEC(2008), Global Wind 2007 Report 23. GWEC(2009), Global Wind 2008 Report 24. GWEC(2010), Global Wind 2009 Report 25. 특허청 (2009), 지재권중심의기술획득전략사업 : 대형수평축풍력발전시스템 26. BTM Consult(2010), World Market Update 2009: Forecast 손충렬 (2010), " 국내풍력산업의문제점및정책요구사항 ", 녹색성장을위한신재생에너지부품, 소재산업화정책토론회 253

260 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 28. EWEA(2008), Pure Power: Wind Energy Scenarios up to 전국경제인연합회 (2009), FKI 전략산업리포트 : 1 풍력산업현황과개선과제, 통권제133 호, FKI미디어 30. 삼성경제연구소 (2008), 신재생에너지산업화촉진방안연구최종보고서, 에너지관리공단 31. NREL(2008), 20% Wind Energy by 2030: Increasing Wind Energy's Contribution to U.S. Electricity Supply, DOE/GO 이은창, 모세준 (2009), 국내풍력발전산업의전망과경쟁력분석, 산업연구시리즈, 제17 호, 하나금융경영연구소 33. 한국에너지기술평가원 ( ) 그린에너지전략로드맵 34. 지식경제부 (2009), 신성장동력기술전략지도 35. 한국에너지기술평가원 ( ) 연료전지 R&D 추진방안 36. 장두석 (2010), 조력 조류 파력발전의최근동향과전망 254

261 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 에너지 효율 Ⅵ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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263 Ⅵ. 에너지효율 1 산업의본질및패러다임변화 1.1. 에너지효율산업의정의및중요성 에너지효율산업의정의에너지효율산업은에너지기기및공정시스템과관련하여에너지공급, 전환및가공, 수송및분배, 저장, 수요부문에서에너지를합리적이고효율적으로이용하기위한산업으로정의한다. 에너지효율산업의범위는크게산업에너지부문. 건물에너지부문, 수송에너지부문, 에너지다소비기기부문, 에너지소재 저장부문및에너지전환 열병합부문등으로분류하며, 에너지효율분야의세부기술은 < 표 1> 과같다. < 표 1> 에너지효율분야세부기술 구분산업에너지건물에너지수송에너지에너지다소열기기비기기전기기기에너지소재에너지소재 저장에너지저장청정연료에너지전환 열병합열병합 세부기술 촉매및반응공정, 초임계유체공정, 증류기술, 반응분리기술, 흡착기술, 결정화기술, 자동화및지능화기술등초단열건물기술, 그린빌딩, 고효율공조기술등 고효율연소기술, 변속기기술, 경량화기술, 대체연료차량기술, 차량후처리기술, 전기자동차기술등 공업로, 보일러, 버너, 건조기, 열교환기, 히트펌프, 유체기계, 열변환기기등전동기, 가전및사무용기기, 신광원, 전력변환기기등 단열경량소재, 반응분리소재, 이온전도교환소재등 이차전지에너지저장기술, 압축공기에너지저장기술, 초전도에너지저장기술등 저급석탄고품위화기술, 저급석탄가스화기술, GTL 등 가스터빈열병합발전기술, 엔진열병합발전기술, 하이브리드열병합발전기술등 에너지효율산업의중요성세계에너지수급패턴은석유자원의존형체제에서에너지효율향상및신재생에너지등기술의존형체제로급속히변화되고있고, 국가에너지기본계획의실행전략으로에너지원단위를 2008 년의 (TOE/GDP) 에서 2030년 (TOE/GDP) 수준으로약 46% 개선을목표 ( 연평균 2.6% 개선목표 ) 로하고있어, 국가적차원의에너지효율향상이요구된다. 2009년도국내산업부문에너지소비량은총에너지소비량의약 58.6% 이며, 에너지다소비산업 ( 철강, 석유화학, 비철금속, 요업, 섬유, 제지등 ) 비중이높고, 주력산업에원료를제공하는주요기간산업으로서선진국 ( 일본, EU국가등 ) 에비해에너지원단위격차가커에너지효율향상이시급하다. 한예로, 에너지다소비산업에서에너지효율을 1% 높이면, 약 3.6억달러에달하는에너지수입감소효과가발생한다. 또한에너지다소비업종의효율향상을위해신소재, 신공정, 중대형복합기술개발등을접목하여석유의존도를축소할필요가있다. 257

264 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 국내건물부문에너지소비량은총에너지소비량의 25%(2009년기준 ) 이며, 전세계적으로에너지소비의 40% 를건물에서소비하므로국가적인에너지절약및온실가스저감목표를달성하기위해서는에너지효율향상이시급한분야이다. 국내수송부문에너지소비량은총에너지소비량의약 19.4%(2009년기준 ) 이며, 자동차기준연비를지속적으로강화하고친환경, 고효율그린카개발및저탄소, 고효율수송시스템으로의전환이필요하다. 한편, 공업로, 보일러, 건조기, 히트펌프, 전동기등은산업공정에서주로이용되는핵심에너지기기로서에너지소비비중이매우높고, 이중공업로는국가에너지소비량의 5% 이상을점유하는에너지다소비설비로서제품의생산성과품질에직결되며, 온실가스저감의주된대상으로서설비별에너지효율향상이시급한상황이다. 전세계발전에너지의 23% 가조명으로소비되고있는데, 반도체조명 (LED, OLED) 은고효율, 장수명으로 90% 의에너지절감잠재력을보유하고있기에, CO 2 절감효과가큰친환경광원으로고속성장이예상되는녹색성장산업이다. 에너지저장분야는전력수요증가에따른피크부하관리및운용효율향상의필요성이증대되고있으며, 신재생에너지보급확대에따른중대형에너지저장수요가급증할전망이다. 청정연료분야는원유매장량감소및고유가지속에따른고유황 초중질원유및오일샌드등저급원유처리및천연가스로부터합성석유를생산하는공정의필요성이대두되고있다. 또한, 고등급석탄인유연탄의가채년수감소 (85년) 와중국과인도의성장드라이브정책에따른석탄수요증가에의한가격상승 (US$50/ 톤 (2006) US$110/ 톤 (2010)) 으로저등급석탄의효과적활용도부각되고있다. 열과전기를동시에생산하는열병합발전은에너지소비효율성제고와온실가스감축을위한기후변화대응기술로중요하다 Macro 환경분석 정치 / 정책적변화자원환경의지속가능성위협에대처하기위해전세계적으로에너지안보정책이강화되고있고, 온실가스배출증가에따른기후변화가가속화됨에따라세계각국이에너지효율향상및 CO 2 저감정책을강화하고있다. 또한, 석유자원고갈에따른신재생에너지및석탄가스화기술이부각되고있으며, 에너지효율향상방안은간접적으로석유 가스자주개발율 (2009년 9% 2030 년 30%) 증가정책에크게부응한다 거시경제환경변화현재국제에너지가격급등에따른생산비용이증가함으로써산업경쟁력이약화되고있는가운데, 수출의존도가높은국내경제의특성상원자재가격급등에따른가격경쟁력약화로수출에크게영향을받고있다. 또한전세계적으로온실가스배출규제로점차저탄소경제시대로접어들어무역장벽화가진행되고있으며, 앞으로는관련첨단기술을보유한국가와미보유국간의기술양극화가더욱심화될것으로예상된다 사회환경변화 세계가도시화, 핵가족화, 산업발전에따른생활수준향상등으로가구수가증가하고생활편의기기및시설수요증가로에너지수요가지속적으로증가하고있다. 또한, 통신 / 운송기기발달 258

265 Ⅵ. 에너지효율 로커뮤니케이션의질이높아지며, 통신 / 운송수단급증이필연적이고, 점차석유에너지사회에서가스및전기에너지사회로변화되고있다 에너지효율산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망에너지효율산업은고효율기기및장치의수요가꾸준히증가될것으로전망되며, 중국의저가장치의등장으로시장경쟁이격화될가능성이높다. < 표 2> 주요에너지효율산업의세계시장성장추이및전망 구분 CAGR (6-10) 단위 : CAGR (11-15) 억달러 CAGR (15-20) 가스산업공정 1) % 5.9% 4.4% 건물에너지 2) % 5.9% 7.5% 공업로 3) % 4.1% 7.1% 조명시스템 4) % 29.2% 15.7% 에너지저장 5) % 18.7% 16.2% 청정연료 6) % 11.7% Total % 21.8% 9.7% CAGR : Compound Annual Growth Ratio 자료 : 1) 산업용가스산업자료 ( ) Gas Georama in Japan/( ) 분석자료 /(2010~2020) 대성가스산업예측치 : 메이저급가스회사 2) 한국건축친환경설비학회자료 (2009), 한국냉동공조협회냉공조시장통계 (2009) 참조, 재구성 3) 일본공업로협회자료 (2009), Annual report (2009, Chugairo, Fives group) 4) 한국광기술원자료 (2008.4) 를기초로종합분석된자료. the Freedonia Group, Inc(2006), GIA 일반조명시장 (2006), global Information, Inc., " 조명기구전망 (2005), Strategies Unlimited(2008.2) "LED market forecast", OIDA (Photonics Korea 2007 발표, by Dr. M.Levy) 5) 기존양수발전기준으로예측 : PikeResearch 09.2/4분기 Energy Storage Technology Markets Advanced Battery Technologies, Pumped Hydro, Compressed Air, Flow Batteries, and Frequency Regulation for Utility-Scale Storage Applications 6) (SASOL, DGC 등기존업체매출기준및지식경제부그린에너지로드맵, SNG 프로젝트건설발표및미분탄연소발전소유연탄물량산정 (IEA Energy Outlook) 경쟁동향분석미국의경우는에너지소비효율화를위해 2007년도 Energy Independence & Security Act" 를제정하여에너지효율화및청정에너지개발을지원하고구체적인 Action Plan을추진하고있다. 에너지부 (DOE) 는 "Grid 2030 Vision" 을발표하여 Smart Grid 구축을위한 "Grid Wise" 계획을발표하였으며, 정부, 민간공동체인 CEE(Consortium for Energy Efficiency) 를구성하여에너지효율화프로젝트에자금을지원하고있다. 유럽의경우는 2020년까지에너지소비의 20% 를줄이기위해 "20% Energy saving by 2020" 을슬로건으로구체적인 Action Plan을작성하여추진중이다. 259

266 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 최종사용자에너지효율화 건물의에너지효율화 분야프로젝트 에너지사용제품에대한친환경설계 가전제품의에너지등급표시 열병합발전 < 표 3> 20% Energy saving by 2020 달성을위한프로젝트 -에너지효율화비용의 75% 까지지원 -에너지효율화기술, 프로젝트인증및거래제도도입 (EuroWhiteCert Project) -고효율빌딩플렛폼및표준개발 -빌딩효율성평가및인증 (EuroPROSPER) -중소기업친환경디자인설명및홍보 -전기모터효율 DB 구축 (EuroDEEM) -냉장고, 냉동고, 에너지등급표시 (2003) -전기오븐에너지등급표시 (2002) - 소형열병합발전소 1,000 개설립 세계최고수준에너지효율국가인일본은철강, 화학등주요제조업의에너지소비원단위가미국, EU국가에대비해 10 30% 정도효율적이다. 에너지효율분야의주요제품 / 기술별국ㆍ내외경쟁동향을요약하면 < 표 4> 와같다. < 표 4> 주요제품 / 기술별국ㆍ내외경쟁동향분석 주요사업현황및전략방향 산업공정 ( 석유화학 ) 건물에너지 공업로 Syncrude Canada ( 캐나다 ) Suncor ( 캐나다 ) PDVSA ( 베네수엘라 ) Ivanhoe ( 미국 ) ENI ( 이태리 ) Andover, ALC, GE, 등 ( 미국 ) Siemens ( 독일 ) Azbil ( 일본 ) NTT-Facilities ( 일본 ) Yamatake ( 일본 ) 삼성 SDS ( 한국 ) Chugairo ( 일본 ) Fives Group ( 프랑스 ) Tenova ( 이탈리아 ) - 노천채굴에의하여생산된비튜멘으로부터 35 만배럴 / 일의합성원유를생산하고있으며, 16 만배럴 / 일규모확대계획 - 노천및 In-situ 채굴로생산한비튜멘으로부터 26 만배럴 / 일의합성원유생산 - 초기에는메이저석유회사들과공동개발 - 최근에는시장개척을위하여우리나라를비롯한아시아권과의협력추진 - 중질유급속열분해기술개발및자체광구매입에이은개발추진 - 중질유처리슬러리반응공정실증플랜트연구중 - 웹콘트롤과 BACnet 등표준화된건물관리시스템으로국내외사업활발하게추진 - 유럽표준 EIB 와 BACnet 기반의표준화된건물관리시스템으로전세계각국에위치한지사를통해사업추진 - BAS, EMS, BMS, FMS 를통합한개념의 BEMS 를개발, 적용하여 20% 이상건물에너지절감을구현 - BACnet 기반의 IP-BAS 와상위의 BEMS 를개발하여 NTT 소유의약 35,000 건물에적용, Web 상에서에너지환경관련정보관리 - 자체개발건물운용프로그램이전시장을장악 - BACnet 기반설비, 전력, 조명통합관리 Control City 개발 - NEDO 사업으로고효율공업로및순산소연소연구 매출 ( 공업로부분 289 억엔 = 4,000 억원 ) - 공업로등특화업체 년금속분야매출액 47 억유로 (7,000 억원 ) - Techint group( 이탈리아 ) 이 LOI thermprocess( 독일 ) 를합병후개명 - 공업로전반을공급, 특히열처리로, 전기로및알루미늄분야강점 - 유럽과중국시장의 ~30% 점유 년총매출액 10 억유로 (15,000 억원 ) 260

267 Ⅵ. 에너지효율 Linde ( 스웨덴 ) Air Liquide ( 프랑스 ) Air product & Chemicals ( 미국 ) Praxair ( 미국 ) 국내연구기관 국내산업체 - Reheating & Annealing Line 에산소연소기술을 100 여기이상적용 - 산소의이용확대차원에서산소연소기술개발, 설비판매 - 가열로, 래들, 전기로등적용가능한산소연소기술보유 (ALRoll 버너 ) - 다양한설비에적용경험보유, 버너전용회사 (American Combustion) 운영 - 용해용버너등산소연소기술보유및고효율저가산소제조기술개발중 - 미국최대가스회사로한국에 Air Products Korea 로진출 ( 한국시장점유율 1 위 ) - Dilute Oxygen Combustion 기술보유 - 철강가열로적용, 효율 / 생산성 30% 증대실적 - 공업로대상버너개발, 모델링 / 제어연구중, 일부상용화실적 ( 에너지기술연구원, 기계연구원, 생산기술연구원, 포항산업과학연구원 ) - KIER, KIMM, 생기원 : 버너및소형공업로강점 - RIST: 가열로용버너및대형가열로해석 / 제어강점 - 국내공업로전문공급업체 ( 매출액연간 1 천억원이상 : 한화테크엠, SAC) - 설계기술을부분적으로국외전문업체에의존하는수준 - 소형 batch 로와연속식열처리로를주로공급 - 연소기관련업체는기술수준낙후, 자체기술미보유 광소자 해외 - 원천특허를보유한일본의 Nichia, Toyada Gosei, 미국의 Lumileds, Cree, 독일의 Osram 이세계 LED 시장주도 - Nichia ( 일본 ) 는 2009 년이미 250lm/W Chip 성능개발완료 국내 - 삼성 LED, LG 이노텍, 서울반도체등대기업중심의투자가진행중 조명시스템 해외 - 감성조명시스템분야의영역확대및 LED 와무선통신기술을결합하는조명개발중 - 글로벌기업인 Philips, Osram, GE 등은수직계열화진행중 LED 조명및응용 국내 - 고효율및고기능성 LED 조명제품을개발하고있으며, 광색 / 색온도변화가가능한감성조명시스템분야로영역확대중 - 삼성 LED, LG 전자등광소사업체의 LED 조명진출과서울반도체, 포스코 LED, 현대 LED 등대기업의 LED 조명사업진출확대 - 디스플레이위주의연구 / 생산중인 OLED 는조명응용을목표로 R&D 가진행중임 Mckintoshi ( 미국 ) Hunthorf ( 독일 ) GE ( 미국 ) - Dresser Rand 사의기성장비를사용하여패키징하는기술보유 CAES - Alstom 사의기성장비를패키징하는기술보유 - RWE 및관련기업과소형압축공기에너지저장시설개발중 에너지저장 삼성테크윈 ( 한국 ) Prudent Energy Co. ( 중국 ) - 자체보유한압축기, 가스터빈, 열교환기기술을활용하여한국형 CAES 개념설계추진 - 캐나다 VRB Power 를인수하여 VRB 제품을 5kW 부터 MW 급시스템까지생산하고있음 RFB ZEEEnergy( 미국 ) - DOE 는 2009 년스마트그리드용대용량이차전지로 RFB 4 개, LIB 2 개지원하기로결정 삼성종기원 LG 산전등 ( 한국 } - 삼성종기원, KIER 등은 2.5V 이상, 50Wh/kg 의원천소재기술개발수행중 - LS 산전은 VRB 시스템실증시험을목적으로 25kW 급전지를도입하여시뮬레이션중이며단일스택 25kW 급이상상용화예정 청정연료 석탄가스화 Sasol ( 남아공 ) 선화 ( 중국 ) - 세계최초로고온 F-T( 피셔트롭쉬 ) 상용화에성공한 Global 1 위업체 ( 08 년매출액 178 억불, 영업이익 46 억불, 시장점유율 90% - 합성석유 ), 향후합성석유의용량을현재 15 만배럴 / 일에서 2 배이상으로키우겠다는전략을발표한바있음 년세계최초로석탄직접액화건설후가동에어려움을겪고있음, 2010 년가동목표가설계치의 90% 임, 향후 Sasol 등과석탄가스화를이용한간접액화방식을신규건설예정임 261

268 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 GTL Dakota Gasificati on ( 미국 ) SK 에너지 ( 한국 ) POSCO ( 한국 ) KIER ( 한국 ) IAE ( 한국 ) Sasol ( 남아공 ) Shell ( 네델란드 ) JOGMEC ( 일본 ) Velocys ( 미국 ) - Sasol 에서사용중인독일 Lurgi 가스화기를사용중임, 현재이익률 25%, 매출액약 5 억불 년신성장동력사업으로저등급석탄가스화에의한메탄올공정개발착수 (POSCO/KIER 와 MoU 통해공동연구 ) 년신성장동력사업으로석탄가스화에의한합성가스제조및 SNG 합상개발착수 년부터 1 톤 / 일습식분류층가스화시스템개발, 2009 년현재 SK 에너지와유동층가스화기개발착수, 2011 년한국형저등급석탄가스화플랜트개발착수 년부터 3 톤 / 일규모의건식분류층가스화기술개발, 현재 SK 에너지와 compact 가스화기술개발 - 새로운공정으로 SPBR 를개발하고 17,000 BPD 규모의대형 F-T 합성반응기를개발하여카타르에서 34,000 BPD 규모의 GTL plant 건설추진 - SMDS 공정을 개발. Pearl GTL project ( 총규모 : 140,000bpd) 를 카타르에서 수행중 - 이산화탄소를반응물로사용하는 SCR 리포밍공정개발 - 이산화탄소가 30-40% 포함된동남아가스전에적용추진중 - 마이크로반응기를이용한 compact GTL 을파일럿수준으로개발중 - 한계가스전에의이용을주전략으로함 * BACnet : Building Automation and Control Network * EMS : Energy Management System * FMS : Facility Management System * CAES : Compressed Air Energy Storage * GTL : Gas To Liquids * SMDS : Shell Middle Distillate Synthesis * BAS : Building Automation System * BMS : Building Management System * BEMS : Building Energy Management System * RFB : Redox Flow Battery * SPBR : Slurry-Phase Bubble-column Reactor * SCR : Steam Carbon dioxide Reforming 정책동향분석산업에너지부문에있어서미국, EU, 일본등은산업공정기술에대한원천기술을확보한후오랜기간축적된노하우를공개하지않고세계를대상으로시장을확대하고있다. 막대한오일샌드보유국인캐나다의경우는효율적인자원개발을위해 NCUT (National Centre for Upgrading Technology), HUTF (Hydrocarbon Upgrading Task Force) 등정부-민간공동의조직을구축하고해당분야기술개발은물론자원개발로인한환경문제해결을동시에추진하고있다. 건물에너지부문은선진국을중심으로국가적인프로그램을운영하고있는데, 미국은최신기술을이용한에너지효율적건축물의실제적구현및보급을목적으로에너지효율화제품육성, 설계지원, 파이낸싱, 전문업체육성등저에너지건축시장을육성하기위하여국가프로젝트 (Building America) 를에너지부중심으로주택건설업체와연계하여시행중이다. 일본은 House Japan 및자원순환형주택기술개발프로젝트등약 5 6년주기의주택기술시장을선도하고신기술의시장진입을촉진하는국가프로젝트 ( 주택가치혁신국가프로젝트 ) 를지속적으로운영중이다. 캐나다의경우는에너지고효율주택보급을목적으로제품, 설계, 시공, 보급전과정에대한국가프로그램 (R-2000 Program) 을운영중이며, 시범주택의건설, 국민에대한홍보, 에너지효율전문자격제도의시행등을지속적으로운영중이다. 에너지다소비기기부문에서는고효율화및효율적인이용기술개발에지원을강화하고있는데, 미국, 독일, 일본등선진국의경우공업로, 보일러, 건조기등의열사용기기에대하여고효율, 저공해연소기술, 전열기술, 폐열이용기술개발을대상으로지원하고있고, 전기기기의경우고효율 262

269 Ⅵ. 에너지효율 화에따른에너지절감효과, 친환경효과, 산업경제효과가큰기술에대하여국가가정책적으로지원하고있다. 에너지저장부문은신재생에너지와연관한정책운영으로국가간협의체를구성하고온실가스저감을위한계획을수립하고있으며, 국가별발전차액지원제도 (FIT-Feed In Tariff) 및신재생의무할당제 (Renewables Portfolio Standards) 를운영하고있다. 미국의경우는신재생에너지보급확대및전력계통망의효율증대를목적으로에너지저장장치산업을육성하기위해 Storage Act, S 법안을상정중이다 (Investment Tax Credit 지원정책등 ). 청정연료부문은석유를대체할국가적전략자원정책으로미국, EU, 일본, 중국, 인도등에서는청정석탄기술을국가의주요추진기술로간주하여개발자금지원및정책적지원을지속하고있다. 일본의경우는 GTL 기술개발프로그램인 JOGMEC ( 일본석유천연가스-금속광물자원기구 ) 와 6개참여기업 (Japan National Oil Co., Cosmo Oil, Nippon Steel, Japan Petroleum Exploration & Chiyoda 및 Inpex) 으로구성된 Nippon GTL 콘소시엄을구성하여추진하고있다 기술동향분석산업에너지부문에서 LNG 플랜트의경우는 EPC (Engineering, Procurement & Construction) 능력이있는회사로일본의 JGC, 千代田化工建設, 미국의 KBR, Bechtel 등이있으며, 이들회사는가스회사인미국의 Air Products, 독일의 Linde로부터원천기술을도입하여사용하고있다. 석유화학부문에서핫이슈가되고있는저등급원유인중질유를고품위화하기위하여수소화에의한중질유청정화나이송가능한합성원유를생산하는부분경질화의두방향에대해기술개발을진행중이다. 건물에너지부문은크게건물에너지절약설계기술, 에너지절약형창호및외피등의건축소재기술, 고효율공조기술및건물에너지제어기술로나누어기술개발을추진하고있다. 에너지다소비기기부문에서미국, 일본등의경우고효율공업로의핵심기술은산소연소 / 산소부화연소 / 연소기제어시스템등을제안하고있고, 공업로와관련하여선진국은산소제조업체 (Linde, Air Liquide, Praxair) 를중심으로산소연소버너를개발하여주로중소형공업로의생산성향상목적으로적용중이며, 연소공정에서효율향상및 CO 2 분리를동시에추구하는기술에관심이집중되고있다. 한편, LED 광소자시장구조는 LED칩분야에서최다원천특허를보유한일본의 Nichia, Toyoda Gosei, 미국의 Lumileds, Cree, 독일의오스람등이선진사대열을차지하고, 뒤이어대만의 Epistar와우리나라의삼성LED, 서울반도체, LG이노텍이추격하는구도이다. LED 에피 / 칩 / 패키지의경우조명응용을위해멀티칩및대면적칩을실장하기위한고방열패키지가다양한소재와공정을기반으로연구되고있으며, 일본 Nichia는 2009년 250 lm/w, 미국 Lumileds 는 2008년실험실적으로 160 lm/w급 LED칩성능개발을완료하였다. 향후 2018년에 200lm/W를달성할수있을것으로예상되며, LED 광효율이 150lm/W가되는 2012년에는본격적인시장성장기에돌입하게될전망이다. 에너지저장부문에서 RFB (Redox Flow Battery) 기술은북미의경우 2004년부터전력계통연계형전지시스템적용및전력공급시스템을구축하였으며, 일본은중소형 UPS (Uninterruptible Power Supply) 대응으로빌딩및산업체에적용하고있다. 압축공기에너지저장 (CAES) 분야는대용량에너지저장기술로독일 Huntorf 플랜트 (290MW), 미국 Mclntosh 플랜트 (110MW) 가가동중이다. 청정연료기술분야는저등급석탄광보유국현장에서의직접이용기술및저등급석탄을청정화하기위한고품위화기술개발을고려할수있다. 저등급석탄의전환기술은가스화및액화기술이저등급석탄활용기술중에비중이큰기술군으로국내에서산업화추진이필요한분야이 263

270 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 고 (IGCC, 합성석유, SNG), compact GTL 기술은일반적인 GTL 공정을보다단순화하고 compact/module화하는기술개발분야이며여기에활용되는 ITM (Ion Transport Membrane) 기술은고온세라믹분리막및모듈양산에의한산소의분리및리포밍을콤팩트화할수있다 에너지효율산업의미래패러다임변화산업에너지부문의미래패러다임변화를가져올요소는산업부문에서도점차 CO 2 규제가현실화될것같고, 산업공정에서대량사용되는산소에대해저가로대량생산할수있는제조기술이중요한이슈가될것이다. 석유화학산업부문에서에너지원으로써점차고갈되고있는고급원유를대신할저등급원유인중질유의고품위화기술비중이커지고있으며, 세계적으로매장량이풍부한석탄의자원화기술이확대되는상황이다. 또한산업중에서도 LNG, 우주항공, 초전도기술의발전으로저온산업이확대될전망이고, 점차수소경제가도래함에따라수소의저장과이송에초저온액체수소를이용하는기술이활발해질것이다. 건물에너지부문의변곡점요소는기존단순주거개념에서인간의건강과행복을증대시켜주는데에기여하는건물로변화되고있고, 에너지소비만을억제하던개념에서태양광, 풍력, 지열, 연료전지등의신재생에너지원을활용한필요에너지의자체확보개념으로변화되고있으며, IT 기술의접목을통한스마트화및에너지효율화를추구하고있다. 에너지다소비기기부문은점차고유가시대가대두됨에따라기기에대한에너지효율향상을가져와관련 CO 2 발생량을억제하게된다. 예로많은에너지를사용하는 LED 분야를보면, LED광소자의기술개발경쟁이가속화되어성능향상을가져오고있고 (2012년 150lm/W -> 2018년 200lm/W), 2012년부터는본격적인시장성장기에돌입하게될전망이다. 신재생에너지산업이급속히팽창됨에따라중대용량에너지저장시장도상응하게확대될것으로판단된다. 이에따라관련시스템의원천소재개발, 배터리설계및제조기술의향상을통해배터리효율향상, 에너지밀도향상, 용량확대, 수명연장이가능해질것으로예상된다. 청정연료부문은 을기준으로유가와석탄가격이크게상승할것으로전망되며이때까지 1) 저가원료의안정적확보 ( 저등급석탄 ), 2) 투자비이슈 ( 플랜트투자비저감 ), 3) 환경성을해결 ( 이산화탄소저감 ) 하는것이미래의경쟁구도를바꾸게될것이다. 수송용연료시장에서는수소경제시대가정착하기까지는수십년걸릴것이고중간단계로서 XTL(GTL/CTL/BTL) 합성연료가공급부족을메울것으로예상된다. 264

271 Ⅵ. 에너지효율 2 에너지효율산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 에너지효율산업에서우리나라의현주소 (As-Is) 산업에너지부문의현주소는국내대기업을중심으로한산업공정운용기술은세계적수준이고, 산업공정의시공, 운영기술또한선진국과대등한수준이나, 설계및제작기술은선진국에비해뒤떨어지며원천기술은수입에의존하고있다. 건물에너지부문은건물에너지절약과관련하여과거사무자동화, 빌딩자동화의협의적인기술에서진보하여건물의총체적인사용에너지를절감하기위한기술개발로발전하고있으며, 향후개별적인신재생에너지원의사용및스마트그리드연계로의진화가예상된다. 에너지다소비기기인공업로, 건조기, 유체기계등의대규모열설비및기술집약적설비는대부분외국에서수입또는외국기술도입에의해국내중소업체에서제작하는실정으로대외경쟁력은약한반면에대기업을중심으로한 end-user의조업기술은세계적수준이다. 국내 LED 산업은상대적진입장벽이낮은패키지및모듈공정에집중되어있고, 에피및칩부문은삼성LED, LG이노텍, 에피밸리등 13개업체에불과하며, 모듈, 시스템업체의대다수는영세한중소기업규모이다. LED 조명은에너지절감효과가큰사인 / 광고시장에서이미시장성장기에돌입하였으며, 할로겐, 백열전구시장을대체하고형광등대체를진행중이다. 국내중대형에너지저장기술은삼성테크윈, 두산중공업, 현대중공업이가스터빈, 스팀터빈의설계, 제작, 패키지등의기반기술을확보하고면허생산을하고있으며산업용증속기어형공기압축기는삼성테크윈이 2010년현재세계 Top 10에진입하여시장확대를위해노력하고있다. 이에대한 EPC (Engineering, Procurement, Construction) 는국내주요건설사 / 엔지니어링사가기술 / 가격 / 납기측면에서해외업체와동등한수준의경험과경쟁력을가지고있다. 청정연료부문은국내에너지관련기업에서석유, 가스중심의플랜트운영으로일부기술은확보하였으나, 석탄을전환하는주요기술인전처리및가스화기술에대한경험이부족한실정이다. 국내 GTL 산업은해외플랜트건설사업에서기술난이도가비교적낮은전처리나후처리공정에해외사와콘소시엄으로참여하고있는수준이며, 현재국내연구진에의해 GTL 핵심공정에대한원천기술개발을완료하였고파일럿규모의기술개발과제를수행하고있다 글로벌시장포지션산업에너지부문중에서국내석유산업의현위치는석유수입부문세계 5위, 석유소비부분세계 7위, 원유처리능력부문세계 5위의석유산업대국이다. 산업공정의경우선진메이저사의플랜트성능이우수하나고가이고, 중국의플랜트는저가이나신뢰도가낮으며, 한국은틈새시장에서세계를대상으로시장확보가가능하다. 건물에너지부문에서건물운영관리시장의경우현재국내시장의 70% 이상을해외글로벌기업들인미국의하니웰, 존슨컨트롤즈, 앤도버, 캐나다의델타컨트롤스, 독일의지멘스, 스위스의사우타, 일본의야마다께등이점유하고있다. 에너지다소비기기인공업로시스템의기술수준은일본, 미국, 유럽의선진사기준으로약 60% 수준이며, 기본설계는매우취약하고상세설계및제작분야는선진기술에근접하고있다. 소형설비는수출이가능한상태이나, 현재국내기술로는외국시장진출은어려운실정이다. LED 시장의경우는일본업체들이 44.1% 로선두를유지하고있으며, 한국은대기업주도의대규모 265

272 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 시설투자로빠르게시장점유율을높여가고있는실정이다. LED 조명시장은현재글로벌선두인일본, 미국, 독일및대만, 중국을추격하고있으며, 글로벌 3위의목표를향해삼성LED, LG전자, 포스코 LED, 현대LED 등대기업의공격적인투자와기존 LED/ 조명업체인화우, 금호전기, 남영전구, 알토, 태원전기등중소기업들의연구가활발히진행중이다. 에너지저장과관련된지상장비 / 시설은압축기, 가스터빈 ( 축류형압축기, 연소기, 터빈, 발전기 ), 재열기로구성되며, 핵심장비인가스터빈의경우세계선두기업은 GE, Siemens, MHI, Man-Turbo, Alstom 등이있다. 일본, 유럽, 미국, 호주등이에너지, 전력효율에대한관심이높고신재생에너지발전이활발히추진되는국가들은전지이용전력저장시스템의연구개발및실증사업을활발히추진하고있다. 실증사례로일본북해도풍력발전총19기 31MW에 RFB 4MW 출력의 6MWh 용량전력저장시스템이있다. 청정연료부문에서국내석유시설및운영기술은세계적인수준인반면, 석탄전환기술분야는중국, 남아공, 미국등에크게뒤져있으며, 독일, 네덜란드, 미국, 일본등의전환기술보유국과도기술적성숙도에뒤져있는실정이다. GTL 시장은세계적으로태동기이며, 2030년까지하루 230만배럴이될것이고이는 2030년세계오일시장의 2% 를차지하는수치이다 핵심역량보유수준평가산업에너지분야에서국내산업공정플랜트시공능력은충분히갖추고있으나, 첨단공정의엔지니어링기술및핵심기술인제작경험은부족한상태이다. 국내중질유고품위화운전기술은세계최고수준이나원천기술인촉매제조, 반응기설계등에있어서는선진국대비비교열위에있는상황이다. 우리나라가세계적인 IT 기술을보유함으로써기존건축기술과의융합을통해세계수준으로빠른 catch-up 가능성이높으며, 태양광등신재생에너지원의이용기술, 스마트그리드기술등핵심연관기술의경쟁력이높다. 에너지다소비기기인공업로업체는한화테크엠을제외하면모두중소기업이고, 핵심영업설비에대하여주로외국과의기술제휴등으로공급하는수준이다. 포스코등대기업에서자체수요용대용량설비에대한개발과적용을추진하고있고, 공업로운용및연소제어등은다년간운전에의해자체기술을확보하여국산화가능한수준에도달하였다. 국내 LED 산업의기술경쟁력은현재선진국대비 80% 수준이고, 패키지기술은선진국대비 85% 로비교적높은반면에원천기술인백색 LED 구현기술은 72% 수준으로취약하다. 원천기술인백색 LED 구현기술의취약으로 LED 제조원가의 75% 를차지하는 LED 칩의국산채용율은 44% 에불과하여장기적산업육성을위해칩기술력배양이필요하다. LED 조명분야의경우에너지절약형 Green 홈조명시스템실현을위한방열, 광학최적화, 고효율 Power SOC 개발을진행중이다. 대용량에너지저장기술은지상장비 / 시설중가스터빈 ( 축류형압축기, 연소기, 터빈, 발전기 ) 등은삼성테크윈, 두산중공업, 현대중공업이가스터빈, 스팀터빈의설계, 제작, 패키지등의기반기술을확보하고있으며산업용증속기어형공기압축기는순수국내기술을기반으로독자설계, 제작하여국내외시장에공급하고있으며, 세계최고기술수준대비 80% 수준으로평가되고있다. 중대형에너지저장기술은단일스택이현재 25 45kW급으로알려져있으며단일스택을모듈화하여 MW급시스템도실증수준에있다. 청정연료인석탄가스화에서 Global Leader와의차이는기업및정부의지속적인기술확보정책의부재가원인이될수있으며, 이차이를극복하기위해서는선진기술의역설계 (Reverse Engineering) 와창의적개선등을동시에추진해야한다. 국내의 GTL 연구는합성가스제조기술및 F-T 합성반 266

273 Ⅵ. 에너지효율 응에의한올레핀전환등에대한연구가지난 10년간별도의연구과제로수행되어오다가 2006년부터지경부의에너지 자원기술개발사업으로 GTL 과제가수행되고있으며현재는핵심공정에대한원천기술개발을완료하고파일럿규모의기술개발과제를수행하고있는상태이다 핵심이슈분석산업공정기술은선진국에서기술이전을꺼리고있어기술도입이사실상불가능하며, 순수국내기술로개발하기에는민간기업의부담이크기때문에국가적차원의육성책이필요하다. 건물에너지기술은다양한자재, 핵심부품 / 모듈기술, 운영관리시스템기술, 건물전체의설계및시공등수직계열화된여러기업들이함께경쟁력을가지고긴밀히협력해야만경쟁력우위가가능하다. 에너지다소비기기인공업로시스템은연소설비의효율향상에의한이산화탄소발생량저감과발생이산화탄소의처리가필수적인시점이되면산소연소공업로시스템에대한수요는급증할것으로예상된다. LED 조명기술의경우해외에서는 Philips, Osram, GE 등세계적인조명업체가참여하고있지만국내에는기존조명업체의영세성으로글로벌경쟁력을갖춘업체의육성이필요하며, 대기업과중소기업이상생협력하여글로벌경쟁력을확보해야한다. 국내에너지저장부문은전력에너지저장시스템개발육성을위한업체및시스템운용과인적자원이부족하며, 정부차원의산업육성에대한정책이미흡한실정이다. 청정연료분야에있어서는석탄수요자인발전, 철강회사외에는석유와가스에지나치게의존하기에유가상승시산업전반에큰영향을받을수밖에없는구조이다. compact GTL 기술의경우제한된공간에공정을배치하기위한공정단순화및효율극대화를위한연구가매우중요하며, 궁극적으로는 compact GTL을위한마이크로반응시스템이나 ITM reforming 기술의상용화가요구된다. 267

274 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 에너지효율산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점 SWOT 분석을통한전략적시사점 내부역량 외부환경 Opportunity - 고유가및기후변화규제강화 - 에너지효율산업의시장전망밝음 - 기후변화에대응할수있는 CO 2 저감필요성확대 - 첨단산업공정의원천기술미비 - 반도체, 디스플레이, IT 등국내관련산업활성화 Threat - 선진업체에서의전략적시장공략으로세계시장진입장애 - 선진국의기술장벽에의해후발주자시장진입어려움 - 선진국의주요관련분야참여및종속화우려 - 에너지효율에대한인식부족 - 선진국의원천기술이전회피 Strength Weakness - 고성능설비운전경험보유 - 국내소재및부품산업발전 -종합적 건설기술 확보 및 정보통신 기술개발 인프라 확보 -에너지절약효과 기술의 경 쟁력확보 - 국가적차원의지원증대 - 국내기술력이부족 - 전문엔지니어부족 - 시스템운영기술의서비스산업화기반취약 - 일부소재및부품기술력부족으로해외의존도높음 - 표준화규격, 기준관련정부의가이드라인미흡 S-O 전략 - 국내중공업의높은기술력및엔지니어링의플랜트설계경험활용 -대기업의 공격적 투자로 거대시장 선점 -표준화 시스템 및 IT강국으로 수출 모색 - 이머징시장에대한초기시장진입을통해시장선점 W O 전략 - 필요시중간진입역설계활용 - 해외업체와전략적제휴추진 - 부품소재의원천기술확보 - 조기사업경쟁력확보를위한자원의선택과집중 - 에너지절약및표준화시스템개발 S T 전략 - 핵심분야특성화개발로경쟁력확보 - 국내시장성공후세계시장진출 -국내의 시스템 기반과 서비스 역점 강화 - 국가적차원의원료자원확보노력 -Incentive 제도의도입을통한수요유도 / 산업발전선순환유도 W T 전략 - 미국, 일본등해외의선두업체와의전략적기술제휴 - 내부역량확보를위한산학연협동연구추진 - 상대적후진국시장공략우선전략 - 첨단산업분야엔지니어링육성 - 에너지운용계획의효율성확보 핵심이슈해결방안에너지다소비산업공정기술개발은정부주도로추진하고, 대기업과중소기업의공동연구개발이필요하다. 정부는대형공정기술개발을국가주도로추진하며, 각종세제및지원제도를강화하고, 대기업은기술의신뢰성을확보하기위해대기업의기술인력및운전경험을토대로시장을창출하며, 중소기업은관련대기업과공동연구개발추진으로신뢰성및활용도를제고해야한다. 건물에너지부문은건물에너지절약을위한스마트빌딩기술고도화및보급활성화를위하여효과적인민관협력체계구축을통한핵심기술개발추진및관련법 / 제도의마련이필요하다. 정부는기술수준의세계화를위한기술개발지원및관련법 / 제도의개선추진과세계적원천핵심기술확보를위한기술개발지원확대, 스마트빌딩실증사업확대를통한개발기술의실증지원그리고민관위원회구성을통한스마트빌딩보급확대를위한건물에너지규제방안마련및신축건물관련법 / 제도개선이필요하다. 한편기업은스마트빌딩의보급확대및 268

275 Ⅵ. 에너지효율 세계시장진출을위한기술개발및관련대기업 / 중소기업간의협력을강화한다. 세부내용으로스마트빌딩의핵심부품및소재기술로서고효율창호및초단열건물외피기술의개발및효율적인건물에너지통합제어관리기술의확보와지열, 히트펌프기술과결합된고효율냉난방공조시스템기술의경쟁력강화, 도입초기단계에있는건물용태양광시스템등신재생발전시설들을효과적으로고려한계통연계형에너지관리기술과 DC 배전기술등을유기적으로결합한미래형건물에너지관리기술의확보그리고정부의관련법 / 제도마련정책추진에적극협력하여국내의스마트빌딩산업활성화를추구하고, 이를기반으로개발도상국등에시장진출을도모한다. 에너지다소비기기의경우공업로, 보일러, 건조기, 히트펌프등열기기에대하여정부주도로대기업과중소기업의공동연구개발추진및각종인센티브부여로실용화기술보급활성화를촉진한다. 이를위해정부는고효율설비적용시투자비일정액지원등의제도를운영하고, 대기업은기술인력및운전경험을중소기업과공유하여기술의신뢰성및적용성을확보하는노력이필요하다. 전동기, 조명기기등전기기기의경우대기업과중소기업의상생시스템을구축하고반도체조명 (LED, OLED) 은 R&D 집중 투자로핵심기술을확보하여국제표준화를선도한다. 세부방안으로정부는인력양성 / 기업지원시스템구축및 R&D 지원확대를실시하고, 반도체조명에대해서는공공부문시장선도및민간수요확대를위한정책적지원이필요하다. 대기업은건물에너지관련 IT기술등을접목한융복합기술개발및지원을확대하고, 고효율저가형의혁신적인반도체조명개발을통한브랜드창출로시장을주도하며, 중대형에너지저장기술개발및에너지저장기술의활성화를도모한다. 중소기업은핵심부품소재개발 / 생산및고부가가치고품격디자인제품개발을실시한다. 에너지저장부문은국내산학연이연계한핵심부품및구성품국산화개발추진으로중대형에너지저장기술을확보하고, 중대형에너지저장기술활성화를위한정책적지원강화가필요하며, 신재생에너지보급확대를위해신재생에너지와연계된에너지저장시스템의신재생에너지카테고리화및 RPS 제도권내에포함시키는정책추진이필요하다. 청정연료부문에대해정부는저등급석탄확보를위해자원보유국과의자원외교를지속적으로추진하고, global 경쟁력확보가가능하도록기반기술의도입및개선등중간진입개발전략과차별화된핵심요소기술확보에정책적인지원이필요하다. 일본의경우석탄관련정부기구인 JCOAL(Japan Coal Energy Center) 를운용하면서연구개발, 해외인력양성사업, 기업의해외진출에대한플랫폼역할, 국제협력을총괄하여체계적으로청정석탄기술을보급하고있어우리나라도이러한역할을할수있는정부기구창설이필요하다. 대표적사례로 2010년몽골저등급석탄활용시대기환경개선, 대가로광권확보, 고품위화및가스화 / 액화기술의시범지역으로활용한다. 정부주도의공사와민간기업상생시스템구축및 R&D 추진으로경쟁력있는 compact GTL 상업화를선도한다. 이를위해정부는일본의 JOGMEC project와같이원천기술확보및과감한실증화사업을지원하고, 공기업은 compact GTL 기술을통한한계가스전확보및개발을추진하며, 사기업은 GTL 다운스트림사업화와 GTL EPC 사업화를위한연구개발에참여한다 에너지효율산업의 2020 비전및목표 2020년까지에너지효율산업의일류제품 / 기술개발을통한세계 5대강국도약 - 첨단산업공정 : 세계 5대선도국가달성 - 스마트빌딩 : 세계 4대그린빌딩기술선도국가달성 269

276 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 - 차세대공업로시스템 : 세계 5대강국으로도약, 수출경쟁력확보 - 반도체조명시스템 : 고효율반도체조명세계 1위달성 - 중대형에너지저장 : 에너지저장시장에서시장점유율 1위달성 - 저등급석탄가스화및 compact GTL 플랜트 : 세계 5대선도국가달성 < 그림 1> 에너지효율산업의비전및목표 3.3. 에너지효율산업유망제품 / 기술 에너지효율산업유망제품 / 기술선정기준에너지효율산업에서는 < 그림 2> 에나타낸것처럼고효율화를통한에너지절약및파급효과, 기후변화대응친환경성을고려한기술경쟁력이우수한수출상품 / 기술을도출하고자하였다. 또한 < 그림 3> 의시장규모, 성장성, 파급효과등을고려한산업매력도와기술성, 사업화, 경쟁력등의적합성을종합적으로고려하여에너지효율산업분야의유망제품 / 기술을선정한다. < 그림 2> 유망제품 / 기술선정기준 270

277 Ⅵ. 에너지효율 < 그림 3> 유망제품 / 기술선정 에너지효율산업유망제품 / 기술도출가. 유망제품 / 기술 - 초저온가스분리플랜트 - 중질유고품위화시스템 - 스마트빌딩 - 차세대공업로시스템 - 반도체조명시스템 - 중대형에너지저장시스템 - 저등급석탄가스화플랜트 - Compact GTL 플랜트 나. 유망제품 / 기술의정의초저온가스분리플랜트는초저온 (-150 이하 ) 에서가스의액화와분리가이루어지는초저온부분과가스압축, 흡착, 촉매반응, 열교환등의가스전처리가이루어지는상온부분으로이루어지는플랜트산업을의미하며, 요소기술로서가스압축, 진공, 단열, 저온공학, 플랜트엔지니어링등이있다. 중질유고품위화시스템은고유가위기및경질원유고갈에대비하여매장량이풍부하고저가확보가가능한천연역청, 초중질원유, 오일셰일, 감압잔사유등과같은초중질유분으로부터합성원유, 고부가석유화학원료를생산할수있는촉매, 반응기, 분리, 엔지니어링등일련의공정기술이다. 스마트빌딩은친환경저에너지건축기술, 고효율공조기술, IT기술에기반한건물에너지통합제어관리기술을접목하여사용에너지의감소, 인간건강의향상, 환경오염의감소를구현한고효율고기능의첨단건물을의미한다. 271

278 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 차세대공업로시스템은금속, 기계가공, 전기전자, 세라믹, 요업, 화학공업및환경분야등에서용해, 제련, 각종열처리, 열간가공, 소성, 가열, 소각등의공정과관련된가열장치를통칭하며, 차세대공업로는산소제조장치, 공업로 ( 연소로 ), 연소가스 CO 2 의회수공정, 폐열회수기술등이일체화된 CO 2 회수형산소연소공업로로발전할것으로예상된다. LED 조명은 LED 광소자, LED 조명, LED 응용 ( 융합 ), 기타 LED 조명용부품소재산업및 LED/ 응용제품제조장비산업을포함하며, OLED도조명응용을목표로 R&D가진행중이다. 에너지저장시스템은전기, 열등다양한형태의에너지원을저장하는장치, 시설을말하며에너지이용효율향상, 신재생에너지활용도제고및전력공급시스템안정화를위해사용된다. 저등급석탄가스화플랜트는매장량은풍부하지만, 낮은발열량으로사용이제한되고있는저등급석탄을이용하여고효율가스화플랜트를개발하고이를이용한 poly-generation, 즉전기, 메탄올, 올레핀등을생산할수있는기술이다. Compact GTL기술은천연가스로부터액상의합성석유를생산하는화학공정기술이며, 공정및장치를콤팩트화 모듈화하여작은규모에서도경제성이있으면서효율이높아중소규모가스전에적용이용이한 GTL을의미한다. 272

279 Ⅵ. 에너지효율 4 산업전략 4.1. 에너지효율산업전략 초저온가스분리플랜트초저온가스분리플랜트의대표적장치인 ASU(Air Separation Unit, 심랭식공기분리장치 ) 는 IGCC, Oxyfuel Combustion, SNG, GTL, 순산소가열로등에산소를공급하기위한필수설비다. 국내가동중인 ASU는전량해외에서수입되고있고가격은 IGCC를비롯한모든국내 CCS 관련산업경쟁력에큰영향을미치고있다. ASU의국산화는국가프로젝트로진행중이거나진행할가능성이큰 Oxyfuel Combustion, 순산소가열로등과연계하여진행하는것이바람직하다. 초저온플랜트는대규모장치산업이므로개발초기에는국가의지원이필요하며, 국산화가되면 ASU 단독혹은관련산업과연합으로해외진출이가능하다. 또한최근수소수요의증가와더불어수소의대량생산, 대량저장과이송이필요해지고있다. 저온액화방식의수소플랜트는대량의수소를효과적으로분리, 저장, 이송하는데유리하며관련파생기술은우주항공및초전도, 핵융합등에사용된다. 따라서미래핵심기술의하나인액체수소플랜트기술개발을이들저온산업과연계하여개발하는것이미래첨단기술확보측면에서도바람직하다 중질유고품위화시스템중질유고품위화시스템은향후고유가시대에세계적으로많이설치될플랜트로서중질유생산및수송기술, 합성원유생산기술, 석유화학원료생산기술등의원천기술을산학연공동연구로조기확보하고, 상용화를보다효율적으로추진하기위해해당기업간제휴또는공동개발을유도한다. 개발된기술을국내기업이나석유공사가확보한중질유유전및정유공장에적용하여실증을한후에해외시장을공략한다 차세대공업로시스템높은설비투자비용이요구되는관계로 end user 중통상의가열로에대한운용관리기술력을확보하고있는국내대기업이참여하여공업로제작업체와공동으로연구개발을추진하고개발된기술의현장실증을통하여신뢰도및적용성을검증한다. 이러한국내에서의적용 / 실증경험을확보후해외시장, 특히아시아시장을공략하는것이바람직하다 반도체조명시스템반도체조명 (LED, OLED) 의초고효율화및정부의저탄소ㆍ녹색성장정책에맞추어전반적인부품소재기술의균형적발전전략수립을위한광소자, 조명기기및시스템, 융합기술등의핵심원천기술에대한집중투자가필요하다. 또한국가성장산업으로의육성및글로벌시장을주도하기위하여국제표준화의선도적역할을위한정부차원의지원과주도적역할이필요하다 스마트빌딩 신재생에너지, 스마트그리드, 에너지저장등의주요연관기술군과의적극적공동연구를통하여그린빌딩을구현하기위한기술들을다각적으로확보하며, 고급 IT 기술을접목한저가보급형건 273

280 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 물제어모델분야의기술력향상을도모한다. 반도체조명, 고효율공조, 고단열소재등스마트빌딩의구현에필요한핵심고효율부품 / 모듈기술들을강화하고, 선진국과개발도상국에의차별화된수출전략을통한세계시장점유율확대방안을수립한다 중대형에너지저장시스템세계에너지저장산업을선도하기위해서는대상시장의급성장이예상되는장주기대용량에너지저장장치를개발아이템으로선정하여 2020년도시장점유율 1위달성을위해체계적인사업추진체계수립이필요하다. - 국산화를위한기술개발사업, 사업화를위한실증사업, 국내관련시장활성화를통한선순환 ( 기술개발 시장수요증가 공급가하락및다양한응용개발 제품경쟁력향상 ) 유도를위한정책적지원을병행추진한다 저등급석탄가스화플랜트저등급석탄의고품위화와고품위화된석탄을이용하여 1) 석탄가스화를통한전기생산 (IGCC), 2) 합성석유, 합성천연가스생산, 3) 메탄올과올레핀등화학제품생산을위해관련기업 (SK 이노베이션, GS Caltex, POSCO) 및탄광을보유하고있는외국정부와의협력추진체계마련이필요하다. 저급석탄의수요가증가하고, 거래가활발해지면서가격이급상승하고있고, 또한저등급석탄보유국에서는고품위화기술을도입하려고하고있는상태이므로해외저등급석탄광확보를위한정부와기업의협력과자원외교강화가매우필요하다. 기업을중심으로현재추진중인저등급석탄가스화청정연료사업을보다효율적으로추진하기위해해당기업과정부의효율적인역할분담이요구된다 Compact GTL 플랜트단기적인산업전략으로는연구개발을통하여 GTL 핵심기술을확보하고이를외국기술과접목하여해외 GTL 플랜트건설사업에국내플랜트 EPC( 플랜트설계ㆍ조달ㆍ시공일괄수행 ) 업체가동참하는방식으로플랜트시장에진입하는것이유효할것이다. 중기적으로는원료전처리기술과 FT합성유후처리기술의효율향상기술을개발하고, 이를기확보한 compact GTL 핵심공정기술과접합시켜패키지화함으로써해외유전에적용가능한패키지기술로개발하는전략이필요하며, 장기적으로는 compact GTL FPSO 플랜트기술을상용화하고이를이용하여해외가스전개발에활용하는전략을펴는것이바람직하다 유망제품 / 부품별전략과제 초저온가스분리플랜트의전략과제초저온가스분리플랜트개발은초기투자비가많이들기때문에민간기업단독으로수행하기에는리스크가크다. 따라서국가의 R&D 프로젝트자금을지원받아추진하거나민관콘소시움구성, 혹은 project financing을통해재원을조달하는것이바람직하다. 또한개발시제품의활용 274

281 Ⅵ. 에너지효율 을위해서는가스 ( 산소 / 질소 / 수소 ) 를사용하는대형국책과제사업과연계하여진행하는것이유리하다. 개발된장치의보급을활성화시키기위하여초기에는장치도입회사에대한정책자금지원이나, 장치제작시사용하는수입기자재에대한면세혜택확대등과같은정부차원의지원책이절실하다 중질유고품위화시스템의전략과제중질유고품위화시스템은범용적으로활용되지않는산업화초기단계로서고효율기술개발을위하여다양한연구가진행되고있다. 우선개발되어야할전략과제로서오일샌드등의비재래형유분에서역청 ( 비튜멘 ) 추출기술, 비튜멘을고부가화하여합성원유를생산하는기술, 합성원유에서석유화학원료생산기술, 중질유의탈산, 탈금속등처리기술, 잔사유가스화기술이있다. 그리고이분야의최종제품은플랜트이므로산학연공동으로원천기술을개발하고개발된기술을스케일업하여실증하는데는연구비가많이소요되므로정부와기업들의콘소시엄으로기술을개발하는것이바람직하다 스마트빌딩의전략과제태양광, 풍력등신재생에너지원과연계된미래형건물에너지통합제어관리기술을확보하며, 고효율히트펌프기술에기반한고효율공조시스템기술및고단열성, 저가의건축자재기술을확보함으로써관련소재 / 부품 / 모듈및시스템운영기술까지의전방위적기술및제품의글로벌인지도를확대한다. 또한보급활성화를위한법 / 제도를마련함으로써스마트빌딩의시장확대여건을조성한다 차세대공업로시스템의전략과제운전경험과기술력을확보하고있는대기업과제작업체의공동연구개발추진을통해기술신뢰도및적용성을확보하고에너지고효율과친환경기술임을강조하여시장을확대하는한편, 정부는고효율친환경의공업로보급확산을위한제도적인지원을강화할필요가있다 반도체조명기기의전략과제반도체조명기기의저가격화, 고효율화및구조안전성을확보를위한부품소재원천기술개발과융 복합를위한원천기술개발이필요하다. 또한 IT기술과의결합을통한통신및제어시스템을개발하고고품격의디자인및고품질, 고부가가치의반도체스마트조명시스템개발이필요하다 중대형에너지저장시스템의전략과제기술개발전략에서 CAES의경우는상부기계설비및하부지하저장설비개발, RFB의경우는소재및스텍개발, 시스템개발이정부주도사업으로추진이필요하다. 사업화전략은높은신뢰성을확보하기위한장기실증시험을통한사업화추진이필요하다. 정책및제도개선은향후신재생에너지를보급 / 확대시키기위해중대형에너지저장시스템의연계가필수적이나, 현시점에서에너지저장시스템의자체경제성이확보되지못하는실정으로신재생에너지와연계된에너지저장시스템의경우신재생에너지카테고리화등의정부정책및제도개선을통해에너지저장시스템산업을육성할필요가있다. 275

282 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 저등급석탄가스화플랜트의전략과제최근의석탄가격상승으로인해현재는저등급석탄보유국과의정책협력이절실히요구되는시점이며, 특히기업을중심으로현재추진중인저등급석탄고품위화및석탄가스화청정연료사업등기업의프로젝트지원이요구된다. 이를위해서구체적으로석탄이용기술에대한 R&D 실증단지구축이필요하며민관컨소시엄을통해정부와기업의 project financing과함께세제혜택등정책적배려가요구된다. 현재수행중인저등급석탄고품위화, 합성석유생산, 합성천연가스등생산품을사용하기위한법적제도적정비필요하다 Compact GTL 플랜트의전략과제 Compact GTL 플랜트의전략과제로는 GTL 마이크로반응시스템원천기술개발, 마이크로반응시스템을이용한리포머및촉매개발, 마이크로반응시스템을이용한 F-T 합성반응기및촉매개발, compact GTL 통합공정설계기술개발, compact GTL 모듈화기술개발, GTL/FPSO 설계기술개발 등을고려하는것이바람직하다. 276

283 Ⅵ. 에너지효율 5 기술전략 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출 유망제품 / 부품육성을위한필요기술 List 가. 초저온가스분리플랜트 - 초저온공정설계기술 - 초저온재료제조기술 - 고압기술 - 단열기술 - 진공기술 - 초저온플랜트제작및시공기술 - 플랜트자동화기술 - 가스전처리기술 ( 압축, 냉각, 흡착기술 ) - 초저온증류기술 ( 증류공정설계, internal 설계제작기술, 증류탑제작기술 ) - 가스안전기술 나. 중질유고품위화시스템 - 급속열분해플랜트 - 슬러리촉매반응플랜트 - 분자관리에기반한분리기술 - 탈알킬화기술 - 다고리방향족고도화기술 - 고탄소유분활용기술 - 촉매기술 - 유동층반응기술 - scale-up 설계기술 - 공정제어기술 - 열전달기술 다. 스마트빌딩 - 환경친화형설계기술 - 초단열소재, 창호등에기반한건물외피시스템기술 - 태양열, 풍력, 연료전지등신재생에너지이용기술 - 소형열병합, 히트펌프등열원설비기술에기반한고효율공조시스템기술 - LED 등차세대광원에기반한고효율조명기술 - 스마트그리드와연계한에너지저장시스템기술 - 고효율 BEMS 및운영관리기술 - 리노베이션기술 라. 차세대공업로시스템 - 저NOx 산소연소연소기 - 산소연소전용각종공업로본체설계기술 ( 가열로, 단조로, 열처리로, 용해로등 ) - 고효율전열기술 - 지능형연소제어기술 - 대용량산소제조설비 - CO 2 압축, 액화설비 - 배열회수설비 - 열이용또는전력변환기술 - 요소기술을통합한시스템기술 277

284 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 마. 반도체조명시스템 - 형광체신기술을통한고효율 / 고기능 / 고연색성 LED - LED 조명용핵심부품의가격화 / 고신뢰성양산기술 - LED 조명용경량ㆍ고방열소재개발및디자인고급화 - 융합기술고도화, 고기능화, 지능감성형시스템기술 - 융합기술고도화, 고기능화, 지능감성형시스템기술 - LED조명시스템의신뢰성평가및표준화기술 - 색가변, 투명, Flexible OLED 광원기술 바. 중대형에너지저장시스템 - 대용량증속기어형공기압축기 - 지상압축 / 발전기술 - 지하 / 지하시설 packaging 기술 - 고에너지밀도소재기술 - 장기수명및고안정성기술 - 스텍 / 모듈기술 - 저장시스템의최적운전기술 - 에너지저장시스템표준화기술 사. 저등급석탄가스화플랜트 - 저등급석탄고품위화기술 - 저등급석탄의고효율 / 저탄소가스화기술 - 합성가스전환기술 - IGCC 공정기술 ( 설계 / 운전 ) 아. Compact GTL 플랜트 - 금속박판적층에의한마이크로채널리포머구성기술 - 열전달극대화를위한다공성금속플레이트개질촉매 - 개질기-분리막 연계 F-T 반응용원료가스공급시스템 - F-T 합성용고효율마이크로반응시스템 - 마이크로 F-T 반응기용열교환기설계기술 - GTL 통합플랜트설계기술 - GTL/FPSO 설계기술 278

285 Ⅵ. 에너지효율 유망제품 / 부품육성을위한전략기술도출 가. 초저온가스분리플랜트 - 초저온공기분리기술 - LNG 제조기술 - LH2 제조기술 - LHe 제조기술 - 초저온및초전도기술 - 가스액화및증류기술 나. 중질유고품위화시스템 - 급속열분해플랜트 - 슬러리촉매반응플랜트 - 분자관리에기반한분리기술 - 탈알킬화기술 - 다고리방향족고도화기술 - 나노촉매기술 다. 스마트빌딩 - 건물에너지통합제어관리기 - 고효율공조시스템기술 - 초단열건물외피기술 라. 차세대공업로시스템 - 산소연소기술 - 공업로엔지니어링기술 - 산소제조기술 - CO 2 농축, 회수기술 - 배열회수이용기술 마. 반도체조명시스템 - 저가형고효율칩 / 패키징기술및관련장비국산화 - 선진사특허대응, 핵심원천기술및신소재개발 - 방열 / 광학 / 기구 / 회로등조명기기핵심기술 - 조명시스템의신뢰성평가기술및국제표준화기술 - 에너지절감형 IT, BT, NT 융ㆍ복합기술 - Flexible OLED 광원및감성조명기술 바. 중대형에너지저장시스템 - CAES 지상장비운용기술 - 지하장비운용기술 - 엔지니어링기술 - 에너지저장소재기술 - 스택및모듈기술 - PMS 기술 사. 저등급석탄가스화플랜트 - 저등급석탄고품위화기술 - 저등급석탄의고효율가스화플랜트공정기술 아. Compact GTL 플랜트 - 핵심반응기및촉매기술의국산화 - 선진사특허대응, 핵심원천기술및신촉매개발 - 고효율플랜트통합설계기술확보 279

286 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5.2. 전략기술확보방안에너지효율산업에서국내. 외산업의파급효과가큰중점육성대상기술을선정하고대기업을중심으로한산학연컨소시움을구성하여선택과집중을통한경쟁력있는기술개발사업을추진하며, 대규모자금이필요한실증사업등은정부의중점지원방안이필요하다. 핵심기술개발에서원천기술확보가용이한경우는순수국내전문가를활용한핵심기술및특허등의원천기술을확보하고, 상대적으로원천기술확보가어려운첨단기술이융합된분야의경우는관련해외선진기업과전략적제휴를통해중간진입을통한조기사업화전략이필요하다. 에너지효율산업의첨단기술개발을위해서는장기적인관점에서산학또는산연간의기초인력양성이필요하다. 특히, 중소기업의핵심소재및장비의국산화를위해서는대기업및연구기관의고급전문인력등을활용한대기업과중소기업의상생협력추진이요구된다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 초저온가스분리플랜트의 R&D 전략과제 국내엔지니어링기업이참여한기술및상품개발 - 초저온가스분리공정개발 - 초저온가스분리장치제작기술개발 - 자동화기술개발 중질유고품위화시스템의 R&D 전략과제 급속열분해플랜트 슬러리촉매및슬러리반응플랜트 분자관리를기반한분리기술 다고리방향족고도화기술 고탄소유분활용기술 스마트빌딩의 R&D 전략과제 고급 IT기술을접목한지능형건물통합제어시스템개발 고효율공조용핵심부품및모듈기술개발 고단열성, 저가의건물외피및창호기술개발 차세대공업로시스템의 R&D 전략과제 요소기술이통합된산소연소차세대공업로시스템개발 - 산소연소기술 - 공업로엔지니어링기술 - CO 2 농축, 회수기술 - 배열회수이용기술 반도체조명시스템의 R&D 전략과제 저가형고효율칩 / 패키징기술 방열 / 광학 / 기구 / 회로등조명기기핵심기술 280

287 Ⅵ. 에너지효율 조명시스템의신뢰성평가기술및국제표준화기술 에너지절감형 IT, BT, NT 융복합기술 - 조선, 의료, 농업, 수산등고부가가치창출을위한원천기술 Flexible OLED 감성조명개발기술 중대형에너지저장시스템의 R&D 전략과제 CAES 개발 : 대용량공기압축기, 연소기, 시스템운용기술, 터빈해외공동개발 RFB 개발 : 소재, 스텍 / 모듈, PMS(Power Management System) 자체개발 저등급석탄가스화플랜트의 R&D 전략과제 저등급석탄고품위화기술개발 저등급석탄가스화플랜트개발 Compact GTL 플랜트의 R&D 전략과제 원천기술개발 : Compact GTL 기술및 GTL-FPSO 기술개발 상용화기술개발 : Compact GTL 공정기술및 GTL-FPSO 설계기술개발 281

288 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 6 에너지효율산업비전체계도 에너지효율산업시장점유율 10% 및매출 1,300 억불달성 - 수출 20 년 610 억불 - 고용 20 년 750,000 명 282

289 Ⅵ. 에너지효율 < 참고문헌 > 1 강정화, 안상술 (2010), LED 및 OLED 산업동향보고서, KOREA Eximbank. 2 김용찬 (2010), 건물에너지관리시스템 (BEMS) 특성및기술개발동향, 냉동공조컬럼, 한국냉동공조협회. 3 김중배 (2009), LED의이슈및기술동향 ( 전자통신동향분석 ), 한국전자통신연구원. 4 ( 사 ) 벤처기업협회 (2009), 그린 SW 기술및시장동향 - Smart Building 분야. 5 산소제조업체및공업로업체 Website 및특허 / 기술자료 : Linde, Air Liquide, Praxair, Air Product & Chemicals, Chugairo, Fives group 등. 6 산업자원부 (2004), 공업로기술연구회활동보고서. 7 산업자원부 (2005), 에너지자원합리화기획단공업로분과활동보고서. 8 유영문 (2009), LED 조명세계일류화를위한부품소재동반성장전략, 한국광기술원. 9 윤형도 (2009), 친환경고효율 LED 산업동향및향후전망, 전자부품연구원. 10 에너지경제연구원, 국가에너지절약및효율향상추진체계개선방안연구. 11 에너지관리공단 (2007), THE-7 연구기획분석보고서 ( 공업로분야 ). 12 일본경제산업성, 일본기술전략 Map 2009 ( 에너지분야 ). 13 전기원 (2007), Fischer-Tropsch 합성기술동향, 나이스 ( 화학기술정보지 ) 25, 전황석, 허필선 (2010), LED 조명산업구조분석 ( 전자통신동향분석 ), 한국전자통신연구원. 15 정동수 (2007), GTL 합성유의차량적용, 나이스 ( 화학기술정보지 ) 25, 정보통신산업진흥원 (2008), "LED 및광산업분야중장기기술로드맵. 17 주현규, 김학주, 양정일, 윤재경, 정헌 (2007), "GTL을위한리포밍기술, 나이스 ( 화학기술정보지 ), 25, 지식경제부 (2009), 그린E 전략로드맵보고서 - 청정연료. 19 지식경제부그린에너지로드맵 (2009); 청정연료. 20 지식경제부성장동력실 (2008), LED 신성장동력화발전전략. 21한국광기술원 (2008), 친환경에너지절감형 LED 조명기술개발사업 시장분석자료. 22한국광기술원 (2009), "LED 조명정부정책과기술및시장동향. 23한국산업기술진흥원 (2010), LED 조명부품소재기술혁신연구, 지식경제부. 24한국산업기술진흥원 (2010), 2010 지식경제통합기술청사진. 25한국에너지기술평가원 (2010), 건물에너지효율향상을위한최적시설관리시스템개발 상세기획보고서. 26한국에너지기술평가원 (2009), 그린에너지전략로드맵. 27 American Iron and Steel Institute (2003), "Steel Industry Technology Roadmap Barriers and Pathways for Yield Improvements". 28 B. W. Daniels (2005), "Energy-efficiency Opportunities for the Dutch Energy-intensive Industry and Refineries towards 2020", ECN-l Report. 29 EIA (2005), "Assessment of Selected Energy Efficiency Policies". 30 ERIA( 일본아시아경제연구소 ) project report (2010), "Low Rank Coal Utilization". 31 "European Commission Energy Efficiency Legislation", ( 283

290 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 32 Frank Kreith and D. Yogi Goswami, "Handbook of Energy Efficiency and Renewable Energy", CRC Press. 33 GTL Summit Conference 자료 (2008). 34 GTLtec Conference 자료 (2007, 2008). 35 H. Schulz (1999), "Short History and Present Trends of Fischer-Tropsch Synthesis", Applied Catalysis A 186, H. Schulz (2003), "Major and Minor Reactions in Fischer-Tropsch Synthesis on Cobalt Catalysts", Topics in Catalysis. 26, IEA (2007), Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2 Emission". 39 IEA, Energy Technology Perspective 2008 : Scenarios and Strategies to IEA (2009) Energy Outlook. 41 IEEJ( 일본에너지경제연구원 ) (2009), Asia & World Energy Demand. 42 J. Font Freide, T.D. Gamlin, C. Graham, J. R. Hensman, B. Nay, C. Sharp (2003), "An Adventure in Catalysis: the Story of the BP Fischer-Tropsch Catalysts from Laboratory to Full-scale Demonstration in Alaska", Topics in Catalysis 26, J.H. Jang (2009), "Coal Demand and Supply Outlook in Korea", 2009 APEC-EGCFE technical & Policy Seminar. 44 M.E. Dry (1990), "The Fischer-Tropsch Process - Commercial Aspects", Catalysis Today 6, M.E. Dry (1996), "Practical and Theoretical Aspects of the Catalytic Fischer-Tropsch Process", Applied Catalysis A 138, M.E. Dry (2002), The Fischer Tropsch process: , Catalysis Today 71, P.G.M. Boonekamp (2006), "EC Energy Savings Target - Analysis of 20% Cost-effective Energy Savings in the Green Paper on Energy Efficiency", ECN-E Report. 48 US DOE (2001), "Steel Industry in the Future", Office of Industrial Technologies. 49 6th Annual Gas-to-Liquids Technology & Commercialization Conference (GTLtec Doha 2007) Jan ,

291 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 전력 스마트그리드 Ⅶ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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293 Ⅶ. 전력 스마트그리드 1 전력 스마트그리드산업의본질및패러다임변화 1.1. 전력 스마트그리드산업의정의및중요성 전력 스마트그리드산업의정의전력 스마트그리드산업이란전기의생산, 저장, 수송및이용에관련된일체의산업을말한다. 즉, 공급자가생산한전기를전력망을통해수송하고, 소비자는수송된전기를이용하는일련의과정에관련된산업이다. 이와같이전력 스마트그리드산업은발전, 송전, 배전등으로구성되어있으며, 산업의중추 (backbone) 역할을하는기반산업이라할수있다. 발전송전배전소비자 < 그림 1> 전력 스마트그리드산업공급사슬 전력 스마트그리드산업의중요성미국 EIA(Energy Information Administration) 의 2010년보고서에따르면에너지소비는 2035 년까지현재소비량보다약 20% 정도증가할것으로예상되며, 최종에너지원으로전기가차지하는비율이계속높아질것으로예상된다. IEA(International Energy Agency) 의 2008년보고서에따르면 2030년까지전세계의전력산업분야누적투자는약 $18조에이를것으로전망되고있으며, 우리나라도전력산업을미래성장동력으로전망하고있기에경쟁력을지속적으로강화시키고있다. 우리나라의 GDP 대비온실가스배출량은 OECD 국가평균치의 1.6배수준 (UNFCCC 국가보고서, 에너지경제연구원, 2008) 으로써국가온실가스목표 ( 20년까지 BAU 기준 30% 감축 ) 달성을위해서는저탄소녹색성장의기반이되는전력인프라의증가가예상된다. < 그림 2> 녹색성장위원회스마트그리드로드맵 287

294 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 차세대전력산업으로써스마트그리드산업은전력은물론, 통신 가전 건설 자동차 에너지등산업전반과연계되어큰파급효과가기대되고, 반도체, IT의뒤를잇는신성장동력이될것으로전망되며, 우리나라의경우외국의전력시스템과는달리다른나라와의전력계통연계가없는단독전력시스템또는전력섬구조이기때문에외국과의전력계통연계를대비한직류송전, 대규모장거리송전분야의연구가필요하고, 고립된독립전력망에서의전력수요에대한안정적인전력공급방안연구가필요하다. < 표 1> 전력 스마트그리드산업세계시장규모 구분 전력산업 스마트그리드 내용 ㅇ '30 년까지누적시장규모 : 1 경 5,000 조원 - 발전시장규모 : 7,500 조원 - 송 배전시장규모 : 7,500 조원 * 출처 : World Energy Outlook 2008, IEA 2009 ㅇ미국시장 : ( 09 년 ) 23 조 5,000 억원 ( 14 년 ) 47 조원ㅇ세계시장 : ( 09 년 ) 76 조 2,000 억원 ( 14 년 ) 188 조 5,000 억원 * 출처 : Zpryme Research & Consulting Macro 환경분석 정치 / 정책변화 1992년 6월에범세계적으로기후변화협약을채택후, 1994년 3월에리우 UN환경개발회의가발효되었으며, 1997년에교토의정서를채택하여선진국에 1990년대비평균 5.2% 의이산화탄소감축목표를부과하였으며, 현재이산화탄소배출량의약 41% 를차지하고있는전력산업측면에서도이산화탄소감축을위해신재생에너지원의대규모도입등이요구되고있어이에따른전력산업의변화가세계적으로촉발되고있다. 우리나라는 1993년 12월기후변화협약에가입하였으며, 이산화탄소감축노력에적극동참하고있는데최근세계각국이자원민족주의와국유화경향을뚜렷이하면서에너지확보전은더욱치열해지고있다. 한국은세계 9위의에너지소비국으로사용에너지의 97% 를수입에의존하고있어국내시장완충작용이허약한상황으로, 이에에너지분야전문가들은안보차원에서다각도의수급안정방안을마련해야한다는의견을제시하고있다 거시경제환경변화 에서언급된기후협약에의해탄소배출권이생기게되어, 각국간에탄소배출권거래가이루어질수있게됨에따라서이산화탄소배출량에따라경제적으로손실을볼수도있고, 이득을볼수도있게된다. 석탄, 석유자원의고갈이예상됨에따라, EIA의예상시나리오에따르면 2035년에는현재유가의 2배에달할것으로보고되고있고최악의시나리오의경우세계평균유가가현재의 3배에달하게될것이라고예측하고있다. 288

295 Ⅶ. 전력 스마트그리드 사회환경변화 IEA의발표에따르면, 고령화, 의료수준의향상등에의해 1980년대에비해 2000년도에는세계의인구가 17억명정도증가하였으며, 2020년경에는다시 14억명정도증가할것으로예상되고또한과거에비해도시화가가속됨에따라전력소비는기하급수적으로늘어 1980년경 8,300 TWh 이었지만, 2000년경에는 15,400 TWh, 2020년경에는 27,000 TWh가될것으로전망되고있다 기타위에서언급한환경의변화등에의해전력산업은각종새로운에너지원의도입뿐아니라전력사용급증으로인한대규모설비도입을위한준비가필요하며현재의전력시스템으로는위와같은변화를수용할수없기에미래의전력환경에부합될수있도록전력시스템의대변화를요구하는것이 스마트그리드 이다. 스마트그리드는크게 AMI/DR 기반의수용가참여, 전력망최적화, 재생에너지및분산자원통합솔루션등의파트로나누어질수있다 전력 스마트그리드산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망전력망업그레이드와함께풍력등신재생에너지원의통합관리, 전력에너지저장및송 배전지능화관련수요가지속적으로증대되고있다. 전통적인전력산업시장은 2030년까지연평균 2.5% 성장해누적시장규모약 1경 5천조원에이를것으로예상되며, 이중발전시장규모는 7,500조원, 송 배전시장규모는 7,500조원에이를것으로전망하고있다. 차세대스마트그리드시장은 2014년까지연평균 19.9% 성장해누적시장규모 190조원에이를것으로예상되는데, 이중센서및기기시장규모가 95조원, IT H/W 및 S/W는 44조원, 통신 H/W 및 S/W는 20조원, 스마트미터 H/W 및 S/W는 21조원이될것으로전망하고있다. HVDC 시장 (DC 송전, 배전 ) 은 2020년까지연평균 10.0% 성장해누적시장규모 75조원에이를것으로예상된다 경쟁동향분석 미국, 유럽, 일본, 중국등에서전력설비보강및신설수요에대한경쟁이치열하다. 뿐만아니라미국의 GRID2030, EU의 FP7, 일본의마이크로그리드개발프로젝트등스마트그리드추진계획발표및신성장동력으로육성하기위한계획이진행중이다. 현재미래전력산업주요기기사업의선도 / 경쟁업체로는 ABB( 스위스 ), SIEMENS( 독일 ), AREVA( 프랑스 ) 의유럽기업들이강세를보이고있으며, 시장의대부분을선점하고있는상태이다. 289

296 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 < 표 2> 전력기기주요경쟁업체현황 ( 자료원 : 2009 년, 기업별 Annual Report) 주요업체 ABB ( 스위스 ) SIEMENS ( 독일 ) AREVA ( 프랑스 ) 주요사업현황및전략방향 - 세계 1 위의전력기기선도기업 - 계약수주 30,969 건 - 매출 31,795 백만달러 - EBITA 4,126 백만달러 - 계약수주 78,991 건 - 매출 76,651 백만유로 - EBITDA 9,524 백만유로 (Industry, Energy, Healthcare, IT, Finance 통합실적 ) - 매출 8,529 백만유로 - EBITDA 584 백만유로 정책동향분석 미국은에너지자립, 노후전력망의현대화를통한경기부양을목표로경제회복및에너지안보법을제정하고 2003년 DOE(Department of Energy) 가 ' 스마트그리드 2030 비전 ' 을발표함으로써각주나전력회사, 수용가를대상으로자국의신전력산업을촉진시키고있다. 2009년부터전력망현대화에 45억불을투자할계획으로 2009년 2월미국회복과재투자법 (ARRA 2009) 을제정해전력망현대화에 1065억달러, 스마트그리드에 34억달러를지원하기로발표하였고연방정부는스마트그리드실증사업에 6.15억달러를추가로지원할예정이다. EU는신재생에너지증대및회원국연계에힘쓰고있는데 2020년까지전체온실가스배출량을 1990년대비 20% 감소, 에너지이용효율을 20% 향상, 신재생에너지보급비율을 20% 까지확대하는 기후및에너지패키지 (Climate and Energy Package) 법안을 2008년 12월통과시켰고, 2005년스마트그리드계획으로 5개연구부문, 19개세부과제를설정하고 7차 Frame Work에서 23.5억달러를에너지분야에배정하였다. 또한신재생에너지활용과국가간전력활성화등을위한사업을추진하고 2020년까지전건물의 80% 에스마트그리드시스템을적용하는것을목표로하고있다. 중국은 Strong & Smart Grid' 라는기치아래전력설비의보강및지능화에집중투자중인데 5개년계획을통해국가전체의계량기, AMR 및데이터관리시스템에상당한투자금액을할당하였고총 31개주요도시전력망건설과개조를위해, 총 6,000억위안, 연평균 1,200억위안규모로투자를진행할예정이다일본은 2030년까지 100 GW의태양광발전을목표로마이크로그리드중심의스마트그리드계획을진행중으로 2010년부터 Smart Community Alliance를중심으로 Smart Community를일본내 4개지역에서실증사업진행중인데 2020년까지스마트그리드분야에약 1,000억엔을투자할계획이다. 290

297 Ⅶ. 전력 스마트그리드 기술동향분석현재 스마트그리드 라는변혁아래에지능화 / 에너지효율향상을위한각종신기술이도입되고있다. 발전분야에서는기존화석연료중심의체제에서각종태양광, 풍력등의신재생에너지원들이대규모투입되고잇고송 배전분야에서는전력망최적화 (HVDC, FACTS), 에너지관리시스템 (EMS, Energy Management System), 전기자동차, 배전자동화시스템, AMI(Advanced Metering Infrastructure) 등의기술이개발되고있다 전력 스마트그리드산업의미래패러다임변화전력산업은세계각국의 스마트그리드 계획아래크게세가지패러다임의변화를겪게될것으로예상된다. 내용은각종기술들의도입으로경계가파괴되고전력망자체가지능화됨으로써융합이가속화될것이고, 생산자중심적이었던전력시스템이양방향성을띄게됨으로써소비자중심적으로바뀌고, 이에따라소비자는전력시장에보다적극적으로참여하고선택권을행사할수있게될것이다. 마지막으로환경문제가지속되면서탄소경제라는개념이생기고, 신재생에너지원들이대량보급될것이다. 세계적으로스마트그리드가정착되어산업전반에걸쳐서각종전력기기, 전력시스템에대한수요도대폭늘어날 2020년즈음이티핑포인트로예상된다. 전세계적으로스마트그리드분야의기술 / 산업적선두가되기위한경쟁이치열할것으로보이며, 이에따라각국가또는산업체들은정책적, 재정적지원을하고있으며, 세계시장에서의기술적선점을목표로연구를진행하고있다. 291

298 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2 전력 스마트그리드산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 전력 스마트그리드산업에서우리나라의현주소 (As-Is) 글로벌시장포지션전통적인전력산업부문에서한국기업의세계시장점유율은 2.3% 이며, 이는한국이차지하는세계시장에서의점유율인 10% 와비교할때상대적으로낙후되어있다. 특히, 고부가가치창출이가능한기술력기반의시스템보다는단품위주의제품이주류를이루고있어글로벌시장에서위치가제한적이다. 향후전력산업의시장에서지배적인상품이될것으로예측되는재생에너지, 전력망최적화, EMS 등의스마트그리드세계시장에서도국내기업들의점유율은아직미미한수준이다 핵심역량보유수준평가전력산업의핵심분야는초고압대전류를효율적이고안정적으로처리할수있는전력전송 / 변환기술의축과, 새롭게부각되고있는미래전력환경인 스마트그리드 의 2개의축으로분류될수있다. 국내산업은변압기, 모터등의중전기기제작기술과한전의계통운영기술등일부분야에서는세계최고수준으로인정받고있으나, 전통적전력원천기술은전반적으로취약한편이다. 또한, 전력과정보통신이결합된미래전력산업분야인스마트그리드에서도하드웨어의경우세계최고수준에다다랐다고할수있으나, 핵심이되는소프트웨어부분에서는개발도상국수준에머무르고있고, 최근국가주도의실증과 R&D 사업의적극적추진으로향후 10년내에는다양한부문에서기술경쟁력을확보하고해외시장진출이가능할것으로평가된다 핵심이슈분석 1) 정책 / 제도적측면국내전력산업은단일유틸리티기업인한전을중심으로전개되므로한전의투자계획에따라전력산업의기술과제조역량이결정되는특성을가지고있으며, 다양한기술에대한개발에한계를가지고있다. 스마트그리드측면에서는 IT 기술에기반한양방향운영이중요하게되는데, 이러한운영체계의개발을활성화할수있는모델이제한적인상황이고최근제주도의스마트그리드실증사업을통하여다양한시도를하고있으나한계가있다. 국외의경우 2000년초부터디지털사회및경제의중추 (Backbone) 역할을할지능형전력망구축을위해다수의프로젝트가수행되어왔다. 국내의경우해외에비해약간늦은 2005년부터 IT 및통신기술을전력산업에융합하는전력IT 10대국책과제가추진되었고, 2008년전력IT 통합실증기술개발및 Test Bed 구축이시작되었으며제주도에스마트그리드실증단지가조성되고있다. 292

299 Ⅶ. 전력 스마트그리드 하지만미래전력시스템의핵심이될기술수준은초기단계이며향후세계시장에서의경쟁을위해먼저실증및초기보급을정책적으로지원해역량을키우는것이필요하다. 국내산업체개발품의국제시장진출을위한인증 시험설비의확충및관련인력의보강이필요하며, 스마트그리드와같은융합산업에서는기기와기기또는시스템과시스템사이의상호운영성확보등시스템의성공을보장하는선행표준이무엇보다중요하므로표준개발을위한지원이필요하다. 2) 기업전략측면 국내기업들의경우글로벌전력시장에서후발주자이므로외국의유수기업의행보를따라가고있는것이현실이다. 하지만 2000년대에들어와국내기업들의기술수준도외국의약 90% 수준에이르렀다고평가받고있다. 따라서단순히근시안적으로매출을증대시킬수있는제품개발뿐아니라장기적인안목으로 R&D에투자해선도주자의대열에합류할수있도록하는것이중요하다. 이러한면에서외국의선도기업과의글로벌협업및지속가능한생태계를구축하는것이중요하며, 국가측면에서도다양한검증프로그램의전략적도입을통하여성장동력화를위한지원이필요하다. 중전기업체에서는전력산업의스마트그리드화추세에따라 ICT 분야로의확장을위하여통신업체 / 건설업체등과의전략적협력관계를형성하고있으나, 각산업체별기득권에대한선점을목적으로하고있어, 새로운융합산업에대한 Win-Win 전략을수립하지못하고있는실정이다. 스마트그리드의경우발전에서수용가까지모든제품들이상호운영성을보장해야하므로이에대한국제표준화동향이매우중요하며, 업체에서적극적으로국제표준활동에참여할필요가있으며, 단기간의이익창출을주목적으로하는기업의경우아직가시적이지않은스마트그리드시장에진입하기위한과감한 R&D 전략및투자등을꺼리고있다.. 인프라산업인스마트그리드산업에있어서정부의주도적인투자및이에따른기업의긍정적인시장참여가필요하다. 293

300 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 전력 스마트그리드산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1. 전략적시사점전력산업및 IT산업에서한국이차지하는세계시장에서의산업위상을고려해볼때전력산업시장및스마트그리드시장분야등에서도내재적성장기회를충분히보유하고있다고판단된다. 특히스마트그리드부문은한국이경쟁력을가진 IT 부문의역량과결합되는분야이므로적극적으로진입하면시장점유율확대가용이할것으로판단된다 SWOT 분석을통한전략적시사점 < 표 3> 전력 스마트그리드산업 SWOT 분석 Strength Weakness 내부환경 - 세계최고수준의전력인프라 -작은내수시장규모 -세계 1위수준의 IT 기술대국 - 원천기술의해외의존도심화및글 - 최신전력망투자, 구축의실무경험로벌역량. 경험부족보유 - 관련기업의내수의존성심화로 - 특정중전기기분야의세계최고기인한보수성, 정체성술보유 - 핵심인력자원부족 - 다양한경력을보유한우수한유관 - 산학연협력추진체계의보수성과인력다수보유경직성 - 연관산업의폭이넓어차별화된기 - 세계시장점유율저조술경쟁력을가질수있는가능성 - S/W 기술력열등농후함 외부 환경 Opportunity SO 전략 WO 전략 - 전력설비시장의폭발적인증가추세 - 스마트그리드시장의지속적인성장 - 그린에너지산업에대한기대및전폭적인투자계획 - 정부의적극적산업육성의지 - 중전기기기술과 IT 기술력을시너지화 - 정부의녹색성장정책에의한뒷받침 - 국가에너지절감을위한저효율기기퇴출 / 개체사업추진 - 선내수창출, 후수출전략화 - 확대시장의적극적참여로견고한산업클러스터구축 - 정부주도의산 학 연협력체계구축 - 원천기술개발집중 - 시장주도형기술개발에따른전문인력양성가속화 Threat ST 전략 WT 전략 - 선진글로벌기업의연대에의한기술지배력강화 - 중국의저가공세에의한시장왜곡 - 높은기술난이도및높은소요비용으로기업단독투자한계 - 패러다임변화에대한저항 - 한정적인내수시장 - 전략품목을겨냥, 기술력집중및원천기술에주력 - 앞선 IT 기술과테스트베드역량을활용한선제적시장진출로경쟁력확보 - 대기업 - 중소기업사이의기업간경쟁이아닌협력에의한 R&D 전략체계활성화 - 국가적차원의전략품목중심의응용기술개발 - 공통핵심부품개발을통한기업의 R&D 중복투자방지 - 가격경쟁력확보를위한산 학 연협력체계구축 294

301 Ⅶ. 전력 스마트그리드 핵심이슈해결방안 < 표 4> 핵심이슈해결방안 기술개발및산업화지원 - 스마트그리드핵심기술개발지원 - 해외시장진출지원 기술개발성공모델확산 - 국내시장활성화지원 - 신기술 신제품의시장창출지원 스마트그리드추진기반조성 - 스마트그리드핵심인프라조기구축 - 표준화추진체계구축및국제표준화활동강화 - 보안체계구축 법 제도적기반정비 - 지능형전력망구축및이용촉진법률제정 - 스마트그리드확산생태계조성을위한유관법률개정 3.2. 해당산업의 2020 비전및목표 비전은 2020년스마트그리드산업분야 Top 3를달성하는것이며, 목표는 2020년전력및스마트그리드세계시장점유율 10% 를달성하는것이다 전력 스마트그리드산업유망제품 / 부품 전력 스마트그리드산업유망제품 / 부품선정기준산업매력도평가항목에는다음 4가지세부항목을고려하였다. - 해당제품별시장의규모와성장성이일정이상의규모가되어야한다. - 다른산업과의시너지효과유발이커야한다. - 선진국의기술장벽이있더라도해외경쟁구도에진입가능성이높아야한다. - 집중투자를통하여 10년이내국제시장에서최상위권에진입가능성이높아야한다. 내부적합성에는다음의 5가지기준으로평가하였다. - 핵심기술을기보유하고있거나잠재적경쟁력을보유하고있어야한다. - 경쟁력이부족하더라도국가전략적관점에서확보하여야하는기술은포함한다. - 강력한추진의지를가진주체가국내에존재해야한다. - 전력산업의보수성을감안하여국내혹은해외실증을통한기술검증이가능한지여부 - 타산업과중복제품이아니어야한다. 295

302 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 전력 스마트그리드산업유망제품 / 부품도출유망제품 / 부품선정기준과시장, 글로벌확장성, 지속성개념의산업매력도와기술, 사업환경및한국적특수성을고려한적합성의관점에서전력산업의 8대유망제품 / 부품을도출해보면다음과같다. < 그림 5> 전력 스마트그리드산업유망제품 / 부품도출 - 전기자동차용충전시스템 (EVCS) - 에너지저장시스템 (ESS) - 대용량전력변환장치 (PCS) - 마이크로그리드용에너지관리시스템 (EMS) - GW급전류형고압직류송전시스템 (HVDC) - 지능형전자기기 (IED) - 2,500V급 IGBT (IGBT) - AMI(Advanced Metering Infrastructure) 전기자동차용충전시스템 (EVCS) 2015년충전시스템의시장규모는 150만 Units, 즉 1조원이상의시장규모로예측되고있으며, 이중 90% 정도가완속충전시스템이차지할것이며 9,000억원이상의시장규모를형성할것으로예측된다. 나머지 10% 정도가급속충전시스템이차지할것으로보이며 1,000억원이상의시장규모를형성할것으로예측된다. 현재는관공서, 실증단지규모로수요가예상되지만 2013년이후에는 EV PHEV 본격양산과더불어시장이급성장할것으로판단된다. 296

303 Ⅶ. 전력 스마트그리드 < 그림 6> 전기자동차용충전시스템예상시장규모 < 그림 7> 충전 Level 별예상시장점유율 충전시스템은전기자동차의운행에필수적인시스템으로써탄소배출저감, 탈석유화등의관점에서급속한시장확대가기대되는분야이다 에너지저장시스템 (ESS) Pike Research에서 2009년에발표한배터리의누적설치용량전망을보면 2015년까지약 7GW, 2018년까지약 18.5GW의에너지저장장치가설치될것으로예상하고있으며, 전력저장장치시장은 2018년에 $41억 ( 약 4.7조 ) 규모가될거이며, 특히리튬이온전지의시장은 $11억 ( 약 1.3조 ) 규모로본격성장될것으로전망하고있다. < 표 5> 에너지저장장치시장전망 ( 출처 : Pike Research, 2009, 단위 : 백만원 ) 기술구분 08년 13년 18년 점유율 (%) 납전지 25,000 14,762 8, 리튬전지 3, ,300 3,034, RFB 1,313 3,108 5, NaS전지 75, , , EDLC 450 2,764 6, 양수발전 - 250, , 압축공기 500, , 플라이휠 500 1,059 1, 초전도 6,000 8,415 11, 합계 111,263 1,731,074 4,661,

304 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 대용량에너지저장시스템시장은 05년이전에는양수발전이주를이루었으나 2008년이후에는압축공기전력저장, NaS, 리튬이온전지등 2차전지계열이설치되고있으며, 점차적으로증가하고있다. 국내에서는삼성SDI, LG화학등 Global 경쟁력을가진업체들이리튬전지를이용한에너지저장장치의대용량화를위하여개발및실증에참여하고있으며, 전기차보급활성화정책에따라전기차용충전기개발을적극추진하고있다. 전세계적으로는미쯔비시가 2002년부터전력저장용리튬전지를개발하고있으며, 현재 20MW급시스템을개발하고있다. 유럽의경우에는 Saft를중심으로정부가주도하는프로젝트를진행하고있다. 미국의경우에는 EPRI 및전력업체를 `중심으로에너지저장장치의활용및운영에대한실증을행하고있다. 신 재생에너지원의보급확대및스마트그리드체제로의변화에따른다양한요구를기초로대용량에너지저장장치산업은전력산업이스마트그리드체제로변화함에따라서매우매력적인사업이지만, 현재에너지저장장치연구 개발기술부족, 정부의정책및 Roadmap 미비, 대규모시스템개발및실증부족으로다양한 Total Solution이부족한상황이다. 또한, 에너지저장장치의개발및제작비용이고가이기때문에사업경제성부분에있어서다소약점이있어서정부지원하에산 학 연이연합하여대규모전력저장장치에대한 R&BD Roadmap 및핵심제품군을도출하고이에대한기술력을 2020년까지글로벌최고의수준으로적극적으로육성하여대규모저장장치의산업경쟁력을강화할필요가있다 양방향대용량전력변환장치 (PCS) PV 시장은 2010년 16.6GW (300억불) 규모로평균 43% 씩급격히증가하고있으며, 수용가와빌딩대상의소용량과중대형발전용으로이원화된시장이형성되고있다. 초기수용가중심시장에서미국중심의태양광신흥국들의 Utility System 시장이가세할것이예상된다 PV 시장은시스템사업으로추진될가능성이크며, 최근국내기업들의대규모생산투자를고려할때 PV용 PCS 시장의경쟁력이 PV 시스템시장의경쟁력으로이어지며, PV 시스템의수출이 PCS 시장의확대를유발하는상승효과가있다. 50kW급이하의가정용및산업용소용량 PCS 부문에서는기술경쟁력을기확보하고있다. 중대용량부분은 R&D 단계에있으나, 최근 RPS 등에따라급속한기술의발전이기대된다. 특히 PV Module의국내생산과해외 PV 발전단지의개발등이성공적으로추진되고있는상황에서전시스템의 Vertical Supply Chain의확보를통한시너지를기대할수있다. 태양광 PCS의경우국내에서는현대중공업, LS산전및헥스파워등이사업을전개하고있으며, 정부의그린 100만호사업및 RPS 정책에의하여매출이향상되고있다. 세계적으로는 60여개업체가경쟁하고있으며, 이중독일 SMA사의시장점유율이 40% 대이며, 2-10위업체들은 10% 미만의점유율을차지하고있다. 298

305 Ⅶ. 전력 스마트그리드 < 그림 8> 주요국가별시장규모및성장추이 ( 출처 : The world market for photovoltaic inverters 2009, IMS Research) 마이크로그리드용에너지관리시스템 (EMS) 마이크로그리드용에너지관리시스템의주시장은국내 외도서및동남아시아, 인도, 중국, 남미등이며시장규모는아래표와같다. < 표 6> 마이크로그리드용에너지관리시스템시장규모 구 분 현재의시장규모 예상되는시장규모 세계시장규모 GW('20) 주1) : 1.5B$ 한국시장규모 1,000억원주2) 1조원 주1)Microgrids Research Assessment, Navigant Consulting, 2006 주2) 도서지역의내연발전소마이크로그리드화가능시장예측 국내전력망이독립형전력망으로구성되어있고이를운영할수있는국가 EMS가국내기술로개발된상태이며, 최근에는배전계통에서분산전원을연계운영할수있는배전용 EMS까지개발중에있어향후국내 EMS 구축기술이국제적수준에도달할것으로보고있다 제3차신재생에너지기술개발및이용, 보급기본계획에의거, 보급을정부주도에서민간, 시장주도로원별에서통합형보급정책으로전환하였으며보급목표를 1차에너지대비 15년 4.3%, 20년 6.1%, 30년 11% 달성을제시했다. 그린홈 100만호, 신재생에너지우수마을 ( 그린빌리지 ) 200개조성, 공공민간건물, 신도시보급확대등이추진예정이다. 국내에서는 LS산전, 효성등이국책과제등을통하여마이크로그리드용에너지관리시스템을확보하고있으며, K-MEG과같은정부국책과제를통하여빌딩 / 산업단지 / 미전화지역등다양한 299

306 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 형태의비즈니스모델을기반으로에너지관리시스템을업그레이드하는노력을전개하고있다. ABB는풍력발전시스템, 연료전지, 마이크로터빈등을상업화해왔으며진보된센싱기술, 통신기술, 제어기술을통합하여대규모전력계통과전력거래가가능한마이크로그리드즉, Virtual utility를구현할 2010 비전을제시하고있다. Siemens는배전분야에서 Distribution Management, Generation Management 시스템등의제품군이있고 Energy Control/SCADA 및 EMS 제품군을보유하고있다. GE Energy는센서및통신장치로부터 MS, SCADA, DMS(Distribution Management System) 및 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 와같은 Grid Management 제품군과자산라이프사이클최적화, 실시간문제해결지원, 인력관리최적화기능이포함된자산관리시스템을제품으로보유하고있다. 현재국내기술이해외와경쟁할수있는수준에도달해있으나, 적용시장의제약으로인해성능검증이미흡한상태이므로사업화가능한수준의실증시험을통한시스템성능개선을추진할경우향후 10년이내에세계 1등제품으로육성할수있을것으로보인다. 마이크로그리드구축시장이국제적으로확대추세에있으므로마이크로그리드운영에있어서핵심기능인 EMS를상품화할경우이에연계되는분산전원이나계통운전용기기등에대한공급도함께증가할가능성이커국내관련산업의해외수출에도기여할수있다 GW 급전류형고압직류송전시스템 (HVDC) 전력산업유망제품선정근거로우리나라의경우 2008년 9월에확정된 1차국가에너지기본계획에의하면원자력비중은발전량기준으로할때 2007년 50% 에서 2030년 59% 까지확장될전망이며이는주로비수도권에위치한원자력발전기로생산되어수도권으로의대규모전력수송이불가피할전망이다. 대규모전력을안정적이고도경제적으로전송하기위해서는 HVDC에의한전송이불가피할것으로전망된다우리나라를둘러싼인근국가들과의전력계통연계, 신재생에너지규모확대, 디지털부하증가에따라 DC 기술수요가점진적으로증가할전망이다. 외국의경우에너지안보차원에서의안정적전력공급원확보및국가간전력거래를통한보다저렴한전력확보를위하여국가간전력계통연계가지속적으로이루어지고있으며그중심에있는기술이 HVDC이다. 기술적측면에서의선정근거는우리나라의경우 1998년해남-제주간 300 MW 규모의직류송전시스템을처음으로운용개시하였으며, 초기의많은문제점을보완하여현재는제주계통에경제적이고안정적인전력공급에기여하고있으며, 제주-해남직류송전시스템을통해한전전력연구원이많은기술축적을이루고있다. 현재까지도 HVDC 핵심기기대부분에대해서는실용화기술개발실적은전무한상황이므로수년후로예상되는한국, 일본, 중국및러시아등의동북아국가간전력계통연계를앞두고관련기술개발, 특히대용량변환설비개발은국가적으로시급한사업이며, 현재는선진국과의기술격차와국내중전기산업의경쟁력등을고려하여직교류변환설비자체개발이시급하게진행될필요가있는상황이다. 300

307 Ⅶ. 전력 스마트그리드 HVDC는전기, 전자, 통신등종합기술이요구되는바, 개발시반도체, 전력전자, 전력설비, 제어, 통신, 기계, 건설엔지니어링등전기관련전분야로기술파급효과가발생한다. 현재우리나라는각종환경규제의강화및민원으로인해송전선로의적기준공이지연되거나발전소건설공기를초과함으로써수요공급을위한기본유통구조확보에차질을가져오고있다. 추가송전선로건설없이송전효율이높은직류송전을적용함으로보다환경친환적인송전망을구축할수있다.. 경제 산업적측면에서의선정근거는우리나라의경우수도권은전체부하의 40% 이상을소비하는부하집중지역이며, 수도권에집중된정치, 경제적인인프라를고려할때수도권에서의전력부족이갖는문제는산업경제적으로큰파급효과를갖게되므로직류송전기술의활용을통한송전제약을해결할경우경제적측면에서큰이익을실현할수있다. 미국, 독일, 프랑스, 스웨덴, 일본등기술선진국들이선점한 HVDC 시장에자체기술확보를통한해외시장진출은산업적인파급효과가매우클것으로예상된다. 산업적인파급효과로는전기분야신규시장창출, 전기분야의새로운일자리창출효과, KEPCO의 HVDC 시스템의수입대체효과, 전기분야의새로운수출효과, 국산개발로 HVDC 시스템의비용절감등이기대된다. 그동안동북아국가간계통연계에대한사전연구가진행되었는데 HVDC기술을확보할경우에이러한동북아계통연계사업에주도적으로참여하여송전계통적용에따른국가적인차원에서부수적인효과를거둘수있다 지능형전자기기 (IED) 내수시장규모 (2009년, 기설변전소 ) 는 154kV 변전소 601개, 345kV 변전소 83개에평균약 30대이상의 IED 가설치되어변전자동화시스템을구성한다. 세계시장규모 (2007년, 컨설팅보고서 ) 는보호 IED가 $1.65B (2020년예상 $4.56B), 감시제어 IED는 $37.8M (2020년예상 $1.00B) 이다. 현재변전소자동화적용 IED는주로 TR 및 GIS 에대한 Bay Controller 및 IEC 통신이가능한디지털보호계전기로서 2020년까지보호계전기보다는 Bay Controller의시장규모가급격히증가할것으로기대된다. 또한 PMU, MU, 예방진단 IED, 보안방재 IED의경우도큰폭으로시장규모가증가할것이다. < 그림 9> 보호계전기시장규모 < 그림 10> Bay Controller 시장규모 301

308 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 변전소자동화로인하여시장규모는커지는반면, 그에따른신뢰성및유지보수율은비용대비크게상승할것이다. 현재국내기반기술은시장경쟁수준에도달해있으나, 자체신뢰성및성능검증이부족하며, 이는향후여러실증을통하여보완가능하다. 이러한기대효과를충족시킨다면세계시장에서도경쟁력있는 IED 로인정받을수있다. < 그림 11> IED 시장추세 ,500V 급 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 전력반도체기술은시장규모나성장산업으로써의중요성뿐만아니라녹색성장산업의핵심자본재로써의전략적중요성과우리나라수출주력주력산업의경쟁력확보에핵심적으로필요한부품으로서의전략적중요성이높아기술자립의중요성이크게부각되고있다.. < 그림 9> IGBT 소자세계시장규모예측 ( 단위 : M$, IMS Research 2007) < 그림 10> 응용분야별 IGBT 소자시장규모예측 ( 단위 : M$, IMS Research 2007) 전력반도체분야는메모리나중앙연산장치와같은반도체분야와는달리다양한품종과정격 ( 예 ; 전압범위수 V 수 kv, 전류범위수 ma 수 ka) 의제품을필요로하며광범위한응용분야를가지는까닭에소량다품종산업으로국가및기업측면에서전략적자원배분을통한특화기술개발전략이요구된다. 시장수요가큰가전등의소비재분야를목표로할경우 600V~1200V급의 MOSFET, IGBT 등의개별소자와전력제어 IC 분야에중점을둘필요가있으며, 공장자동화, 전기자동차, 태양 302

309 Ⅶ. 전력 스마트그리드 광등의신재생에너지, Smartgrid 등의고신뢰성분야에접근하고자한다면 1,700V~2,500V 의고전압, 고신뢰성전력반도체기술까지확보해야할것이다. 이러한분야의시장수요는현재까지는제한적이나향후 2020년경에는대규모태양광및풍력발전등의전력분야와전략적중요성이높은전철, 고속철도등의 SoC용전력반도체기술자립을위해서는 2,500V급의고전압개별전력반도체기술개발에주력할필요가있다 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 미국시장조사업체 Pike Research에따르면 2010년세계스마트미터시장은 $21억규모로추정되며, 2015년에 $39억규모로성장할것으로전망하고있어스마트미터시장은년평균 13% 성장률이예상된다. 국외에서는북미와 EU을중심으로 2008년부터스마트미터시장이성장되고있으며, 미국시장조사업체 Pike Research는 2008년말기준으로전력량계중에서스마트미터가차지하는비율이북미에서는 3.7%, EU에서는 12.4% 일것으로추정하고있다. 정보기술 (IT) 에기반하여사용자에게유용한전력정보를제공하고사용자의수요반응참여를유도하여에너지효율향상을촉진시키는전자식전력계량장치로써, 지능형전력망 (Smart Grid) 의 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 시스템구현에필수적인핵심전력산업제품이다. 국내에서는 2000년산업용 ( 고압 ) 전력소비자를대상으로자동원격검침시스템에서사용하는전자식전력량계를도입하였으며, 일반가정용 ( 저압 ) 전력소비자에대해서는시범운용결과를평가한후확대를검토할예정이다. 특히, 정부에서는에너지비젼 2030에따라세계최초국가단위의지능형전력망구축을제시하였고, 2009년 G8 확대정상회의에서지능형전력망선도국으로지정됨에따라서스마트미터시장이급속히성장할것으로기대된다. 스마트미터분야에서의자체기술확보는국가단위의지능형전력망구축및미국, EU의글로벌기업들이선점하고있는스마트미터시장에서해외진출을위하여반드시필요하므로, 전력산업분야에서높은파급효과가기대된다. 303

310 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 4 산업전략 4.1. 산업전략 실증단지의확대적용 제주실증단지는스마트그리드관련모든기술이한장소에서실증되는세계적으로유례가없는실증단지로써세계적인관심을받고있다. 실증단지를점진적으로확대하는거점지역등의선제적발굴및적용을통해스마트그리드산업을주도해야한다. 국제협력강화 구조적으로내수시장만으로는자립이어려운실정이므로기술개발및실증분야에서적극적인국제협력필요하며미국일리노이주등주요국과의공동협력프로그램추진을통해세계시장진출기반확보가필요하다. 전력분야대규모투자국가와의상호인정협정 (MRA) 체결을통한무역상기술장벽 (TBT) 을해소하고동아시아기후파트너쉽등개도국지원프로그램에서스마트그리드사업을포함시켜잠재수출시장을개척하며기술표준화및 BM 개발등의국제협력을강화할필요가있다. 법 제도적기반정비 지능형전력망구축및이용촉진에관한법률 제정과스마트그리드확산생태계조성을위한유관법률을개정해나아갈필요가있다 유망제품 / 부품별전략과제 전기자동차용충전시스템 (EVCS) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 )

311 Ⅶ. 전력 스마트그리드 단계별전략과제구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 Battery 충방전횟수증대 -1단계: 시험을통한현상용품분석 Battery 충방전횟수증대 -2단계: 시료분석및시험을통한특성개선 Battery 충방전횟수증대 -3단계: 실증을통한성능확인및개선 전략과제 전력변환기 Size 최적설계 -1단계: 현기술수준분석 전력변환기 Size 최적설계 -3단계: 집적기술개발 전력변환기 Size 최적설계 -2단계: 집적기술적용및검증 전력변환기 시험기술 체계화 전력변환기 시험기술 체계화 및 전력변환기시험기술체계화및 및 분석을 통한 설계 분석을통한설계 feedback 분석을통한설계 feedback feedback -2단계: 시험을통한특성분석 -3단계: 특화된기술적용 -1단계: 시험기술제정 정책방향 원천기술확보 특성확보 실증및상용화 재원전략 국가주도 민간주도 민간주도 역할분담 산 학 ( 참여 ) 산 학 ( 참여 ) 산업체 에너지저장시스템 (ESS) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) 3,000 6,000 10,000 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 전략과제 대용량 / 고속충전가능한리튬이온전지개발 - 50Ah이상 /10년수명 /5,000cycle 이상충방전수명 25kWh 급 Battery Pack 개발 - 에너지밀도 100Wh/kg 이상출력밀도 900W/k 전력계통연계가정용및소용량시스템개발및실증사업 단주기용대용량고출력 LIB CELL 개발 - 20Ah 이상 /10 년수명 /7,000 cycle 이상 단주기용대용량 ESS 개발 - 용량 250kWh, 출력 1MW system( 원통형 기준약 5 만셀규모, 컨테이너 size) 전력계통연계중대용량 ( 수백 - 수천 kw 급 ) 시스템개발및실증사업 대용량장주기용 LIB CELL 개발 - 100Ah 이상 /10 년수명 /3,500 cycle 이상 장주기용 (4 시간 ) 전력저장용대형 ESS 개발 - 용량 1MWh, 출력 250kW system( 원통형 기준약 20 만셀규모. 컨테이너 size) 대용량 ( 수 MW 급이상 ) 시스템및신재생 ( 태양광, 풍력 ) 전력계통연계실증사업 정책방향 핵심기반기술및인프라구축 상용화지원 상용화지원 재원전략 정부주도 민간주도 민간주도 역할분담 학연중심의산학연 산중심의산학연 산중심의산학연 305

312 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 양방향대용량전력변환장치 (PCS) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) ,000 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 MV 양방향 PCS 개발 HV 양방향 PCS 개발 SG 용양방향 PCS 응용기기개발 전략과제 -Solid Type Tr./ 분산전원 -Solid Type Tr./ 고압 초고압 / 송 -HVDC/FACTS/Active Filter 배전급 전급 etc. 정책방향 - 원천 / 요소기술확보 - World Top10 기술확보 - 원천 / 요소기술확보 - World Top10 기술확보 - World Top3 응용및제조기술력체제구축 재원전략국가주도국가주도민간주도 역할분담출연연 ( 주관 ), 산 학 ( 참여 ) 출연연 ( 주관 ), 산 학 ( 참여 ) 산 ( 주관 ), 연 학 ( 참여 ) 306

313 Ⅶ. 전력 스마트그리드 마이크로그리드용에너지관리시스템 (EMS) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) ,000 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 마이크로그리드 EMS 마이크로그리드 EMS 표준 마이크로그리드 EMS 의 전략과제 개발및실증기술규모 : MW 이하형태 : 연계, 독립형 화및상용화기술 - MAS 기반의 EMS - 통신인터페이스표준화 상품화개발 - VPP용 EMS 개발 정책방향핵심기술개발및실증상용화제품개발해외수출상품화개발 재원전략정부주도정부주도민간주도 역할분담연 산중심의산학연산중심의산학연산중심의산학연 GW 급전류형고압직류송전시스템 (HVDC) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) 1,500 7,613 22,500 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 전략과제 정책방향 육상계통연계실증사업 정격 :±250kV, 1GW 설계 : 자체확보 기자재 : 해외 / 국산병행 핵심기술확보를통한국산화율 80% 목표 대용량 HVDC 국내상용화 정격 :±500kV, 3GW 설계 : 자체확보 기자재 : 국산적용 대용량화기술확보를통한국산화율 100% 목표 재원전략정부주도정부주도민간주도 국내상용화를통한해외수출 정격 :±500kV, 3GW 설계 : 자체확보 기자재 : 국산적용 HVDC시스템설계및설비국산화율 100% HVDC strong top-tier 달성 역할분담연 산중심의산학연산중심의산학연산중심의산학연 307

314 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 지능형전자기기 (IED) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20-154kV S/A M.Tr, GIS 전략과제 Bay IED 개발 - 345kV S/A M.Tr, GIS Bay - 변전소통합 IED System kv S/A 현장 IED 개발기술확보엔지니어링및기술확보 kv S/A 현장 - S/A 설비 ( 차세대 Tr, - EMC 대응기술확보엔지니어링및기술확보 GIS ) 대응집중형 IED - 보호, 감시, 진단연계 - PMU 및 MU 등 System 알고리즘개발및적용알고리즘확인용계통 Stability IED 개발및적용 모델링기술확보 정책방향 - 핵심기술확보및실증 Test - 154kV S/A IED 상용화제품개발 - 핵심기술확보및실증 Test - 345kV S/A IED 상용화제품개발 - 수출용적응형 S/A IED 상용화제품개발 재원전략 정부및민간주도 정부및민간주도 민간주도 역할분담 연 산중심의산학연 연 산중심의산학연 산중심의산학연 ,500V 급 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 단계별목표수준구분 현재 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 전략과제 1700V 급태양광 PCS 및전기자동차용 IGBT 소자기반기술 1700V급태양광 PCS 및전기자동차용 IGBT소자사업화기술 SiC/GaN 기반 wide-band-gap 전력반도체기반기술개발 ( 단결정, 에피성장, 소자공정을위한인프라구축 ) 2500V 급태양광 PCS 및전철등수송분야용 IGBT 소자및모듈 SiC/GaN 기반 wide band gap 전력반도체상용화기술개발 ( 단결정, 에피성장, 소자공정등요소기술개발 ) 정책방향 핵심기반기술및인프라구축 상용화지원 국가주요시설의적용 재원전략 국가주도 민간주도 국가주도 역할분담 학연중심의산학연 산중심의산학연 산학연 308

315 Ⅶ. 전력 스마트그리드 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 단계별목표수준구분 글로벌시장점유율 (%) 수출액 ( 억원 ) 409 1,896 3,318 단계별전략과제 구분 '11~'13 '14~'16 '17~'20 전략과제 개방형표준 (ANSI, IEC) 에부합화제품설계기술 댁내 수요반응 기기와의 인터페이스 및 상호 운용 기술 지능형전력망의 AMI 시스템에서설치운용및해외진출기반구축 상용화및타산업분야 ( 가 국내지능형전력망에적 정책방향 핵심기술확보 전업체, 통신업체 ) 와의 협 용및이에기반한 해외 력체계지원 진출독려 재원전략 국가주도 국가, 민간주도 국가, 민간주도 역할분담 산연중심의산학연 산중심의산학연 산학연 309

316 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5 기술전략 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출 유망제품필요기술전략기술 EVCS ESS PCS EMS Battery 장수명확보기술 Battery 폭발방지기술 BESS 최적방열설계전력변환기최적방열설계기술 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 제조기술 전력변환기설계개발검증시험기술 BMS 기술 ECM 기술 에너지저장시스템네트워크기술 시험및평가기술 전력계통연계기술 신형 SiC 전력용반도체소자구동회로기술고온열해석 (200 이상 ) 및패캐징기술고압대용량반도체소자직 병렬구동기술대용량 / 고품질회로토포로지설계 제작기술광대역 / 정밀센서 / 센서리스기법기술고압 / 초고압용절연 / 보호 / 냉각 / 신뢰성확보기술부하, 신재생에너지발전량예측기술 에너지최적밸런스및운전기술 마이크로그리드계통해석기술 Battery 충전 / 방전횟수증대 Battery reck 온도편차최소화 BESS 시스템열해석및열설계체계화전력변환기시스템 Size 최적설계 IGBT 제조기술국산화 급속충전기전력변환기시험기술체계화및분석을통한설계 feed-back K-Cell급및 M-Cell급 BMS(Battery Management System) kw급및 MW급 ECM(Energy Conversion & Management) Hybrid ECM Using Super Capacitor Storage Network Architecture 설계및구현기술수명예측및신뢰성확인을위한가속평가법개발 DA&SA 연동 ( 배전자동화및디지털변전소연동 )- Smart Meter, AMI 연동 DA&SA 연동 ( 배전자동화및디지털변전소연동 )- Smart Meter, AMI 연동 EMS-Level Decision Support: 3D GIS Visualization 계통안정화를위한 SCADA 연동기술 10년이상장기신뢰성예측기술확보및가속평가법개발, 국가표준확립 Cell/Module/BMS/PMS/ 전력계통연계소용량, 중대용량및대용량 ESS 개발 최적구동, 과전압 / 과전류보호기능 방열스택열유동해석, 온도극한시험 직병렬스택및구동기술 Multi-Level, 양방향에너지수수기능 광대역 / 정밀센서 / 센서리스제어확보내환경 ( 온도, 습도, 방폭, 방진등 ), 절연확보발전량 (WT, PV) 예측프로그램전력 + 열의발전계획, 경제급전기술전력거래및정산기술다양한목적함수의운전프로그램개발 (CO 2 발생및운전비용최소화, 이용효율극대화등 ) 안정도 ( 정상, 과도 ) 해석기술 310

317 Ⅶ. 전력 스마트그리드 유망제품필요기술전략기술 HVDC 마이크로그리드최적제어기술 마이크로그리드운전최적화기술 System 설계기술 Valve 설계및제작기술 Control & Protection 기술 HVDC 용변압기설계및제작기술 TR/GIS 용설비감시진단기술 IEC 고속통신운용기술 EMC 에적합한 H/W 설계기술 분산전원및 PCC 전력제어기술마이크로그리드고장해석, 복구기술양방향보호협조기술상위시스템인터페이스기술 AC/DC절연협조기술 Valve 및설비정격계산기술 AC/DC연계계통해석기술 HVDC 연계 RTDS 모의기술 Valve 모듈설계기술코로나발생최소화기술합성시험설비설계및제어기술 AC/DC 협조기술 DC Protection 기술시스템운전제어기술시스템제어이중화고속절체기술 AC/DC 절연기술고조파저감기술손실및기계력저감기술냉각기술설비특성을고려한진단알고리즘기술 IEC 표준화기술 PCB/ 시스템기반 EMC 대응기술 IED IGBT AMI IED 검증용실계통모델링기술 S/A System Integration 용 PMU/MU/NCIT 설계기술전력품질판단및운용기술 IED 간상호운용성판단및 Interlock 적용기술 IED 간상호보호협조운용기술네트워크보안방재시스템설계기술고전압대전류기술 Thin Wafer 기술고속스위칭기술미세패턴기술변동요금제 (TOU, CPP, RTP) 운용기술상호운용성 (interoperability) 기술 비용효과성제품설계기술맞춤형미터 (custom meter) 설계기술전력품질 (power quality) 계측기술부하제어 (load control) 기술 Net-metering 기술원격차단 / 접속기술원격 F/W upgrade 기술 계통연계에따른 IED 적용및운용기술 PMU/MU/NCIT 설계기술 전력품질판단및운용기술 IEC61850 기반 IED 간상호운용기술 보호협조운용기술네트워크보안시스템설계기술고전압, 대전류기술 CMP 기술 Carrier lifetime 제어기술 charge 균일도향상및공정정확도향상 변동요금제 (TOU, CPP, RTP) 운용기술 상호운용성 (interoperability) 표준화 및 시험 SoC 설계및적용기술 H/W, F/W 모듈화설계기술 고조파및순시값저비용계측기술 원격차단 / 접속기술 스위치내장형 H/W 설계기술 전력상한별 (4Q) 계량기술 F/W 모듈별설계및운용기술 311

318 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5.2. 전략기술확보방안 유망제품전략기술기술확보방안 EVCS ESS PCS Battery 충전 / 방전횟수증대 Battery reck 온도편차최소화 Bess 열해석및열설계체계화전력변환기 Size 최적설계 전력용반도체제조기술국산화 전력변환기시험기술체계화및분석을통한설계 feed-back K-Cell급및 M-Cell급 BMS(Battery Management System) kw급및 MW급 ECM(Energy Conversion & Management) Hybrid ECM Using Super Capacitor Storage Network Architecture 설계및구현기술 DA&SA 연동 ( 배전자동화및디지털변전소연동 )- Smart Meter, AMI 연동 EMS-Level Decision Support: 3D GIS Visualization 수명예측및신뢰성확인을위한가속평가법개발계통안정화를위한 SCADA 연동기술 10년이상장기신뢰성예측기술확보및가속평가법개발, 국가표준확립 Cell/Module/BMS/PMS/ 전력계통연계소용량, 중대용량및대용량 ESS 개발 신형 SiC 전력용반도체소자구동회로기술고온열해석 (200 이상 ) 및패캐징기술고압대용량반도체소자직 병렬구동기술대용량 / 고품질회로토포로지설계 제작기술광대역 / 정밀센서 / 센서리스기법기술 중점육성공동연구공동연구중점육성구매대상중점육성중점육성중점육성공동연구공동연구공동연구공동연구공동연구공동연구중점육성중점육성기존기술변형이용중점육성 / 공동연구중점육성중점육성기존기술변형이용 EMS 고압 / 초고압용절연 / 보호 / 냉각 / 신뢰성확보기술 발전량 (WT, PV) 예측프로그램전력 + 열의발전계획, 경제급전기술전력거래및정산기술다양한목적함수의운전프로그램개발 (CO 2 발생및운전비용최소화, 이용효율극대화등 ) 마이크로그리드계통해석기술 분산전원전력제어기술 상위시스템연계기술 기존기술변형이용공동연구공동연구공동연구공동연구중점육성중점육성중점육성 312

319 Ⅶ. 전력 스마트그리드 유망제품 전략기술 기술확보방안 AC/DC절연협조기술 공동연구 Valve 및설비정격계산기술 공동연구 AC/DC연계계통해석기술 중점육성 HVDC 연계 RTDS 모의기술 공동연구 HVDC Valve 모듈설계기술 중점육성 코로나발생최소화기술 공동연구 합성시험설비설계및제어기술 공동연구 AC/DC 협조기술 공동연구 DC Protection 기술 공동연구 S/A IED System 엔지니어링및운용기술 공동연구 변전소유형에따른 S/A IED 적용기술 공동연구 S/A 설비와 IED 간상호운용기술중점육성 IED 전력계통유형에따른 PMU/MU 의최적조합적용기술공동연구 계통연계에따른 IED 적용및운용기술 중점육성 고전압대전류기술 중점육성 IGBT Thin wafer화기술 공동연구 고속스위칭기술 공동연구 변동요금제 (TOU, CPP, RTP) 운용기술 공동연구 상호운용성 (interoperability) 기술 중점육성 SoC 설계및적용기술 공동연구 H/W, F/W 모듈화설계기술 공동연구 AMI 고조파및순시값저비용계측기술 공동연구 원격차단 / 접속기술 공동연구 스위치내장형 H/W 설계기술 공동연구 전력상한별 (4Q) 계량기술 공동연구 F/W 모듈별설계및운용기술 공동연구 5.3. 중점육성기술 R&D 전략추진과제 EVCS 의 R&D 전략과제 중점육성기술 Battery 충전 / 방전횟수증대 전력변환기 Size 최적설계전력변환기 ( 컨버터 ) 시험기술체계화및분석을통한설계 feed-back 1 단계 (~2015) 시험을통한현상용품분석 추진방안 2 단계 (~2018) 시료분석및시험을통한특성개선 현기술수준분석집적기술개발 시험기술제정 시험을통한특성분석 3 단계 (~2020) 추진방법 실증을통한성능확인및개선 - 산업체주도기술개발 집적기술적용및검증 특화된기술적용 기술목표수준 (%) 국제표준화활동강화 - 실증사업을통한기술검증 - 국제공동연구및해외실증사업추진 313

320 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 ESS 의 R&D 전략과제 중점육성기술 K-Cell 급및 M-Cell 급 BMS kw 급및 MW 급 Energy Conversion & Management 10년이상장기신뢰성예측기술확보및가속평가법개발, 국가표준확립 Cell/Module/BMS/PM S/ 전력계통연계소용량, 중대용량및대용량 ESS 개발 1 단계 (~2015) K-Cell 급및 M-Cell 급 BMS 개발 kw 급및 MW 급 Energy Conversion & Management 개발 신뢰성기술확보평가법개발 추진방안 2 단계 (~2018) K-Cell급및 M-Cell급 BMS상용화 kw급및 MW급Energy Conversion & Management상용화 국가표준확립 3 단계 (~2020) K-Cell급및 M-Cell급 BMS 기술확립 kw급및 MW급Energy Conversion & Management 기술확립 상용화및국제표준화 Cell/Module/BMS/P Cell/Module/BMS/ Cell/Module/BMS/ MS/ 전력계통연계 PMS/ 전력계통 PMS/ 전력계통기술개발연계소용량, 연계대용량 ESS 중대용량상용화상용화기술목표수준 (%) 추진방법 - 산학연에의한정부주도과제수행 - 실증사업을통한기술검증 - 국외산업체와의기술협력 - 해외업체와의기술제휴또는기술도입 PCS 의 R&D 전략과제 중점육성기술 고온열해석 (200 이상 ) 및패캐징기술 고압대용량반도체소자직 병렬구동기술대용량 / 고품질회로토포로지설계 제작기술 1 단계 (~2015) 기초원천 / 국제공동 / 기술특허권취득 기초원천 / 국제공동 / 기술특허권취득 기초원천 / 국제공동 / 기술특허권취득 추진방안 2 단계 (~2018) 상용화연구 상용화연구 상용화연구 3 단계 (~2020) 스마트그리드분야응용분야극대화 스마트그리드분야응용분야극대화 스마트그리드분야응용분야극대화 기술목표수준 (%) 추진방법 - 초기기술료지급을통한조기상용화체제구축 - 관련분야국내외전문가초빙 _ 기술습득 - 관련산학연전문가컨소시움컨설팅그룹구축 EMS 의 R&D 전략과제 중점육성기술 마이크로그리드계통해석기술 분산전원전력제어기술 1 단계 (~2015) 정상, 과도해석기술개발 분산전원자율제어 BESS 협조제어 추진방안 2 단계 (~2018) 고장해석및보호협조기술개발 분산전원 FFC+UPC 제어 3 단계 (~2020) EMS 기능확장 EMS 기능확장 상위시스템연계기술 EMS 표준화 EMS 상용화개발 VPP 용 EMS 개발 추진방법 - 산학연에의한정부주도과제수행 - 3 단계 : 해외수출상품화개발 기술목표수준 (%)

321 Ⅶ. 전력 스마트그리드 HVDC 의 R&D 전략과제 중점육성기술 AC/DC 연계계통해석기술 Valve 모듈설계기술 1 단계 (~2015) 연계대규모 AC 계통과도해석기술개발 Valve 모듈 /tower 설계및제작기술개발 추진방안 2단계 (~2018) 동특성해석을위한등가계통모델링기술개발 대용량 Valve tower 및냉각설비설계기술개발 3단계 (~2020) 기술규격에따른시스템과계통운영및제어전략기술개발 대용량 Valve 시험설비설계및제작기술개발 기술목표수준 (%) 추진방법 - 산학연에의한정부주도과제수행 - 실증사업을통한기술검증 - 국외대학과의기술협력 - 해외업체와의기술제휴또는기술도입 IED 의 R&D 전략과제 중점육성기술 S/A 설비와 IED 간상호운용기술 계통연계에따른 IED 적용및운용기술 1 단계 (~2015) 차세대 S/A 설비 (TR, GIS) 감시진단알고리즘개발 분산전원계통연계형감시, 제어, 보호, 진단알고리즘개발 추진방안 2단계 (~2018) 차세대 S/A 설비 (TR, GIS) 용감시진단 IED 개발및실증 분산전원연계형계통 IED 개발및실증 3 단계 (~2020) 차세대 S/A 설비및 IED 상용화 분산전원계통형 IED 상용화 기술목표수준 (%) 추진방법 - 유관특허및기술동향조사 - 산학연에의한정부주도과제수행 - S/A 설비와 IED 동시개발및실증적용 - 산학연에의한정부주도 Smart-Grid 통합과제수행및현장실증 - 상용화제품개발 IGBT 의 R&D 전략과제 중점육성기술 고전압대전류기술 1 단계 (~2015) 추진방안 2 단계 (~2018) 3단계 (~2020) SiC/GaN 기반 wide-band-gap 전력반도체 SiC/GaN 기반 wide-band-gap 전력반도체기반기술개발 ( 단결정, 에피성장, 소자공정을위한인프라구축 ) 상용화기술개발 기술목표수준 (%) 추진방법 - 산학연공동연구를통한핵심기술확보 - 국외대학과의기술협력 - 해외업체와의기술제휴또는기술도입 AMI 의 R&D 전략과제 추진방안 중점육성기술 1단계 2단계 (~2015) (~2018) 개방형표준 (ANSI, HAN 장치와의 상호운용성기술 IEC) 부합화기술 인터페이스기술 확보 확보 기술목표수준 (%) 단계 (~2020) AMI 시스템과연계운용및실증 추진방법 산학연공동연구를통한핵심기술확보및 AMI 시스템에서의실증 ( 국내선, 국외후 ) 315

322 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 6 전력 스마트그리드산업비전체계도 316

323 Ⅶ. 전력 스마트그리드 참고문헌 1) 스마트그리드국가로드맵, 지식경제부, ) WEO 2008, IEA, ) Smart Grid Market Report, Zpryme, ) Annual Energy Outlook 2010 with projections to 2035, EIA, ) DG Power Quality, Protection and Reliability, Case Studies Report, GE Research & Development Center, ) White Papers on Integration of Distributed Energy Resources, The CERTS MicroGrid Concept, R. Lasseter, et al, April, ) MicroGrid Energy Management System, J. D. Kueck, et al, Jan ) IEEE Std IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems 9) The Role of distributed generation in competitive energy markets, Distributed Generation Forum, March ) Opportunities for micropower and fuel cell/gas turbine hybrid systems in industrial applications, Final Report to Lockheed Martin Energy Research Corporation and the DOE Office of Industrial Technologies, January ) Distributed Generation Impact on Distribution Automation Planning and Implementation, George V. Fantozzi, Presented at the panel session on "Distributed Generation: The Challenges of Value, Standardization, Protection, and Data Management", March 1, ) CEIDS and The Power Delivery System of the Future, Clark W. Gellings, Electric Power Research Institute Reports, 13) Robert H. Lasseter and Paolo Piagi, "Microgrid: A Conceptual Solution", PESC'04 Aachen, Germany June ) The CERTS Microgrid and the Future of the Macrogrid, Chris Marnay and Owen Bailey, ACEEE 2004 Summer Study on Energy Efficiency in Buildings, Asilomar Conference Center, Pacific Grove CA, 23 August ) EU European Research Project Cluster: Integration of RES+DG", 16) CERTS(Consortium for Electric Reliability Technology Solutions) homepage( 17) DTE Energy Technologies Homepage, 18) The Worldwide Market for Power Semiconductor Discretes & Modules, ) 주간기술동향 1399호, 정보통신진흥원, ) SiC 2010, Yole Development, ) "Grid 2030" A national vision for electricity's second 100 years, Department of Energy, July ) KEPCO 저탄소녹색성장전략, KEPCO,

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325 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020 온실가스 Ⅷ 에너지 자원 The next big thing! 대한민국 산업 기술 비전 2020

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327 Ⅷ. 온실가스 1 산업의본질및패러다임변화 1.1. 온실가스산업의정의및중요성 온실가스산업의정의 온실가스산업은인위적으로배출되는온실가스 [ 생물원가스 (CO 2, CH 4, N 2 O) 와 F-가스 (SF 6, HFC, PFC)] 중감축효과및기후변화영향이큰 CO 2 와일부산업에서사용되는 F-가스를주로감축하는산업이며, 이산화탄소포집저장 (CCS: Carbon Capture and Storage) 과 Non-CO 2 산업으로구분한다. CCS 기술은석탄화력과가스화력, 산업공정등에서발생하는 CO 2 를상당량저감할수있는일련의기술인데, 특히석탄화력발전에적용하는경우가가장효과가크다. 그러나 CCS 기술보급및확산은국가및국제적인정책지원이뒷받침되어야만이가속화시킬수있다. CCS는 3단계, 즉포집, 수송및저장기술로구성되며, CO 2 포집기술은 3가지방법, 즉연소전과연소후 CO 2 포집기술, 순산소연소기술로대별된다. Non-CO 2 는국내의반도체 /LCD와발전산업에서사용되는 F-가스의대체와화학산업에서발생되는 N 2 O를저감하는기술이다 온실가스산업의중요성 [ 그림 1] 세계인위적 GHG 배출량 (GtCO 2eq) [ 그림 2] 세계인위적 GHG 배출추이 (2005~2050) 세계의인위적온실가스배출량과추이 1) 에서온실가스중 CO 2 는 76% 로대부분을차지하고, 에너지관련 CO 2 배출만도 64% 에해당된다 2) ([ 그림 1]). 2005~2030년사이에너지관련 CO 2 는연간 1.5% 로 Non-CO 2 의 0.3% 보다 5배증가하므로국제사회에서는 CO 2 감축에집중하고있다. 감축노력이없을경우화석연료사용의계속적인증가로 2050년 CO 2 배출량 (57 GtCO 2 ) 은 2005년 (28 GtCO 2) 대비약 2배이상증가할것으로예상한다 3) ([ 그림 2]). [ 그림 3] 에나타난것처럼에너지관련 CO 2 배출증가추이는다음과같다 : 20.9 GtCO 2 (1990) 28.8 GtCO 2 (2007) 34.5 GtCO 2 (2020) 40.2 GtCO 2 (2030) 57 GtCO 2 (2050) 1) IEA 2009, World Energy Outlook 2009, OECD/IEA, Paris (WEO 2009) 2) LULUCF: Land use and land-use change and forestry 3) IEA, 2010, Energy Technology Perspectives 2010, OECD/IEA, Paris (ETP 2010) 321

328 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 그러므로기후변화에따른평균기온상승을 2 이내로억제하기위해 4) 2050년까지 2005년대비온실가스 50% 감축목표를설정하고있다 5). IEA는 2050년 50% CO 2 감축목표량중 CCS가 19% 기여할것으로전망하고있다 (ETP 2010). IEA에서는 CCS가대량의화석연료사용으로발생된 CO 2 를감축할수있는유일하고가장저렴한 CO 2 감축수단으로판단하고있고 6), CCS가적용되지않을경우 2050년감축비용의 70% 가증가할것으로예측하였다 7) (ETP2010). [ 그림 3] 2010~2050 년사이 CO 2 감축시나리오 국내온실가스배출은세계 9위, 배출량증가속도는 OECD 국가중 1위이다. CCS와 Non-CO 2 온실가스처리기술은선진국과의기술격차가크지않으며, 기술이개발될경우파급효과가크고선도적인위치를차지할수있다 Macro 환경분석 정치 / 정책변화세계저탄소기술보급은기후변화에대처하기위한수단으로 (ETP 2010) 에너지효율향상, 저탄소에너지 ( 원자력, 재생에너지 ) 와 CCS보급을 3대전략으로추진하고있다. OECD 국가는 2009년까지 2020년온실가스감축목표치를설정하여발표하였다. 주요선진국들은 2020년 CCS기술보급을목표로대규모실증사업을실시하고있고, 또한 CO 2 저감비용을줄이기위한혁신기술개발을병행추진하고있다. 2008년과 2009년 G8 정상회의에서 2020년 20기 CCS 통합실증을완료하는것으로하였고보급을위해 2010년 G8은 20기실증착수합의를하였다 8). 지난 2년간세계각국정부는 CCS 사업에 US$ 260억지원계획및 2020년까지 16~43기 CCS 통합실증계획을발표하였고여기에한국의두기가포함되었다. GCCSI는총 80기의대규모 CCS 사업을확인하였고 9), IEA CCS 로드맵은 2020년 100기 CCS 보급필요성을제의하였으며, 이중약반은개발도상국에필요하므로, 선진국과개도국의협력중요성을지적하였다. 4) IPCC, 2007, the fourth Assessment Report ( 5) 지구가감당할수있는에너지관련 CO 2 배출량은연간 14 GtCO 2 이나 2005 년현재 2 배인 28 GtCO 2 를배출하고있음. 이러한추가적배출량을 2050 년까지 14 GtCO 2 수준으로감축하고자함 6) IEA, 2009, IEA CCS Technology Roadmap, OECD/IEA, Paris ( (IEA CCS TRM) 7) 2050 년 2005 년대비 50% 감축하는한계비용은 US$ 175/tCO 2 이며, CCS 기술보급없이는 US$ 300/tCO 2 임 8) IEA/CSLF report to Muskoka 2010 G8 Summit CCS 보고서 ( (2010.6) 9) GCCSI: Global Carbon Capture and Storage Institute 322

329 Ⅷ. 온실가스 온실가스감축은주요국제회의인 UNFCCC 당사국총회 ( 예, COP 15), G8, G20, MEF 등에서최우선의제로부상하고있다. 10) COP 15에서차기공약때까지교토협약체제유지및자발적감축이행에대해 85개국이온실가스감축목표를제시하였다. 또한, 세계평균기온상승을 2 이내로억제하고 (IEA 450 ppm 시나리오 ), 이를위한온실가스감축에동의하였으며, 산림보호에따른감축지원 (US$ 1/tCO 2 지원 ) 및개발도상국지원을위한녹색기후기금 (Green Climate Fund, 2020년까지매년 US$ 1000억을조성하고 년사이 US$ 300억긴급지원 ) 마련에합의하였다. IEA/CSLF/GCCSI는기후변화에대한의제를 G8, G20, MEF에서계속논의할것을강력제의하였고특히 CCS 보급에필요한제반제도를마련하였다. WEO 2009에따르면온실가스감축에대한합의가지연될경우매년약 US$ 5000억추가투자비용이발생을하는것으로예측하였다 (2010~2030년사이총 US$ 10.5조필요 ). 11) 국내의경우 2009년 12월에 2020년국가온실가스저감목표를 BAU 대비 30% 로설정하여 CCS 기술보급입지강화를발표하였다. 또한, 저탄소녹색성장법발효 ( ) 로 CCS를포함한온실가스감축기술을녹색기술로분류하였고, 2010년 2월에 2010년도녹색성장 7대실천과제중 10대핵심녹색기술로 CCS를제시하였다. 녹색위의국가 CCS 종합추진계획 ( ) 에따르면, 2020년까지대규모통합 CCS 플랜트상용화 (1 MtCO 2 /y) 및국제기술경쟁력확보, 전주기환경관리및상용화기반구축, 그리고향후 10년간 2조 3천억원투자 ( 정부 1.2조원, 민간 1.1조원 ) 계획을발표하였다 거시경제환경변화 (WEO 2009) 기후변화대응이국제사회의최우선의제 로부상되는가운데온실가스의무감축이국제무역장벽으로발전되는상황이므로산업전반에걸쳐자발적감축노력이필요하다. 세계각국은 2010 년3월에 2020년온실가스감축목표발표 (85개국, 2010년9월현재 ) 와자발적감축노력에동참하고저탄소기술개발및보급에투자할것을선언하였다 (UNFCCC). 최근재정위기및경기침체는단기적으로온실가스배출저감과탄소고정기술의투자지연으로온실가스배출저감의기회인반면, 저탄소기술에대한투자기피는위기이다. 따라서, 화석연료가격이약세임에도불구하고국가차원의정책, 즉투자유인책과인센티브등을제공하여저탄소기술을활성화하여온실가스감축을유도할필요가있다. IEA 450 ppm 시나리오 ( 세계평균기온 2 이내상승달성 ) 경로는현재에너지생산및사용방법뿐만아니라산업공정, 농업및산림분야 (LULUCF) 의혁신이필요한반면수요공급의새균형이여러상품의상대가격을변화시킬수있다. 이러한현상은 BAU대비 2020년과 2030년 GDP 를각각 0.1%~0.2% 와 0.9%~1.6% 감소시킬전망이다. 이는에너지수요가감소하여기후변화감축비용도감소하고, 기후변화에따른에너지사용증대 ( 에어컨사용증가및수력발전용수저감등 ) 는감축비용증대를유발하는상반된영향으로정량화하기는현상태에서어려움이있다. 450 ppm 시나리오내에서의정책및대책은에너지수요, 특히화석연료수요저감에상당한영향을미친다. 화석연료가격은 2015년까지 BAU에따라전반적으로변화가예측되나현상유지수준이고, 석유가격은저탄소녹색기술보급 ( 효율향상, 재생에너지, 원자력 ) 증가로인한수요저감 10) UNFCCC: United Nation Framework Convention on Climate Change, COP: Conference of Parties, G8: Group of 8 Countries, G20: Group of 20 Countries, MEF: Major Economies Forum 11) WEO(World Energy Outlook) 2010 은 2 배증가된 US$ 1 조추가비용발생으로추정 323

330 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 에따라 2020년 US$ 90/barrel 도달후 2030년까지유지될전망이며, 가스도석유가격변동과유사하여 2020년 9% 하락, 2030년 21% 하락될전망이다. 석탄은가장큰변동이예상되며, 2008년 US$ 121, 2020년 US$ 80, 2030년 US$ 65 (2006년기준 ) 로전망된다 산업환경변화 (ETP 2010) 국제적으로잠재 CCS 투자는 2010~2020년사이 US$ 540억, 2010~2050년사이는 US$ 5.5조수준이다. 이러한막대한투자는 CCS를설치할대상인화력발전소, 철강생산, 정유및가스처리산업분야가대상이될것이며, 국내의경우 2010~2020년사이 2조3천억원수준의투자가예상된다. 이러한산업은비용집약적인국가기간산업으로서향후일자리창출의주요산업분야가될것이다. CCS 기술개발및보급은서비스 ( 사업관리, 엔지니어링, 금융, 보험, 법과환경규제 ), 구성품제조 ( 보일러와터빈 ) 및 CCS 플랜트건설 ( 개장및신규 ) 분야의일자리창출에촉매역할을할것이다. 국내현황및편익 년누적 11기 CCS 보급 ( 전력부문 2020년 2기, 2025년 4기, 2030년 5기 ; 산업부문 2025 ~ 2030년 3기수준 ) : 11 unit x 3 MtCO 2 /unit x 90% 포집저장 / 년 = 29.7 MtCO 2 저감 / 년 (2030년온실가스배출량은 888 MtCO 2 (BAU) 이며, 이중 30% 감축량은 MtCO 2 으로 CCS에의한감축량은약 11% 임 ) - 국내는 2030년까지 10만명일자리창출 ( 포집분야 : 3만~6만명, 수송저장 : 2만~4만명 ) CCS 보급은에너지안보에중요한역할을할것이다. 국제적으로석탄화력발전은세계 1차에너지의 25%( 국내 41%, 2010년기준 ) 를차지하는주력공급원이고, 저렴한가격, 풍부한매장량, 용이하고안전한수송등의이유로향후석탄사용은계속증가할추세이다. 석탄화력발전소에 CCS를적용하는것은세계온실가스 (GHG) 감축목표달성뿐만아니라한국을포함한많은국가들의에너지안보를제공할것이다. 2050년온실가스감축목표의약 19% 를감당할수있는 CCS 산업은기후변화의경제적비용을저감하는데상당히기여할것이다. 즉 CCS를도입하지않을경우보다조기 CCS 보급이훨씬더경제적으로편익이크다 (Stern Review와 12) IEA CCS TRM). 온실가스감축을방치할경우총비용과기후변화에따른위험은매년 5% GDP손실을초래할것이고, 전반적위험과영향을감안하면, 총추정피해액은 GDP의 20% 이상에해당할것이다. 반면 GHG 감축노력비용으로매년 GDP의 1% 를투자한다면기후변화에따른최악의충격을회피할수있다고제시하고있다. 또 IEA는모든수단을강구해야 ( 효율향상, 재생에너지와원자력, CCS) 2050년 GHG 감축목표를달성할수있다고제시하고있고, 이중 19% 를기여할 CCS 산업의중요성은날로증가될것이다. 사회는이제에너지안보와기후변화에대응하기위한방향으로변하고있으며, 국민들의생활도이러한변화에부응하고있으므로신산업의개발및보급을위한교육및홍보도필요하다. 12) Stern, Nicholas 2006, Stern Review: The Economics of Climate Change, Summary of Conclusions (PDF). Viewed 25 June 2009, http//: 324

331 Ⅷ. 온실가스 기타 13) 온실가스산업의주요기술에는 CCS 기술과 Non-CO 2 처리기술이있다. CCS는다양한 CO 2 발생원에적용가능하나, 총에너지관련 CO 2 배출의 40% 를차지하는미분탄석탄화력발전소에서배출되는 CO 2 저감에적용할경우가가장효과가크다. CCS는 CO 2 포집, 수송과저장기술이있으며, CO 2 포집기술은비용저감, CO 2 저장기술은장기누출과관련된신뢰성확보가가장중요하다. 이세기술은산업부문에적용되는상업기술이있으나발전부문과같은 GHG 감축목적의대규모상업기술은아직없다. 즉 2020년이전발전부문에대규모통합실증이완료되어야 2020년부터보급할수있다. 연소후포집기술과연소전포집기술은산업부문에적용하는상업기술 ( 예, 아민과암모니아 ) 이있으나, 아직대규모발전부문에적용한사례가거의없고, 이를위한실증이국제적으로진행중이다. 석탄발전에적용할 1세대포집기술또는이를개량개선한 2세대포집기술의 14) CO 2 포집비용은 US$ 60~95/tCO 2 로고가이며, 이를대체하려는 3세대기술로는연소후포집기술의고체흡수기술, 연소전포집기술의고체흡수기술, 막분리기술, 산소를저가로분리할수있는막분리기술및이온막기술등이있다. 이들의 CO 2 저감비용목표는 1세대 CO 2 저감비용의 1/2 수준을목표로하고있다. 2세대기술까지가 2020년이전대규모통합실증이가능할것으로예상되며, 3-4세대기술개발은이온액체, 금속유기망 (MOF, Metal-organic framework), 효소막, 매체순환연소등으로, 실험실수준에서진행되고있다. 수송과저장기술은대체적으로상용기술이있으며, 총 CO 2 저감비용의 10~30% 차지한다. 국제적으로대부분 1세대기술의실증을추진하고있으며, 국내와같은후발주자에게는위협이될수있다. 그러나대규모초기실증은기후변화정책, 기술적위험성, 타기술대비고비용이라는경제적도전에직면해있다. 이를극복하기위해포집비용을저감할수있는기술개발과실증을적극추진하여국내 CCS산업의기회창출이필요하다. 특히건식재생흡수기술 ( 고체흡수기술 ) 은국제기술을선도하고있으며, 차세대아민또한국제경쟁력을확보한상태에있어 CO 2 포집기술의전망은상당히좋다. 관수송은 2300 km 이상국내천연가스수송망을구축한경험이있고, CO 2 선박수송관련하여국내의선박건조기술은세계 1~5위를차지하므로, 선박수송관련기술을개발하는것은국제경쟁력우위를확보할수있는기회이다. 저장기술은저장소의위치와특징에좌우된다. 국제적으로지중저장에중점을두고기술개발을하고있다. 다만 EOR, EGR 등 15) 포집된 CO 2 를재이용하는기술은상업적으로운전되고있으며, 대염수층저장은기술개발단계 (pilot plant) 이다. 국내저장소확보는위협일수있으나, 국제협력으로극복해야할것이다 온실가스산업의미래성장방향 시장성장추이 / 전망 (WEO 2009) 2008~2030년까지화력발전부문의 CCS 시장전망을 < 표 1> 에보여주고있다. 450 ppm 시나리오의연료별, 지역별화력발전추가용량전망에따르면 2020~2030년사이 OECD+ 국가의신규화력발전의 90% 이상에 CCS가보급될전망이며, OECD+ 이외국가의석탄화력발전용량추가는 13) DOE/NETL, 2010, Report of the Interagency Task Force on Carbon Capture and Storage 14) 2 세대포집기술은기존상용기술 ( 예연소후포집기술인아민과암모니아, 연소전포집기술인 Rectisol 과 Selexol) 등의소재와공정을개량한기술들임 15) EOR: Enhanced Oil Recovery, EGR: Enhanced Gas Recovery 325

332 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 1/3수준으로감소하며이중약 30% 정도에 CCS가보급될전망이다 16). 2020년이전재생에너지와원자력추가용량은 50% 이내이며이후 2030년까지약 75% 를차지하는반면에, 석탄과가스발전추가용량은 2020년이전약 50% 에서이후 2030년까지약 26% 로감소할전망이다. 재생에너지와원자력기술과의경쟁으로위협이존재하나, IEA 450 ppm 시나리오에서 CCS가차지하는비중 19% 에는변함이없고이러한기술이동시에보급되어야 2050년 50% 온실가스감축이가능하다 ([ 그림 3]). 2009년 G8에서는 2010년 20기대규모실증사업을착수하여 2020년보급할수있게하는데합의함으로써 CCS의중요성이재부각되었다. < 표 1> 450 ppm 시나리오상연료와지역별화력발전용량추가전망 2008~2020 (GW) 2021~2030 (GW) 세계 OECD+ OME OC 세계 OECD+ OME OC 석탄발전 석탄발전중 CCS 가스발전 가스발전중 CCS 세계총발전추가용량 석탄과가스발전비중 (%) CCS산업은 2015년부터보급될것이며, 2020년 (100기) 이후발전부문에보급되면서 CCS 시장이급속히성장하여 2050년까지 3400기가보급되어 10.6 GtCO 2 를감축할전망이다. 2020년 CCS 산업시장은 OECD와 Non-OECD에서대등하게창출될것이며, 이후 Non-OECD의시장이더활발하게확대될것으로전망한다 ([ 그림 4]). [ 그림 4] 세계 CCS 보급전망 (IEA CCS TRM 2009) 2010~2050년사이 CO 2 감축에필요한 CCS 추가투자비는 US$ 2.5~3조이며, 이는 2050년 50% 온실가스총감축비용의 6% 에해당한다. 즉막대한추가투자비는국제적, 국가적차원의정책적결정없이는위협으로작용할수있다. 16) OECD+: OECD 국가와 OECD 국가가아닌 EU 국가포함. OME(other major economy): 브라질, 중국, 러시아, 남아공과중동국가. OC(other country): 기타국가 326

333 Ⅷ. 온실가스 < 표 2> CCS 산업시장성장추이및전망 구분 ~ CAGR 17) CAGR CAGR 2015~ ~ ~2050 CCS 사업수 / 기 % 9.5% 16.2% 투자비 /US $ 10억 ~ % 7% 14.2% 2010~2020년사이선진국은매년 US$ 35~40억, 개발도상국도매년 US$ 15~25억을투자해야만 CCS기술의조기보급이가능하다. CCS는비용이가장적은온실가스감축시나리오중효율향상 (38%) 다음두번째로큰감축수단 (19%) 으로발전, 산업및연료전환등 CO 2 배출이큰산업에보급될전망이다. 특히보일러와발전설비의수명이길어짐으로기존발전설비를개장 (retrofit) 하여보급하는 CCS 시장이클것이다. 450 ppm 시나리오달성에필요한연간 CCS 보급용량은 27.5 GW 정도이며, 이는매년 30 GW를건설할원자력발전시장과유사하다 ([ 그림 5]). 2050년총 CCS 추가용량은 1100 GW로연소후 CO 2 포집기술약 50%, 연소전 CO 2 포집기술 30%, 순산소연소기술이 10% 내외, 기타미분류된기술이약 10% 차지할것으로전망된다. 18)19) 탄소가격은저탄소에너지기술보급에중요한요소이고, 대부분의저탄소에너지기술은탄소가격이 US$ 25~75/tCO 2 가되어야보급될전망이다. 현시점에서의탄소가격은 US$ 10~40/tCO 2 으로낮으나, 2020년탄소가격은약 US$ 50/tCO 2, 2030년에는 US$ 110/tCO 2 로전망되므로 (WEO 2009), CCS기술보급에대한기회이다. 즉타기술과경쟁하기위해서는우선적으로 CO 2 저감비용을줄일수있는 CCS의기술개발에대한투자와이의실증이필요하다. [ 그림 5] 2050 년 450 ppm 시나리오달성에필요한기술별연간추간용량 (ETP 2010) 17) CAGR(Compound Annual Growth Rate) % = [{(Ending Value/Beginning Value) (1/# of years) }-1]x100 18) a) IEA/CSLF Muskoka 2010 G8 Summit CCS 보고서 ( b) GCCSI, 2010, Strategic Analysis of the Global Status of Carbon Capture and Storage, Report 5: Synthesis Report 19) GCCSI, 2010, The Status of CCS Projects, Interim Report,

334 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 지금은미래 blue ocean 시장에대비한 CCS산업시장형성을위해탄소가격책정과시장중심의메커니즘개발이필요하다. CCS 기술의보급을위해단 장기적으로다음 4개의주요장애요인 (CCS 시장형성, CCS 법과규제체계, CO 2 저장관련장기법적책임과대중수용성 ) 을국제사회가극복해야한다 경쟁동향분석 13) CCS 산업의기업간기술경쟁은주로 CO 2 포집기술에있으며, 수송과저장산업은성숙된산업이나 CO 2 수송저장관련법이나규정과장기저장에따른누출관련신뢰성이문제가된다. 따라서기술경쟁동향분석은포집기술에주로국한하여분석하였다. CO 2 포집기술은기존발전소 ( 석탄과가스발전 ) 를개장또는신규발전소에설치하는연소후 CO 2 포집기술과순산소연소기술이있으며, IGCC와같은신기술발전에적용될연소전 CO 2 포집기술이있다. 연소후포집기술은산업에적용한경험이풍부하고상업기술이존재하지만, 현재발전소적용을위한실증사업을계획하고있는단계이다 20). 암모니아의경우는 Alstom (chilled ammonia) 과 Powerspan (ECO2 process) 이있고, 아민경우는 Fluor (Fluor Econamine SM & FG+), MHI/Kansai Electric (KM-CDR), Cansolv (DC-101 & DC-103), Praxair (MEA-MDEA), Aker Clean Carbon process, HTC Purenergy/Doosan Babcock, KEPCO (Kosol-3 &4), ABB/Lummus가있으며, 고체흡수제의경우는 KEPCO (KEPCO 흡수제, KIER 공정과 KC Kottrell EPC) 가있다. 연소전포집기술은현재실규모발전소에적용하고있는습식상업기술이있으며, IGCC에적용이가능하다. 한예로 2000년부터미국 North Dakota Great Plain IGCC( 합성천연가스생산 ) 에 Rectisol Process를활용한 CO 2 를포집하여캐나다 Weyburn에 EOR 목적으로저장하고있다. 또한 UOP(Allied Chemical Corporation 개발 ) 의 glycol-based, two-stage Selexol TM process, Linde AG and Lurgi의 Methanol-based Rectisol process, Lurgi의 pyrrolidone-based Purisol process (N-methyl-2-pyrrolidone NMP) 그리고 Fluor의 polypropylene carbonate-based Fluor process가있다. 순산소연소의경우, 순산소연소발전시스템기술 (10 MWe scale) 공급사로 Alstom이독일 Vatenfall Schwarze Pumpe Pilot (30 MWth) 와프랑스 Lacq CCS Pilot (10 MWe) 를시공하였고, Doosan Babcock (10 MWe Oxy-pc), IHI & B&W 등이있다. 순산소버너기술및제작사는 Air Liquide, Linde LLc, Maxon-A Honeywell Co. 등이있다. CCS 산업은아직시장이형성되지않았지만초기시장을장악하기위해주요석유사와가스사 (BP, Texaco, Shell, Exxon, Chervron, Total, Statoil, IFP 등 ) 들이많은투자를하고있다. 기술공급자로서는 Alstom이연소전포집기술을제외한많은실증사업에관여하고있다. 현재로서는기술보유기업 ( 예 Fluor, MHI, HTC Purenergy, Shell's Cansolv) 들과주요발전사들이실증에참여하여보급을계획하고있다. 현재진행중인상업용대규모지중저장은 Statoil(Sleipner, In Salah), British Petroleum(In Salah), EnCana(Weyburn) 등다국적자원개발기업들에의해서이루어지고있으며, 이러한기업들의실질적저장기술에대한원천기술, 탐사, 모델링툴, 저장소엔지니어링기술 ( 심부탐사및시추장비와인력, 밀봉기술등 ) 은 Schlemberger와 Halliburton과같은전문기업이보유하고있다. 수송분야는포집및저장기술에비해상대적으로기술적장벽이높지않고특정업체가기술력을독점하고있지않다. 현재로서는관수송이대세이긴하지만선박수송이다음으로중요한 20) IEA GHG, 2009, "Evaluation of Novel Post-Combustion CO 2 Capture Solvent Concepts", Report Number: 2009/14 328

335 Ⅷ. 온실가스 CO 2 수송수단이될것이다. 선박수송에있어 CO 2 수송용선반건조는아직초기단계이며우리나라는 1~5위의조선사가있으므로이에대한정책적배려가있다면 CO 2 선박수송산업을주도할수있다 정책동향분석 21) 주요선진국들은 CCS를온실가스감축의핵심으로인식하고, 2020년보급을위한실증에경쟁적으로막대한예산을투입하고있고한편으로는비용저감을위한차세대기술개발을병행하고있다. < 표 3> 각국의정책동향 호주 브라질 2009 년 4 월 GCCSI 을창립하여 4 년간매년 100 만호주달러를투자 특히단기적으로대규모실증사업 (2020 년 ) 과관련하여국제협력을도모코자함. 또호주정부는 20 억호주달러를대규모실증사업에할당 Petrobras 석유회사는지속가능과기후변화계획에따라 2~4 개대규모실증사업에투자 캐나다 중국 유럽연합 (EU) R&D 와대규모 CCS 실증에각각 13 억과 25 억캐나다달러할당 중국민간기업컨소시엄은정부지원과승인을받은 GreenGen 사업추진 GreeenGen 은 2020 년경대규모실증을목표로 UK-China Near Zero Emission Coal(NZEC) 협약체결 EU 재정촉진패키지 (EU financial stimulus package) 에 7 개 CCS 실증을위한 10.5 억유로포함 이러한계획은 2009 년초 EU ETS 에서 300 만유로를 CCS 에융자하기로결정 프랑스 소규모실증사업개발중이며, 성능평가후격상실증추진예정 이태리 공기업인 Enel 은실증플랜트 1 개추진 스페인독일노르웨이남아프리카공화국 EU 재정촉진패키지로부터지원을받아순산소실증플랜트사업추진 2004 년이후공적자금 ( 민간출원 ) 200 만유로투자하여 CCS R&D 승인 독일주요전력공급사들은여러파일럿과실증사업추진하고있으며, 소규모실증진행중 1991 년이후석유 / 가스전운영에근해탄소세부과 [NOK 230(USD 40/MtCO 2)]. NOK 12 억 (USD 205 백만달러 ) 지원 Monsted 와 Karsto 사업주도적추진 2009 년 CCS 센터설립 년최소 1 기실규모 CCS 플랜트가동을목표로역량구축추진 2010 년 1 기대규모 CCS 실증추진으로 CCS 촉진 2009 년 4 월정부는 300 MW 이상신규석탄화력발전은최소한 CCS 21) ref 6 과

336 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 영국 미국 ready 발전으로건설제안 2009 년 5 월청정발전및 CCS 사업에 34 억달러설정 신석탄채굴방법에 10 억달러, CCS 에 800 백만달러, 산업부문 CO 2 포집에 15.2 억달러와 CO 2 재활용등에예산배정 일본 한국 2008 년이후 116 백만달러 (108 억엔 ) 을대규모실증사업에예산배정 2010 년 7 월국가 CCS 종합추진계획발표 차세대기술개발에 2400 억원, CCS 실증사업에 1 조 9200 억원 (2 기실증 ), 환경관리및기반구축에 1400 억원투자계획발표 G8정상은 2008년 6월에 2020년까지 CCS보급을위해 2010년 20기실증사업착수에합의하였고 22), Muskoka 2010 G8 정상회의에서 8 개국정부들은 266~361억달러지원으로대규모통합 CCS 실증 19~43기추진을선언하였는데, 한국의 2기가포함되어있다. < 표 4> 각국가와국제기수의지원및사업계획현황 국 가 현재재정지원선언 /US$ 10 억 2020 년까지실증선언한사업수 / 기 호주 2~6 3~5 캐나다 3.5 ~6 유럽연합 4~6 6~12 일본 0.1 1~2 노르웨이 1 1~2 대한민국 1 1~2 영국 11~ 미국 4 5~10 합계 26.6~ ~43 IEA는 CCS 상용화를위해 2015년까지현행규정을개정하고 2020년까지 CCS 상용화를대비한종합적규제체계마련을권고하고있으며, EU는 2010년까지 CO 2, CH 4 및 N 2 O 배출량을 1990년수준의 8%, HFC, PFC 및 SF 6 배출량을 1995년수준의 8% 를감축하기로합의하였다. 시사점은석탄화력발전에 CO 2 포집설비를설치함에따라연소후포집과연소전포집은각각 US$ 800~1300/kW과 US$ 600~800/kW 정도의투자비가증가한다. 추가투자비, 운영및관리비용증가로발전원가도각각 US$ 66/MWh와 US$ 40/MWh 만큼증가하여기존 CCS 설비없는발전원가에비해고가이다. 가스복합발전도포집설비추가에따라 US$ 550~650/kW 추가투자비용이발생하고, 발전원가도 US$ 44/MWh 만큼증가하여기존발전소와경쟁하기위해서는적정탄소가격이필요하다. 2021~2030년사이 CCS가보급될것이며, 이기간동안 OECD+ 와 OME에서 cap. and trade scheme이시행될것으로예측하고있고, 위험을감소하기위해정부의정책적지원으로 CCS 투자가이루어져야초기 CCS 상업화가가능할것이다. 22) ref 18 &

337 Ⅷ. 온실가스 기술동향분석 CO 2 포집기술동향분석 개발시기 CO 2 포집방법적용 CO 2 농도, 압력적용부문 1930대 아민흡수공정 3~25%, 상압 - 천연가스정제 - 식품가공등산업부문 1940년대 물리용매 25~70%, 약 100 bar - 천연가스처리 - 가스화기술 1950~60년대 흡착기술 - 가스정제및농축 1970~80 년대 분리막기술 < 표 5> 기존 CO 2 포집기술개발현황 기존기술은신규및기존화력발전소에적용할수있으나아직발전소규모 (300~1000 MW) 의실증계획단계로보급되기는시기상조이다. 산업부문에적용된 CO 2 포집설비용량은온실가스를감축할대표적발전소용량 (500 MW) 보다아주작기때문에상업화하기에는불확실성이크다. 기존포집기술을신규및기존화력발전소에적용할경우연소전 (IGCC) 포집비용은 US$ 60/tCO 2, 연소후포집비용중석탄화력은 US$ 95/tCO 2, 가스복합발전은 US$ 114/tCO 2 로예상된다 23). 기존포집기술을신규및기존화력발전에적용하면약 30% 발전효율이저감된다. 대규모발전및산업설비실증사업이국제적으로추진되고있다 ( 약 80기 ). 이중연소후포집기술이약 50%, 연소전포집기술이 30%, 순산소연소가약 10%, 기타분류되지않은기술이약 10% 정도이다 24). 2020년보급될기술은 [ 그림 6] 에서 Define" 단계이후 33개과제 ( 현재운영중인 9개포함 ) 일가능성이높다. 이러한실증사업이수행될지역은미국 (10), 영국 (4) 을포함한유럽 (12), 캐나다 (6), 호주 / 뉴질랜드 (5), 중동 (2), 한국 (2), 일본 (2), 노르웨이 (2) 등최대 43기를정부지원사업으로추진할것으로 2010년 6월 G8 정상회의에보고하였다. [ 그림 6] 세계 CCS 실증계획 (East Asia 는한국지경부실증계획임 ) 23) ref 13 24) ref

338 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 CO 2 수송기술동향분석 CO 2 는주로파이프라인 ( 또는관 ) 으로수송한다. 현재초임계 CO 2 관수송상용기술이있으며, 주로수송기술은오일 / 가스산업에서활용되고있다. 예로, 미국은 EOR 목적으로 5천만톤 CO 2 를약 5760 km 파이프라인으로수송한다. 장거리수송은선박수송이현실적이다. 현재소규모 1만톤급이하의수송용선박이있고, 향후대규모수송용선박 (10만톤급) 건조가필요하다. 장거리수송 ( 항구에서근해저장소또는항구에서항구까지수송 ) 은선박수송을선호할것으로예측된다. 다른한편으로국경사이의 CO 2 수송관련법과규정제정이필요하다 CO 2 저장기술동향분석 CO 2 지중저장시장의확대 성장및관련분야의기술혁신이지속될것으로예측되고있다. 미국 / 일본 / 유럽의경우대규모지질자원개발회사 (Schlumberger, Halliburton 등 ) 에서관련원천특허를보유하고있으며, 이들은기술을이전하기보다는서비스일체를판매할것으로예상된다. 이럴경우비용의증가와더불어기술종속, 기술격차증가등이예상된다. 25) 저장분야의핵심이라고할수있는저장소탐사기술, 시추기술, 탄성파모니터링기술등을국내기업에서보유하고있는반면, 기타거동예측, 수치모델링기술등의분야는실증전의연구단계에머무르고있다 Non-CO 2 기술동향분석대표적인분해기술로연소, 열분해, 화학적분해, 플라즈마분해방식이있으며, 미국, EU, 일본등의선진국은 1990년대중 후반부터선행연구를시작하여이미상당한진척을이루고있다. N 2O 분해를위한사업은일본과유럽에서촉매를이용한 N 2O 분해연구를수행하고있고, 최근 Hydrotalcite 화합물을전구체로하는연구가급격히증가하고있다 산업의미래패러다임변화 (ETP 2010) 기후변화에따른지구온난화를방지하기위해 2050년도기온상승을 2 이내로억제하기위해서저탄소에너지기술보급이시급한실정이다. 효율향상 (38%) 다음으로온실가스감축잠재량이큰 CCS (19%) 의보급은미래에너지안보와경제성장의주요한역할을할것이므로선택이아닌필수사항이다. IEA 450 ppm 시나리오에따르면재생에너지 (17%) 와원자력 (6%) 의투자및보급확대에따른 CCS 시장의위축은없다. 2020년에 CO 2 배출이정점 (30.7 GtCO 2 ) 을이루고이후감소하는것이 IEA 450 시나리오에나타나고있다. 앞으로 CCS 설비가없는신규화력발전시장은 2020년이후더이상볼수없을것이고, 2015년이후발전사업관련국내업체도더이상기존발전기술만으로국제발전시장에진입할수없을것이다. CCS 시장은 2015년부터시작되어발전부문의경우 2020년부터본격화될것이므로 2010년이후건설되는발전소는최소한 CCS Ready 발전이되어야할것이다. 즉 2012년이후 EU 신규석탄발전소건설시 CCS Ready 의무화가추진되고, 2020년이후 OECD 국가의신규화력발전은 CCS 설비가의무화됨에따라기술공급자들은 CCS기술없이는화력발전소건설이불가능하다. 25) 한국지질자원연구원기획보고서 이산화탄소포집시설인근지중저장탐사및평가기법개발 (2010.3) 332

339 Ⅷ. 온실가스 CCS설치에따른화력발전의효율감소 ( 약 30%) 로인해향후발전효율이크게향상된화력발전소신규건설이필요하며, 효율이낮은발전소는폐지되어야한다. 기후변화대응이국제사회의최우선의제 로부상되는가운데온실가스에대한의무감축이국제무역장벽이되는상황이므로산업전반에걸쳐자발적감축노력이필요하다. 현재국내에서추진되고있는 non-co 2 관련 CDM 사업 (F와 N 2 O 가스 ) 은대부분외국기술에의한저감기술로추진되고있는상황으로배출되는탄소배출권의국내확보양은크지않으므로순수국내독자기술을활용하여탄소배출권을안정적으로확보해야한다. 333

340 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2 온실가스산업내부역량및핵심이슈분석 2.1. 온실가스산업에서우리나라의현주소 (As-Is) 국내 CCS 산업은연소후포집기술 ( 건식및습식아민흡수기술 ) 만이 pilot plant 실증단계 (10 MW) 에진입하였으며, 다른기술들은핵심기술개발단계이다. 즉 CCS 산업은전반적으로능력배양을위해노력하고있는단계이다. CCS기술의포집, 압축, 수송, 저장기술은산업부문에적용된상업기술이존재하지만국내산업이관련된것은극히제한적이며기술을보유한기업도없다. 다만 CO 2 감축목적으로 CCS기술이산업에부각된것은 2000년초반으로, 국내 CCS산업육성과조기실증에기업이참여할경우국제경쟁력을확보할수있다고판단된다. CO 2 포집기술의경우국내기업들은기존포집기술에대한기술력은거의없지만신포집기술에대한수준은국제적으로유사하므로국내기업들이정부지원사업에적극적으로참여하여기술을습득하고, 또대규모실증사업참여로기술력을확보하여미래시장을개척해야할것이다. CO 2 압축기술과관련해서는삼성테크윈등이관심을보이고있으며이외도현대중공업등이 CO 2 포집기술에관심을갖고있다. CO 2 포집기술 연구기관 국내참여기업 건식 CO 2 흡수기술 흡수제 : 한전전력연구원공정 : 한국에너지기술연구원 한전및발전 5사, KC Cottrell, 토다이수, KEPCO E&C 습식아민 CO 2 한전및발전5사, POSCO 건설, 연소후한전전력연구원흡수기술대림산업, KEPCO E&C CO 2 HTC 아민기술두산중공업 (license 취득 ) 포집암모니아기술포항산업과학연구원 POSCO 습식탄산칼륨 CO 2 흡수기술 한국에너지기술연구원 대우조선해양 ( 주 ) 연소전 CO 2 포집 연소중 CO 2 포집 건식 CO 2 포집기술 막분리 순산소연소 매체순환연소 < 표 6> 국내 CO 2 포집기술현황 소재 : 한전전력연구원공정 : 한국에너지기술연구원통합공정 : 고등기술연구원금속막 : 한국에너지기술연구원고분자막 : 한양대학교 한전전력연구원 소재 : 한전전력연구원공정 : 한국에너지기술연구원 한전및서부발전 ( 주 ) 효성에바라 한전및남동발전 ( 주 ), 대성산업가스, 두산중공업, KC Cottrell 한전및발전5사, 대구도시가스, 맵구 ( 주 ), 넥스컴 ( 주 ) CO 2 수송기술의경우한국은엔지니어링및조선산업강국이며, 수송선, 프랫폼건설등인프라구축관련업계로는현대중공업, 대우조선해양, 삼성중공업, 한진중공업, STX조선해양이있다. 한국가스공사 (KOGAS) 는총연장 2800 km LNG 파이프라인을운영하고있고, 한국석유공사 (KNOC) 는포항과울릉분지 68 km 천연가스및원유수송관운영을하고있다. CO 2 저장기술관련한산업체로는석유공사가지층평가, 시추공정등의기술을보유하여저장분야사업을주도할수있는역량이타업체에비해앞서있고일부기술은실증단계에와있다. 국 334

341 Ⅷ. 온실가스 외원유 / 가스전시공업체로는삼성엔지니어링, 대림건설, 대우건설및현대건설등이있으며전기사업자와에너지사업자 ( 한전및발전사, 포철, 가스공사, SK, LG 칼텍스등 ) 의참여가기대된다. 석유공사는 2009년부터자체및정부지원을통하여국내육해상분지의 CO 2 지중저장잠재량 (potential) 탐사사업을참여하여국내저장후보지조사및저장용량평가를수행중이다. 26) 한전및발전사는 2009년부터자체및정부지원사업일환으로지중저장사업에참여하고있고, 저장관련연구기관으로한국지질자원연구원과한국해양연구원이있다. 반도체생산공정의 PFCs 분해처리공정은이미선진국수준에근접해있으며, 대체물질개발, 공정개선등의연구가진행되고있다. N 2 O 분해연구의경우사실상국내에서는매우미흡한상태이고현재실용화관점에서보면기업의사업적환경이아직조성되지않았으나조만간 N 2 O 규제방안이도입될것으로예상되므로 N 2O의저감기술개발과이의실용화를위한공정적용기술의개발은매우시급한당면과제이다. 이에대해한국화학연구원, 한국에너지기술연구원등에서 Non-CO 2 원천기술을개발중에있다. 27) 글로벌시장포지션 CCS 글로벌시장은아직형성되지않은상황이고, 미래시장은 2015년~2030년사이주로 OECD국가를중심으로형성될것이며, 이후는 Non-OECD로확산될것이다 ([ 그림 4] 참고 ). CCS 기술력도 2030년까지 OECD 국가중심으로경쟁할것이며, 2020년이후 Non-OECD 국가로서서히기술이전이진행될것이다. GCCSI 보고서에 28) 따르면각국정부가지원하는대규모통합 CCS실증으로 19~43개사업이계획되고있다 ([ 그림 7]). 한국은연소후포집기술 ( 건식및습식 ) 이 Define 단계에있으며, 연소전포집기술과연소중포집기술은 Evaluate" 단계에있다. Evaluate 단계에있는사업에투자와기업참여가있다면 2020년이전최소 2기실증이가능하며, 이러한경험을바탕으로초기 CCS시장진입이가능하다. 현재국제사회에서 CCS 분야한국의위상은 G8 수준으로볼수있다. [ 그림 7] 수행또는계획중인대규모통합 CO 2 포집설비, 저장타입및지역 26) 석유공사는 2010 년국토해양부의 국가 CO 2 폐기물저장지도구축및실증부지선정 과제등을착수하였음 27) 지식경제부는기획연구를통하여 Non-CO 2 온실가스 (F-Gas 및 N 2O) 저감및분리 회수기술개발 과제 ( ~ ) 를선정지원하고있음. 28) ref

342 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 핵심역량보유수준평가현재까지 CCS 요소기술확보위주의 R&D가진행되어 CCS 기술의완성및개발된기술에대한실증이미흡한상황이다. CCS 기술개발및상용화를위한제도및지원체계또한부재이거나미비한상황이다. CCS기술은 CO 2 포집비용저감과 CO 2 저장의신뢰성이중요하다. 특히 CO 2 포집기술의보급을위해서는포집비용저감과대규모실증이필요하고, 대규모실증에대한 incentive가아직없어재원마련에어려움이있다. CCS 기술은인위적으로만들어지는미래시장에의존하며 2015년부터형성될예정이다. GCCSI보고서 (2009) 에따르면선진국들은 1-2세대기술의소규모실증단계에있으며대규모실증을계획하고있다 ([ 그림 6]). 3세대신기술에대한기술개발현황은 OECD 국가들이매우유사하다. 다만한국은 3세대기술인건식 CO 2 포집기술에대한실증계획을타국가의기존기술실증과유사하게진행하고있어동분야세계기술을선도하고있다. CCS 포집과압축및수송은각각일반화공플랜트및 LNG 수송과유사하다. 이러한측면에서 EPCM은강하지만, 엔지니어링능력이전반적으로약한것으로분석된다. 이는초기연구개발단계에기업의참여가부족한현상중하나로향후기업들의적극적참여유도가필요하다. < 표 7> 은 CCS 기술의국내외기술수준을비교한것이며, 이를바탕으로국내산업의핵심역량을 < 표 8> 에분석하였다. < 표 7> CCS 기술국내외기술수준비교 ( 국제, 국내 ) 보급단계 실용화단계 시작품단계 실험단계 기초연구단계 TRL 단계 연소후포집기술연소전연소중 CO 2 CO 2 수송포집포집압축건식습식관선박 지중저장 사업화 9 EOR 시제품인증시제품신뢰성평가 시제품성능평가 부품 / 시스템제작 부품 / 시스템성능검증 순산소 4 매체 순환 대염수층 대염수층 기본성능검증 3 개념정립 2 기초시험 1 산업 336

343 Ⅷ. 온실가스 < 표 8> 국내산업의핵심역량분석 CCS 핵심역량항목 산업인프라 핵심기술 ( 설계 / 제작 / 운영 ) 연구개발 수준대비열위동등우위 Gap 분석 제조설비 CO 2 포집플랜트제작기술 / 설비보유표준화공정 수송관내부식소재등은부족기술인력 LNG 해상플랜트건설및선박건조등은우세부품소재국산화율 저장주입관설치기술미비 소재 설계 Tool 및 DB 엔지니어링및설계제작 / 가공 / 조립플랜트토건 / 설치시운전및 O&M 개발비 / 제도지원 성능시험 / 신뢰성평가실증및상용화지원 설계및엔지니어링기술은초보단계이지만국제적으로유사 설치, 제작및운영기술은경쟁력을확보하고있음 CO 2 포집기술연구개발강화추세 연소후건식기술은세계기술선도 연소후습식아민기술은소재면에서국제경쟁력확보 시장점유율잠재량 연소전포집기술연소중포집기술수송기술저장기술 연소후포집기술 CO2 포집기술은 KEPCO 브랜드로진출 선박수송및관수송에대한설비제작능력보유 국내 CCS 기술홍보에좌우 2.2. 핵심이슈분석 1) 정책적 / 제도적측면 CCS 기술은인위적미래시장으로국제적으로 2015년부터형성될예정이고, 각국정부들은 CCS를국제사회에서온실가스감축수단중하나로인정하는노력이필요하다. CCS산업이상용화되기위해서는탄소가격책정과시장중심의메커니즘개발이필요하며, 단기 장기적으로다음 3개의주요장애요인을국제사회가극복해야한다. 첫째로탄소가격과 CO 2 감축장려에대한기후변화정책부족으로인한조기 CCS시장형성이지연되고있다. CCS 법과규제체계에대해서는 CCS 개발수용, 인류건강및환경보호, 대중에게 CO 2 저장의안전 (safety) 과안정 (security) 에대한신뢰성을제공할수있도록 CCS에대한제도적장치가필요하다. 둘째로 CO 2 저장관련장기책임 ( 폐저장소관리및책임, 손상및손실에따른보상등 ) 과관련한명확성이요구된다. 마지막으로 CCS 전주기에대한대중수용을위한정보, 교육및홍보관련통합시스템구축으로대중이해증진및지역사회와 CCS 사업자간의신뢰구축을위한문제점제기와대중설득이필요하다. 337

344 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 2) 기업전략적측면국제기업들은다음과같은사항을국제사회에요구하고있다. 2015년부터운영될 20기 CCS 실증사업가속화와 2020년 100기 CCS 보급필요성을요구하고있고, Post-Kyoto 협약에의한선진국과개발도상국모두에게 CCS 기술사용을촉진하고있으며, 각국정부는자금조달메커니즘의개발및기반을제공하고, 이산화탄소의국가간유출입을지원하는규칙이포함된규제와인센티브기반구축필요성을강조하고있다. CCS 기술의비용과성능향상을도모하도록분위기조성및대규모지중저장소의개발과탐사를시행하고, 국민의이해와동의가필요하므로지식의공유와전파가필요하다. CCS 미래시장에대비국내에서추진하고있는 R&D에적극참여하여자체기술력을배양함으로원천핵심기술을확보하고미래시장경쟁력을향상시키는전략이필요하다. 기존기술의초기시장이 2015년부터열릴것에대비해외기술보유기업과전략적제휴로중간진입전략모색이필요하다. 발전산업에서 CCS 시장은 2020년에본격적으로시작될전망이며, 발전산업과유사하게 CCS 설비의제품수명이길고 (40-60년) 투자회수기간이길지만지금부터지속적인설비, 인력및기술개발에투자하여전문가양성과기술력을확보함으로써, 예상되는기술장벽과초기시장진입장벽을극복해야한다. 3) 기술적측면 29) 현재까지선진국기술의 catch-up과 CCS 요소기술확보위주의 R&D가진행되어 CCS 기술의완성및개발된기술에대한실증이미흡한상황이다. CCS기술은 CO 2 포집비용저감과 CO 2 저장의신뢰성이중요하고, 특히 CO 2 포집기술의보급을위해서는포집비용저감과대규모실증이필요한데, 대규모실증에대한 incentive가아직없어재원마련의어려움이있다. 석탄화력발전에 CCS를보급하는데에는다음 3가지주요이슈로인해준비가미흡한상태이다. 대규모실증의필요성과 CO 2 포집에따른에너지소모과다로인한상당한발전효율감소그리고규모격상이성공적이라해도현기술수준에서는경제성이적다는것이다. CO 2 포집 ( 주로재생에너지 ) 및압축에따른과다보조전력소모, 발전소와 CO 2 포집설비의통합, CO 2 포집설비의오염가스영향, 물소모증가, 순산소연소의비용효과적산소공급, 추가부지과다등의장애요인이있다 연소후 CO 2 포집기술연소후건식 CO 2 포집기술은혁신기술이고, 국내고유기술로국제기술을선도하고있다. 투자비, 부지, 에너지소모및발전효율저감, 물소모등이기존기술에비해적을것으로전망되며재생에필요한에너지는기존습식아민기술과유사하다. 현재국내에서세계최고규모인 0.5 MW 포집플랜트를운전중이고, 에너지소모저감, 수분및환경오염가스영향, 반응열제어등의개선여지가있다. 연소후습식아민 CO 2 포집기술은가장경험이풍부하며, 대부분의실증사업에이러한기술을사용할것으로예상된다. 현수준의습식기술은투자비, 소요부지, 오염가스영향, 에너지소모및발전효율감소가크고, 대부분의에너지소모는재생에너지와관련됨에따라이를저감하려는노력을강구중이다. 습식아민공정은상용화에가장가까운기술이지만 DOE 목표 (COE 증가 30% 29) ref

345 Ⅷ. 온실가스 미만, 발전효율하락 10% 미만 ) 에비하면 CO 2 저감비용이아직높고, 에너지소모를줄이기위한아민소재와공정개량 / 개선이필요하다. 현습식아민 CO 2 포집기술을석탄화력발전소에적용하면발전원가 (LCOE) 가 80% 증가되고, 30% 의에너지가추가로소모된다. 연소후습식암모니아 CO 2 포집기술은연소후습식아민과유사하다. 타습식기술과비교하여흡수제재생에너지가상대적으로작으나흡수제냉각등으로장치가복잡하며암모니아 slip으로인한 2차오염의우려가있어이에대한개선이필요하다 연소전 CO 2 포집기술본기술은 Selexol 공정기준으로발전원가는 40% 증가하고 20% 에너지가추가로소모된다. 석탄가스화복합발전용으로는 Selexol 공정이, 산업용 (coal-to-liquid, 합성연료등 ) 으로는 Rectisol이각각탈황및 CO 2 포집에적합한것으로알려졌다. IGCC의투자비는일반석탄화력발전소보다고가이나, 연소후습식 CO 2 포집기술에비해상대적으로경제적이다. 재생에너지소모는적으나 WGS과정에서에너지소모가많다. PC + CCS와경쟁하기위해서는 IGCC의이용율, 신뢰성을포함한효율을향상시킬수있는방향과 CO 2 포집비용저감노력이필요하고, 물리흡수기술을대체할수있는고체흡수제와막분리기술을개발중에있다 연소중 CO 2 포집기술기존심냉공기분리기술을적용한순산소연소기술은 60% 발전원가증가와 25% 에너지추가소모를동반한다. 당면이슈로는심냉공기분리기술의에너지소모과다, 보일러공기침투, 고농도 CO 2 기류의과잉산소등이있고, 또 70-80% 의배가스를순환시켜보일러과잉온도를제어해야한다. 따라서연소후습식아민기술대비이점도제한적이다. 매체순환연소기술은공기분리기나 CO 2 포집설비없이 CO 2 를고농도로분리하는기술로두개의유동층반응기로구성된시스템은연소후건식 CO 2 포집기술과유사하고, 고체 / 기체연료에적용가능하며, 아직초기기술개발단계이다 수송기술및저장기술 수송과저장기술은저장소의위치에따라좌우되며, 기술적이슈보다는법과규제, 장기저장관련신뢰성확보가주요이슈이다 Non-CO 2 F-gas의대체물질과 N 2 O 발생저감및분해할수있는기술이개발중이며, 이슈가상대적으로적다. 339

346 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3 온실가스산업 2020 비전 / 목표및유망제품 / 부품도출 3.1 전략적시사점 CCS는기후변화대응이국제사회의최우선과제로온실가스에대한의무감축이국제무역장벽으로작용하고있다. 유럽은신규석탄발전소건설시 CCS Ready를의무화하고있어 CCS 없이는향후석탄화력건설이불가능하다. G8 정상회의에서최소 19기, 최대 43기의대규모 CCS 프로젝트추진을선언하였고, 우리나라도 1~2기가추진예정이다. CO 2 포집기술은선진국수준으로건식및습식 CO 2 포집을위한고유기술을확보하였고, CO 2 수송기술은우리나라가세계최고의조선건조기술을보유하고있기에경쟁력을갖고있다. CO 2 저장및 Non-CO 2 부분은선진국대비 60~70% 수준이고, 수치모델링및환경영향평가기술은취약하다. CCS는국가에너지안보와경제성장에반드시필요한산업으로 CCS 시장은 2015년열리기시작하여 2020년발전부문에본격적도입으로보급확대가예상된다. 온실가스감축에대한정책및제도미약등시장메카니즘개발이필요하고민간투자유도책마련이시급하며, 기존상용급기술에대한대규모실증을통하여신뢰성확보가필요하다. 국내독자적기술개발과실증으로국내온실가스감촉목표달성에기여 (2030년 3천만톤 CO 2 감축 ) 할뿐아니라 blue ocean인국제시장의진출기회가있다. 30) 또한국내반도체산업등에적용될수있는 Non-CO 2 저감기술개발도필요하다 SWOT 분석을통한전략적시사점 국외환경요인 국내역량요인 시장 기술 강점요인 (S) 산업별 CO 2 배출지속적증가 CCS 산업기후변화경제적비용저감기여 정부주도업종별온실가스저감대책반가동 End-user( 발전사 ) 의적극적 인연구개발및투자증가 지중저장에관한 실증적 수 요증가 정부상용화 로드맵에 의해 기술개발경쟁분위기조성 CO 2 포집 일부 핵심 기술 (Advanced 아민흡수제, 건 식포집, 연소전포집및매 체순환연소 ) 국제기술선도 CO 2 포집설비운영경험보유 CO 2 선박수송및유사액화 플랜트기술확보 관련기술 분야 국제적 협력 체계구축 시장 기술 약점요인 (W) 금융위기및경기침체로 CCS 관련투자위축 CO 2 규제및정책미확정 CCS 시장의불확실성으로민간투자기피 CCS 설치에따른막대한추가비용발생 F- 가스및 N 2O 처리해외기업의국내독점력강화에의한시장종속 기초기반기술구축과실증인프라부족등기술격차존재 CCS 실증경험부족 CO 2 저장소부족및관련기술확보미흡 CO 2 수송및액화관련기술부족 CCS 기술의홍보부족 F- 가스및 N 2O 처리요소기술수준선진국대비미흡 표준 표준화초기단계로표준화기회요소많음 표준 기술개발및표준화연계미흡 30) 국내온실가스배출량은세계배출량의약 2% 수준으로, 국제 CCS 시장개척을위한투자가바람직 340

347 Ⅷ. 온실가스 기회요인 (O) 위협요인 (T) 시장 기술 표준 시장 기술 표준 국제금융위기로 CCS 관련투자기피에따른시장선점가능 저탄소고효율기술개발필요성확대및관련분야의급신장 CCS 시장의지속적확대및통합실증계획추진 화석연료의존도및화력발전설비투자지속적확대 친환경기술요구증가 원천기술개발기대감증대 가스회수 / 분리 / 농축및정제 / 재사용으로기술의트렌드변화 기술개발단계로서표준화수준낮아선점용이 온실가스의무감축이국제무역장벽으로발전 CCS 시장선점을위해주요선진국정부주도실증사업에전략적투자확대 Post-Kyoto 대비국가전략미비 CCS 기술조기보급목표로정부주도대규모실증및혁신기술병행추진 경직된 R&D 체계 CCS 실증경험부족 연소전 CO 2 포집상용기술운전중 CO 2 재이용상업기술 (EOR /EGR) 운전중 기술전반에관한표준화시도본격적이지않음 국제공동시범사업을통해표준화활동진행 <S-O 전략 ( 확장전략 )> 저비용 CO 2 포집기술개발에 집중 핵심기술의조기상용화 대외기술시장창출 발전부문뿐만 아니라 산업 부문 CCS 확대 국제적협력관계구축을통 한선진기술의도입 국내기술의표준화 조기 추 진및확립 현황분석에의한우선순위 : 1 < ST 전략 : 다각화전략 ( 강점사용 - 위협회피 ) > 국내유관기관과의제휴강화 국내고유혁신기술조기실증 혁신연구분야의과감한추진 RDD&B 에입각한기술개발 국제적협력관계강화및기술도입을통해시간적격차를최소화함 CDM 사업이가능한 Non-CO 2 분야추진 현황분석에의한우선순위 : 2 <W-O 전략 > 실질적인사업계획및집중투자를통한기술격차해소 정부투자또는컨소시엄형성을통한실증재원확보 핵심분리회수기술확보로저장소보유국과의협력강화 ( 기술 trade 를통한 win-win 전력구사 ) 지중저장관련기술전략상의획기적진전및예산확보 교육 / 파견을통한전문인력양성 / 확보 대국민홍보기능강화 현황분석에의한우선순위 : 3 < WT 전략 : 방어적전략 ( 약점최소화 - 위협회피 ) > 자체 R&D 능력배양 인센티브부여를통한 End-user R&D 활성화및실증장려 해외기관과전략적제휴및국제협력강화로 CCS 실증참여및저장소해결책강구 WO/SO 전략활용현약점이상업적단계의약점으로본격적노출이전단계에극복 현단계는국내약점이본격적인상업적약점으로진행되지않은단계 유럽가스회사및일본컨소시움에의해진행되는회수 / 농축 / 분리장치개발에대한국내 Post-Kyoto 의정서에대처전략수립 해외공동개발확대를통한선진기술공유 한중일제휴를통한동북아중심의표준화추진을통하여미국유럽기업의시장주도저지 표준특허에대응한정보및정책수립 현황분석에의한우선순위 : 핵심이슈해결방안 CCS 보급을위한대국민수용성, 법 조세 금융지원, 규제및지침, 인력양성방안등이구축되어야하고, CCS 기술개발및상용화를위한제도및지원체계가마련되어야한다. 산학연의기술역량을총체적으로결집한범부처연계협력체계구축이필요하다. CCS 비용절감을위해핵심원천기술개발을위한체계적인 R&D 투자와정부주도의대규모실증프로젝트추진및국제공동프로젝트참여를통해 CCS 기술의조기상용화및 CCS 신산업초기시장선점을위한기반마련이필요하다. 국내고유혁신기술에대한투자와조기실증으로국제시장에진출한다. 341

348 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 3.2. 온실가스산업의 2020 비전및목표 비전은 2020년세계 CCS 기술강국 5위도약이고, 정량적목표는 2020년까지 100~500 MW CCS 통합실증 2기완료와 CCS 산업수출 1.2조원달성이다 ( 세계시장점유율 10% 달성 ) 온실가스산업유망제품 / 부품 온실가스산업유망제품 / 부품선정기준우선가장 CO 2 배출이큰부문과 2020년이후시장규모를고려하였다. 매력적인면에서는 2020 년경상업보급가능성 (scale-up), 비용및성능경쟁력, 잠재시장의상당한점유가능성을보았고, 산업적합도면에서는국내고유기술로국제기술선도및국제경쟁력확보가능성과라이선스비용을지불하지않고외국기술도입 ( 기술국산화 ) 을고려하였다 CO 2 포집기술 2020년까지대규모 (100~500 MWe 급 ) 실증가능한기술이고, 투자비, 부지, 오염가스영향, 발전효율감소및에너지소비, 물소모등에대해기존기술 ( 연소후 : 기존 MEA, 연소전 : Selexol과 Rectisol) 대비경쟁력있는기술이어야하며연소중포집기술은연소후포집기술중기존 MEA 와경쟁력이있어야한다. 또한, 기존발전및신규발전과석탄화력, 가스화력발전및산업에적용가능한기술이어야한다. 따라서, 우선순위는연소후포집 > 연소전포집 연소중포집이고, 적용우선순위는연료의경우석탄 > 가스 > 기타이며, 산업의경우기존및신규발전 > 산업체순이다 CO 2 수송기술선박용수송에국한하고, 2020년이전대규모 CCS 통합실증완료가가능한수송관련기술이다 CO 2 저장기술 CO 2 저장기술은크게지중저장과해양저장이있으며, 이중현재개발및실증중인기술은지중저장기술이다. 지중저장기술중에서대염수층저장, 폐유전및폐가스전, 유전 (EOR) 및가스전 (EGR) 이있고, 우선순위는대염수층 > 폐유전및가스전 > EOR > EGR 순서이다. 2020년이전대규모 CCS 통합실증완료에적합한저장관련기술과포집된 CO 2 의재활용및전환이가능해야한다. 기타퇴적층과석탄층은우선순위에서제외한다 Non-CO 2 기술 Non-CO 2 는국내외 CDM 사업추진시 UNFCCC에서승인된방법론에부합되는기술이다 온실가스산업유망제품 / 부품도출 3.3.1항의유망제품 / 부품선정기준과시장, 글로벌확장성, 지속성개념의산업매력도와기술, 사업환경및한국적특수성을고려한적합성의관점에서온실가스산업의 6대유망제품 / 부품을 [ 그림 8] 과같이도출했다. 342

349 Ⅷ. 온실가스 [ 그림 8] 온실가스분야유망기술선정기준 도출된기술은연소후 CO 2 포집기술, 연소전 CO 2 포집기술, 연소중 CO 2 포집기술, CO 2 저장기술, CO 2 선박수송기술, NOx/N 2 O 동시처리기술이다. 343

350 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 4 산업전략 4.1. 온실가스산업전략단기전략은기존발전및산업적용가능한연소후 / 순산소포집-수송-저장기술개발실증에집중하고, 장기전략은차세대발전 (IGCC) 에적용가능한연소전포집-수송-저장에집중한다. 또한포집된 CO 2 의고부가가치산업활용및국내외지중저장에있고, 정부주도실증사업추진을통한상업화조기달성및선진기술자립에있다 유망제품 / 부품별전략과제 연소후 CO 2 포집기술공급체인상의중요도를감안할때흡수제제조, 공정설계기술, CO 2 흡수실증플랜트등의 R&D 지원이크게필요하다. 세부적으로는연소후흡수플랜트부문에서상당한 Supply Chain 공백부문으로나타나는공정설계기술과플랜트엔지니어링부문의업체기반및기술수준확보가요구되고, Supply Chain 중 CO 2 흡수실증플랜트등에서설비부족과인력부족등생산인프라미비에대한보완이필요하다. 2020년국제 CCS 시장진출을위해 CO 2 포집비용을기존기술에비해혁신적으로저감하고, CO 2 포집규모는 10 MW(2014) 와 100~300 MW급실증완료 (2018년) 를목표로기술개발이필요하다. 건식흡수기술은혁신기술로서기존기술의문제점 ( 포집비용등 ) 을극복해야하는데, 국내기술인한전전력연구원의흡수제와한국에너지기술연구원의공정기술로국제기술을선도할수있을것이다. 이를위해남부발전 ( 주 ) 에서단계적인실증사업을하동화력 0.5 MW(2011) 10 MW(2014) 삼척화력 300 MW(2018) 로추진할계획이다. CO 2 포집비용은기존기술의 1/2 이하달성 (< US$ 30/tCO 2, 2018년 ) 을목표로하고, 기존습식기술대비투자비 20~30% 및소요부지 30~50% 감축을목표로하고있다. 습식아민흡수기술은국내외적으로가장잘알려진 CO 2 포집기술로서 KEPRI 는세계최고수준의습식흡수제 KoSol을독자개발하여, 현재흡수제성능향상에주력하고있다. 이를위해국내독자핵심기술확보가가능토록습식신흡수제및공정개발과실증완료 (500 MW, 2018년 ) 에주력하고있다. 향후 CO 2 포집비용은 US$ 60/tCO 2 에서 US$ 40/tCO 2 (2018년) 으로절감하는목표를세우고있다. 이에대해중부발전 ( 주 ) 보령화력에 0.1 MW(2011) 10 MW(2014) 500 MW(2018) 의단계적실증을추진하고있다 연소전 CO 2 포집기술연소전 CO 2 포집기술에서는 IGCC에연계할수있는 CO 2 포집기술및핵심공정의실증이필요하다. 고체흡수기술분야는핵심요소기술인고체 CO 2 흡수제, WGS 촉매, 오염가스정제용흡수제단위공정개발을동시에추진하고이와병행하여국내에서활용가능한가스화기를이용하여 0.3 MW와 3 MW 규모의단계적통합공정기술개발을완료후최종적으로 300 MW 가스화기에연계하여실증해야한다. 가스화연계분리막공정에서는단기적으로단위공정개발, 중장기적으로는공정실증및상용화공정개발이필요하다. 연소전 CO 2 분리막공정, 동시공정모듈등은기술확보가미흡하여 R&D 강화가필요하고, 흡수제제조및공급은 Supply Chain 상민간주도 344

351 Ⅷ. 온실가스 기술확보가필요하며, Supply Chain 중엔지니어링기술, 통합시스템등에서설비부족과인력부족등생산인프라미비에대한보완이필요하다. 반응분리동시공정, 동시공정모듈, 분리막개발통합시스템등은공급체인상중요도나연관업종간협력필요성이높아우선적으로 연관업종간협력확대 를유도하고, 연소전 CO 2 포집플랜트의 R&D 지원및부품모듈화와부품소재육성에대한정부지원이요구된다 연소중 CO 2 포집기술연소중 CO 2 포집기술분야에서는 Supply Chain 중에서전기 / 스팀생산공급부문기술확보가필요하고, 연료공급, 플랜트제작, 지역도시가스공급등은민간주도로추진할필요가있다. Supply Chain 상공백이큰순산소연소플랜트분야의보완이요구되고, 전기 / 스팀생산공급, 매체순환연소플랜트등에서설비부족과인력부족등생산인프라미비에대한보완이필요하다 CO 2 저장기술지층평가및시추공정관련제품은세계적인선도기술을보유한제품도있기에자체보유기술을이용하여국제공동기술개발을추진함으로써시장점유율을점차확대할필요성이있다. 시추관련공정및설비등의제품은지층평가패키지에비해상대적으로산업매력도는높지만적합성이다소낮아국내와해외선진기술보유국과의공동기술개발및상용화추진의필요성이있다. MMV 관련제품은전세계적으로선도국가들이대부분실증단계에있기때문에국제공동기술개발을통하여시장점유율확대가가능하다. 31) 이산화탄소를이용한회수증진기술 (EOR, EGR, ECBM 등 ) 은주요선진국의기술수준이이미상용화단계에있는제품군으로서, 향후 10 20년까지도상업적활용성이높음에도불구하고국내의기술수준이세계적으로선도하기에는힘든분야이므로, 산업매력도에비해적합성이현저히떨어진다. CO 2 저장기술의구체적산업화전략으로는 2014~2015년사이 1 MtCO 2 저장소를확보하고, 국내 CO 2 포집실증사업과연계한통합 CCS실증을실시한다. 세부소요일정은부지탐사 ( 13), 저장소설계 / 시공 (2014~2017) 과주입 (2017~) 으로추진한다 CO 2 선박수송기술 CO 2 선박수송의체계적인개발을위해유사사업군인천연가스수송의경우를보면, LNG액화플랜트-LNG수송선박-LNG수입터미널 ( 저장 ) 의체계를갖추어야선박수송이가능하다. CO 2 선박수송의경우에도액화플랜트와저장터미널, 수송선의개발로써 CO 2 액화 "-"CO 2 수송 - CO 2 저장 을연계한해상 CO 2 수송을위한종합적이고체계적인개발이요구된다. 이는국내해저지중저장사업의선박 CO 2 수송적용을통한기술검증으로국제기술선도가가능하다. 이를위해국내 CO 2 포집실증사업과연계한통합 CCS 실증에서활용및검증이필요하고, 조선사, 선사, 관련부처, 연구기관, 학계의협력체구축으로정부주도기술개발이요구되며, 민간기업주도의해외시장개척이요구된다 NOx/N 2O 동시처리기술 N 2 O/NOx의동시저감촉매개발및환원제를사용하지않는 N 2 O 분해기술을개발하여 post-2012를대비한국제적규제에대응하는능력을확보하고국내산업과국가경제가지속적으로발전할수있는미래사회를구현하도록한다. 개발된 N 2O 감축기술을통하여 post-2012 이후에 CDM 사업을통하여탄소배출권획득과기술수출등의경제적수익을창출한다. 31) 기후변화대응국가연구개발중장기마스터플랜 교육과학기술부자료 (2008) 345

352 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 5 기술전략 5.1. 유망제품 / 부품에필요한전략기술도출 유망제품 / 부품육성을위한필요기술 List 유망제품전략기술필요기술기술확보방안 연소후 CO 2 포집플랜트연소전 CO 2 포집플랜트연소중 CO 2 포집플랜트 CO 2 저장기술 CO 2 수송용선박 NOx/N 2O 동시처리플랜트 건식 CO 2 흡수기술 습식아민 CO 2 흡수기술 고체 CO 2 흡수기술 분리막기술 순산소연소기술 매체순환연소기술 지층평가기술 시추공정기술 MMV 기술 CO 2 수송용선박설계및건조기술 CO 2 액화플랜트설계및건조기술초대형 CO 2 저장탱크설계및제작기술 N 2O/NOx 동시분해촉매기술 환원제비사용 N 2O 분해기술 흡수제설계및평가기술중점육성흡수제대량생산기술 ( 자체개발 ) 공정개발및설계기술대규모실증및운영기술중점육성 ( 자체 / 국제공동개발 ) 아민흡수제설계및평가기술 중점육성 ( 자체개발 / 기술도입 ) 아민흡수공정설계기술 중점육성 ( 기술도입 / 국제공동연구 ) 아민흡수플랜트실증및운영기술 중점육성 ( 기술도입 / 국제공동연구 ) 건식 CO 2 흡수제및 WGS 촉매기술 촉진수성가스전환 (SEWGS) 공정기술합성가스정제기술가스화기연계통합공정기술 분리막반응기기술분리막통합공정구성 중점육성 ( 자체개발 ) 중점육성 ( 자체개발 ), 국제공동 자체개발 자체개발 / 국제공동연구 발전시스템통합및최적공정해석기술 중점육성 ( 자체개발 ) 순산소연소보일러설계및설비운용기술 중점육성 ( 국제공동 ) 시스템제어기술 중점육성 ( 자체개발 ) 산소공여입자대량생산기술 매체순환유동층공정기술발전연계시스템통합운전기술 지층특성화및평가기술 시추및주입기술 거동예측또는수치모델링기술 자체개발 중점육성 ( 자체개발 / 국제공동연구 ) 거동관측기술 환경영향평가기술 중점육성 ( 자체개발 / 기술도입 ) 사후또는폐쇄후관리기술 중점육성 ( 자체개발 / 국제공동연구 ) CO 2 수송용선박설계기술 CO 2 수송용선박건조기술 CO 2 액화플랜트설계기술 CO 2 액화플랜트건조기술 해상용초대형 CO 2 저장탱크설계기술 해상용초대형 CO 2 저장탱크제작기술 N 2O 분해촉매기술 단일환원제를이용한 N 2O/NOx 동시저감촉매개발 환원제를사용하지않는 N 2O 분해및저감기술 N 2O생성억제형디젤촉매제조기술 중점육성 ( 자체개발 ) 중점육성 ( 자체개발 ) 346

353 Ⅷ. 온실가스 유망제품 / 부품육성을위한전략기술도출 유망제품연소후 CO 2 포집플랜트연소전 CO 2 포집플랜트연소중 CO 2 포집플랜트 CO 2 저장기술 CO 2 수송용선박 NOx/N 2O 동시처리플랜트 건식 CO 2 흡수기술습식아민 CO 2 흡수기술고체 CO 2 흡수기술분리막기술순산소연소기술매체순환연소기술지층평가기술시추공정기술 MMV 기술 CO 2 수송용선박설계및건조기술 CO 2 액화플랜트설계및건조기술해상용초대형 CO 2 저장탱크설계및제작기술 N 2O/NOx 분해용촉매기술동시저감촉매환원제를사용하지않는 N 2O 분해기술 전략기술유동층건식흡수공정장기연속운전실증및성능개선기술유동층건식흡수공정격상실증고체흡수제성능개선및대량생산기술내피독성흡수제기술발전소연계대규모포집플랜트실증아민흡수플랜트실증기술저재생열아민흡수제개발에너지절감형아민흡수공정설계기술발전설비연계기술 고온고압 CO 2 포집및촉진수성가스전환용흡수제 / 촉매및공정기술고온고압합성가스중오염가스정제용흡수제 / 촉매및공정기술가스화기연계통합공정실증 분리막반응기기술분리막통합공정구성순산소연소제어기술발전플랜트성능최적화통합기술내구성산소공여입자제조기술순환유동층공정기술발전연계시스템통합및운전기술지층특성화및평가기술시추및주입기술거동예측또는수치모델링기술거동관측기술환경영향평가기술사후또는폐쇄후관리기술 CO 2 수송용선박설계기술 CO 2 수송용선박건조기술 CO 2 액화플랜트설계기술 CO 2 액화플랜트건조기술 해상용초대형 CO 2 저장탱크설계기술해상용초대형 CO 2 저장탱크제작기술 N 2O 분해촉매제조기술단일환원제를이용한 N 2O/NOx의동시저감촉매개발 환원제를사용하지않는 N 2O 분해및저감 N 2O생성억제형디젤촉매제조기술 5.2. 전략기술확보방안 연소후 CO 2 포집기술 에서건식 CO 2 흡수기술의경우, 고체흡수제흡수능및재생성향상, 흡수제대량생산기술인프라구축, 내마모도개선, 유동층공정개선, 에너지소모저감, 국제건식 CO 2 흡수네트워크확대가요구되며, 아민계 CO 2 흡수기술은해외기관과공동연구를통한성능향상노력이필요하다. 저장소미확보시국가경쟁력확보와수출산업육성을위한 CO 2 포집기술의핵심분야특화가필요하다. 연소전 CO 2 포집기술 에서고체 CO 2 흡수기술의경우, 건식흡수제및 WGS 촉매, 공정최 347

354 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 적화가필요하며, 이와더불어고체탈황제및황회수기술개발, 국내 3t/d급가스화기및건식유동층공정개발실적등이필요하다. 또한, 분리막기술의경우, CO 2 /H 2 막소재개발및분리막통합반응기실증연구가필요하다. 연소중 CO 2 포집기술 에서순산소연소기술은 2015년기준, 100 MW급순산소연소석탄화력발전설비개발및실증이요구되며, 매체순환연소기술은산소공여입자의반응성, 내마모성, 재생성이향상된대량생산기술및공정최적화기술개발이필요하다. CO 2 저장기술 에서지층평가기술은 CO 2 저장용량예측기술, 저장용량을최대화하는저장소관리전략개발기술등의정부주도산학연의실증기술개발추진이필요하며, 시추공정기술의경우, 장심도시추공시추기술, CO 2 주입기술, 주입정의 CO 2 누출방지기술등을이용한탐사개발및시공기술의통합개발이요구된다. 기타 MMV 기술은장기간의실험을통한 CO 2 감지및측정기술에대한실증, 저장검증역량등의기술개발이필요하다. CO 2 수송용선박 에서선박설계및건조기술은정부주도의신속한연구로글로벌기술선도가필요하고, CO 2 액화플랜트설계및건조기술의경우는국내에서독자적으로 R&D를수행하는중점육성대상기술로선정하여글로벌기술로선도할필요가있다. 또한, 해상용초대형 CO 2 저장탱크설계및제작기술역시국내에서독자적으로 R&D를수행하는중점육성대상기술로선정하고투자를할경우에국산화가능한기술로육성이가능하다. 이의기술개발속도를가속화하기위해개발초기단계에해외기업과의부분적인공동연구를검토할수있다. NOx/N 2 O 동시처리플랜트 는 350 o C의저온에서 N 2 O/NOx를 90%/99% 이상동시에저감시킬수있는촉매개발이우선되어야하며, 장시간 (360일이상 ) 운전에대한촉매성능및재현성유지, 5 Nm 3 /h의규모에서 10,000 Nm 3 /h의규모로격상기술확보가필요하다. 세부기술확보방안은 5.1.1항에언급되었다 중점육성기술 R&D 전략추진과제 연소후 CO 2 포집플랜트 중점육성기술기술목표수준 추진방안 1단계 2단계 3단계 (2010~2014) (2014~2018) (2019~) 60% 100% 100% 추진방법 건식 CO 2 흡수기술습식아민 CO 2 흡수기술 10 MW 포집공정실증및운전최적화 엔지니어링패키지개발 300 MW FEED 10 MW 공정실증 습식아민흡수제성능최적화및파일럿적용 300 MW FEED 300~500 MW 포집플랜트 실 증 ( 수송 + 저장 통합실증완료 ( 국내지중저장과연계한통합실증 ) 500 MW 포집플랜트 1 기보급 기술상용화보급 개발및실증촉진을위한전략적 R&D/ 실증 Consortia 운영 - R&D : 학-연의창의적 idea 보완을통한돌파기술발굴 ( 성능향상 ) 현장실증강화 : 수요및공급자상생협력차원의실증 ( 전력사-엔지니어링사- 시공사공동수행체제 ) 해외기관과공동연구를통한국내한계극복및개발기술해외확산 ( 통합실증등모색 ) 사업화전제, 공정표준화추진 국내외 CCS 제도화 ( 법, 규정, 인센티브등 ) 능동적참여를통한실증촉진모색 348

355 Ⅷ. 온실가스 연소전 CO 2 포집플랜트 중점육성기술 1단계 (2008~2011) 추진방안 2단계 (2012~2017) 3단계 (2017~2020) 추진방법 기술목표수준 60% 80% 100% 고체 CO 2 흡수기술 유동층용고체 CO 2 흡수제및 WGS 촉매개발 오염가스정제기술개발 0.3 MW 가스화기연계단위공정시스템개발 1 10 MW 가스화기연계포집공정통합실증 엔지니어링패키지개발 300 MW FEED 300 MW 연소 전 포집 통합 공정실증 기술한계극복을위한돌파기술발굴 국내보유인프라의최대한활용으로경제적기술개발완성 100 MW이상대규모실증은국제프로그램으로추진 온도적합형분리막소 분리막기술 재개발 분리막 모듈 및 반응기 개발 단위공정 연계 CO 2 막 공정개발 막소재성능향상및대면적화 막이용 CO 2 포집기술상용화 CO 2/H 2 막소재개발 분리막통합반응기실증연구 국내보유기술활용하여해당기술개발 연소중 CO 2 포집플랜트 중점육성기술 1단계 (2008~2012) 추진방안 2단계 (2013~2017) 3단계 (2018~2020) 추진방법 기술목표수준 60% 80% 100% Oxy PC 발전시스템 순산소연소기술 구성최적화 배가스재순환순산소연소석탄보일러설계 (100 MW) 및설비기술개발 100 MW FEED 100 MW급순산소연소상세설계, 건설, 운전실증 500 MW급상용화규모순산소연소발전실증 단계적 scale-up을통해세계기술선도 국내보유기술활용하여해당기술개발 매체순환연소기술 산소공여입자 성능개 선 및 대량생산 기술 개발 200 kw th 급 매체순환 연소기술확보 ( 공정 100시간 연속운전, 연 료전환율 99.7%, CO 2 제거율 98%) 1~10 MW급매체순환연소기술개발및실증 공정 1개월연속운전 ( 연료전환율 99.7%, CO 2 제거율 98%) 발전연계 300 MW 급매체순환연소통합공정실증 단계적규모격상을통한기술신뢰성확보 입자및공정국내고유핵심원천기술확보 국외매체순환연소기술개발선행기관과의협력을통한기술개발시행착오최소화 349

356 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 CO 2 저장기술 중점육성기술 1단계 (~2014) 추진방안 2단계 (2014~2018) 3단계 (2019~) 추진방법 기술목표수준 60% 80% 100% 지층평가기술 광역지질구조 / 퇴적분지조사 분지별저장용량평가 정부주도산학연의실증기술개발추진 저장타당성평가및 DB 구축, 필드실증 선국내부지확보, 후국제공동추진전략구사 국내저장소 연 수송 / 주입 국내보유기술활용하여해당기술개발하 수치모델링기 간 1 MtCO 2 규 /MMV 고국제공동연구병행, 위험분산및인프라 시추공정 법개발 모확보및인 기술적용 공유 기술 분지별주입효 프라구축완료 대용량저 장심도시추공시추기술, CO 2 주입기술, 율평가 (2016) 장 실증 주입정의 CO 2 누출방지기술등을이용한 저장주입시작 (2020~) 탐사개발및시공기술통합개발 (2017~) CO 2 누출가능 국제공동연구수행 ( 법, 규정제도화능동적 성평가기법 참여 ) MMV 기술 개발 현장실험을통한 CO 2 감지및측정기술에 분지별 안전성 대한실증, 저장 CO 2 95% 이상의검증역 평가 량등의기술개발 CO 2 수송용선박 추진방안 중점육성기술 1 단계 2 단계 3 단계 추진방법 (~2014) (2014~2018) (2019~) 기술목표수준 60% 80% 100% 선진기술을바탕으로국내에서 CO 2 수송용선박설계및건조기술 핵심기술개발및설계완료 실증사업사용할선박건조 실증사업운용을통한기술자료확보 독자적으로 R&D를수행하는중점육성대상기술로관리 정부주도신속한연구로글로벌 기술선도필요 CO 2 액화플랜트설계및건조기술 CCS에최적화된액화공정개발 실증사업사용할실증플랜트건조 전체 CCS 공정 에 최적화된 차 세대 액화 공정 개발 국내에서독자적으로 R&D를수행하는중점육성대상기술로선정하여글로벌기술선도 필요시국제공동연구병행 해상용초대형 CO 2 저장탱크설계및제작기술 해상환경에적합한초대형 CO 2 저장탱크설계및건조 실물크기 Mock-up 제작을통한기술검증및산업에기술적용 전체 CCS 공정에최적화된차세대해상용 CO 2 저장탱크개발 국내에서독자적으로 R&D를수행하는중점육성대상기술로선정하여글로벌기술선도 필요시국제공동연구병행 350

357 Ⅷ. 온실가스 NOx/N 2O 동시처리플랜트 중점육성기술 1 단계 추진방안 2 단계 3 단계 추진방법 (~2015) (~2018) (~2020) 기술목표수준 60% 80% 100% N 2O/NOx 분해용촉매기술동시저감촉매환원제를사용하지않는 N 2O 분해기술 N 2O/NOx 저감 기술 적용 공정 확대 공정간소화 에너지소모저감 N 2O/NOx 저감기술고효율화 유동층연소및이동원의배가스등적용분야확장 공정고효율화 10,000 Nm 3 /h의규모의격상기술확보 350 의저온에서 N 2O/ NOx를 90%/99% 이상동시에저감가능한촉매개발 장시간운전에대한촉매성능및재현성유지 N 2O생성억제형디젤촉매제조기술개발 351

358 The next big thing! 대한민국산업 기술비전 에너지 자원 6 온실가스산업비전체계도 온실가스 ( 감축 ) 산업시장점유율 10% 및매출 24 억불달성 - 수출 20 년 12 억불 (CO 2 포집설비 2 기수출 ) - 고용 20 년 20,000 명 352

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