세계풍력발전산업의동향및전망 97 세계풍력발전산업의동향및전망 * 목차 Ⅰ. 풍력발전산업의개요 Ⅱ. 세계풍력발전산업의동향및전망 Ⅰ. 풍력발전산업의개요 1. 풍력발전의개념 풍력발전이란공기의운동에너지를기계적에너지로변환시키고이로부터전기를얻는기술을말함 - 즉, 풍력발전의원리는공기역학에의해날개처럼생긴로타 (ROTOR) 가돌아가면서발생하는기계적운동에너지를발전기를통해전기에너지로변환하는것을말함 - 풍력발전산업은에너지산업중에서세계적으로가장빠르게성장하는산업임 풍차날개 (Blade) 동력전달장치 (Gearbox) 발전기 (Generator) 변전소및수용가 (Substation) 풍력발전시스템은기계장치부, 발전기등의전기장치부, 제어장치부등으로구 성됨 3) 풍력발전시스템의구성 구성기계장치부전기장치부제어장치부 기능 바람으로부터회전력을생산하는 Blade( 회전날개 ) 를포함한 Rotor, 이를적정속도로변환하는증속기 (Gearbox) 등으로구성 발전기및기타안정된전력을공급토록하는전력안정화장치 풍력발전기가무인운전이가능토록설정, 운영하는 Control System 및원격지제어및지상에서시스템상태판별가능케하는 Monitoring System 으로구성 * 본고는산은경제연구소이민식수석연구원이집필하였으며, 본고의내용은집필자의견해로당행의공식입장이아님
98 KDB 산업경제이슈 2. 풍력발전의특징 풍력발전은무공해, 무한정의바람을이용하므로환경에미치는영향이적고, 국토의효율적이용이가능함 - 또한, 대규모발전단지의경우에는발전단가도기존의발전방식과경쟁가능한수준의신에너지발전기술임 반면, 풍력으로발전하려면평균초속 4m 이상의바람이필요하므로경제성을확보할수있는입지가매우제한적임 - 또한, 입지에따라다르나, 설비이용률이타발전원에비하여낮음 풍력발전의장단점 장점단점 연료비가거의없고, 대부분무인원격운전되므로유지보수비용이작음 바람의운동에너지이용으로화석대체효과가커단기적으로화석연료와대등한가격경쟁력을확보할수있는대체에너지는풍력이유일 초기투자비가높으나, 건설및설치기간이짧음 설치높이가높아지상토지를농사, 목축등과같은용도로활용가능 일부지역의경우관광자원화가능 풍력가능한바람은평균초속 4m 이상이필요하므로경제성을확보할수있는입지가제한적임 방해물등의자연환경변화에매우민감할수있어개발이진행중인지역에는신중한검토필요 입지에따라다르나, 설비이용률이타발전원에비해낮음 소음이발생하므로인가와의적정이격거리가필요 3. 풍력발전기의구분 풍력발전기의구분은크게수평축 (Horizontal Axis Wind Turbine) 과수직축 (Vertical Axis Wind Turbine) 으로분류할수있음 - 수평축풍차는바람에너지를최대한받기위한바람추적장치가필요하며시스템구성이다소복잡하나에너지변환효율이높아현재가장안정적인고효율풍력발전으로인정받고있음 - 수직축풍차는바람의방향에관계가없어사막이나평원에많이설치하여이용가능하나, 그소재가비싸고풍차에비해효율이떨어지는단점이있음
세계풍력발전산업의동향및전망 99 Ⅱ. 세계풍력발전산업의동향및전망 1. 세계풍력발전산업동향 가. 풍력발전의산업구조 풍력발전산업은부품 기자재부문, 발전기부문, 설치 시공부문, 발전서비스부문등으로이루어진구조임 - 부품 기자재부문은발전기제작에필요한구성품혹은부품의생산, 발전소건립에필요한기자재를생산하는분야임 - 발전기부문은발전기의구성품을조립하여발전기를제작하는분야임 - 설치 시공부문은발전소건립을위한엔지니어링, 건설등을수행하는분야이며, 발전서비스는발전소를운영, 발전하여전력을제공하는부문임 세계주요발전기제조업체들은발전서비스부문을제외한부품 기자재부터발전기, 설치 시공까지전부문에대한제조역량을보유하고있음 - Vestas( 덴마크 ), GE Wind( 미 ) 등선도기업들은발전기를중심으로발전설비전부문을수직계열화하여통합화 대형화를추진하는추세임 주요발전기제조업체의부품자체제작역량보유현황 Vestas( 덴 ) GEWind( 미 ) Gamesa( 스페 ) Suzlon( 인도 ) Nacelle 조립 Gearbox Generator Controler Rotor Blade Tower 자료 : 각사자료 나. 산업동향 풍력발전산업의성장 2006년세계풍력산업의총발전용량은 74.2GW로 1995년 4.8GW대비약 15배이상증가
100 KDB 산업경제이슈 - 연간신규설치용량도 1995년 1.3GW에서 2006년 15.2GW로연평균 27.2% 의증가율을보임 특히, 2005년이후신규발전용량증가율은연평균 36% 로 1995~04년증가율 24% 에비해약 1.5배증가 2006년전체발전용량 74.2GW의 36% 가 2005~06년기간중설치됨 최근풍력발전산업의고성장세에도불구하고각국의전력생산에서차지하는비중은여전히미미함 - 풍력발전산업의선진국인덴마크와스페인이각각전체전력생산량 (2005년기준 ) 의 20% 및 8% 의비중으로가장높은비중을차지 - 발전용량기준세계 1위인독일의풍력발전비중도전체전력생산량의 5.5% 에불과하며유럽전체로는 2% 대에머물고있음 세계의총발전용량 MW 100000 50000 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC(Global Wind Energy Council), 2007.2 세계의년도별신규발전용량 20000 10000 MW 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC, 2007.2 최근에는해상풍력발전건설도전세계적으로추진중
세계풍력발전산업의동향및전망 101 - 전세계 5개국가 15개소에총 600MW 정도규모의단지가조성되어있으나아직까지는보급시작단계에불과 시스템상용화에성공한나라는덴마크이고해상풍력발전을추진중인나라는독일, 미국, 프랑스, 스페인, 중국등임 덴마크는 2030년까지해상풍력으로전력의 20%(4,000MW) 를생산한다는목표이며독일은 2010년까지 10,000MW 생산을목표 - 최근해상풍력사업이본격추진되는이유는풍속이크고, 풍향의변화가적어대형화와고속화에적합하며육상풍력발전과같은공간적제약이없기때문 반면, 배를이용한수송및송전선의문제로투자비용이크고, 접근의어려움으로인한유지보수비용의과다및어업권등의문제가있음 풍력발전기시장은 2005년 140억달러에서 2006년 230억달러로 64.3% 성장 - 이는 2005년이후풍력발전시장의급성장에따른수요의급증으로공급부족이발생, 풍력발전기가격이급상승한데기인 풍력발전기시장은덴마크, 독일과미국등풍력발전산업이발달한선진국상위 6개업체에의해과점화되어있음 - Vestas( 덴마크 ), GE Wind( 미 ), Enercon( 독 ), Gamaesa( 스페인 ), Siemens( 독 ) 등상위 6개업체가전체시장의 86% 를차지 특히, Vestas( 덴마크 ) 가 2005년기준전세계풍력발전설비시장의약 33% 를차지하며풍력발전시스템시장을선도함 그밖에 Enercon, Gamesa 등의풍력발전기전문업체와 GE, Siemens 등의종합에너지업체등이시장을양분 세계풍력발전기산업의선도기업인 Vestas, GE Wind 등은경쟁력강화를위해 M&A를추진, 세계적인풍력발전회사로성장해옴 - 1996년이후 M&A가활발히진행되어 15개기업이 8개기업으로통합됨 - Vestas는 2004년세계 3위 NEG Micon과합병하여점유율이크게확대되었으며, GE Wind는 2001년 Enron을인수하여세계 2위기업으로성장
102 KDB 산업경제이슈 주요풍력업체의 M&A 추이 업체 주요 M&A 사례 Vestas NEG Micon(2004년 ) GE Wind Enron(2001년) Gamesa Made(2003년) Siemens (Wind Power) Bonus(2004년) Winergy(2006 년 ) REpower Jacobs Energie(2001년 ) BWU(2001년) Suzlon Hensen(2006년) Nordex Babcock(1996년) Subwind(1998년) 성장배경 기술의발달로풍력에의한발전단가가하락하여최근에는기존의화석연료를이용한발전방식과경쟁이가능한수준까지낮아짐 - 풍력에의한발전단가는효율이높은복합발전보다는다소높은수준이나석탄화력발전보다는낮은수준 반면, 해상풍력의발전단가 (79유로/MWh) 는초기설치비가높은수준 - 풍력발전의에너지밀도는다른발전기술에비해높은편 풍력발전은타대체에너지에비해상대적으로좁은면적에서도많은양의에너지생산가능 또한, 풍력의발전소요면적은 1,335m2 /GWh로석탄 3,642m2 /GWh, 태양광 3,237m2 /GWh에비해경쟁력이있음 주요기술별발전단가 (2006 년 ) 기존및화석에너지 신 재생에너지 기술 단가 기술 단가 원자력 38 풍력 ( 육상 ) 54 석탄화력 60 지열 53 가스화복합발전 50 바이오매스 71 가스화단일발전 76 태양광 265 자료 : HSBC, "Power for a new generation", 2007. 3 ( 유로 /MWh) 온실가스감축을의무화한교토의정서 1) 가 2005년 2월에공식발효됨에따라무공해에너지원으로서의풍력발전에관심이증폭 1) 지구온난화방지를위한국제적인기후변화협약의구체적이행방안으로 1997 년채택
세계풍력발전산업의동향및전망 103 - 교토의정서는지구온난화를유발하는이산화탄소등 6종의온실가스배출량을대폭줄이자는것임 선진 38개국과 EU 해당국가는 2008년부터 2012년까지전체온실가스배출량을 1990년보다평균 5.2% 줄일것을의무화함 - 풍력발전은바람이주에너지원으로온실가스배출등의환경오염문제가전무 풍력발전으로 400MWh 발전시 (200kW 급풍력발전 1년간운영 ), 석탄 120~ 200톤을대체하는효과 풍력발전에따른환경오염감축효과 아황산가스 (SO 2) 질소산화물 (NO 2) 이산화탄소슬래그와분진 감축량 2 ~ 3.2 1.2 ~ 2.4 300 ~ 500 16 ~ 28 주 : 풍력발전으로 400MWh 발전시 (200kW 급풍력발전 1 년간운영 ) 감축되는오염물질자료 : 산업자원부, 신재생에너지백서, 2005 ( 톤 ) 지역별풍력발전현황 2006년세계풍력산업의총발전용량 74.2GW 중유럽이 48.5GW 규모로 65.4% 를차지하여전체시장을주도 - 2006년신규로설치된용량도유럽이 7,708MW로전체신규총용량 15,197MW 중 50.7% 를차지 북미와아시아의풍력발전용량은 2006년 13,062MW 및 10,667MW로세계총발전용량중 17.6% 및 14.4% 를차지하는등최근고성장세를보임 - 2006년북미와아시아의신규설치용량증가율은 32.9% 및 52.6% 를기록해동지역의투자규모가급격히증가하고있음 지역별총발전용량 (2006) 지역별총발전용량 (2006) 아프리카및중동 0.4GW (0.5%) 북미 13.1GW (17.7%) 아시아 10.7GW (14.4%) 중미 0.5GW(0.7%) 대양주 1.0GW(1.4%) 유럽아시아북미아프리카및중동중미대양주 유럽 48.5GW (65.4%) 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC, 2007.2
104 KDB 산업경제이슈 지역별신규발전용량 (2006) 아프리카및중동 0.2GW(0.5%) 북미 3.2GW(21%) 아시아 3.7GW(24.2%) 중미 0.3GW(2.0%) 대양주 0.1GW(1.0%) 유럽 7.7GW(51%) 유럽아시아북미아프리카및중동중미대양주 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC, 2007.2 국가별로보면, 2006년중독일, 스페인및미국 3개국의발전용량이 43,840MW를기록해세계풍력발전용량의 59.1% 를차지하고있어세계풍력발전산업의성장을주도 - 독일은 20,622MW의발전용량을기록해세계총발전용량의 27.8% 를차지 - 그뒤를이어스페인과미국이각각 11,615MW 및 11,603MW를기록해세계풍력산업총발전용량의 15.6% 를각각차지 - 2006년신규설치용량을보면미국이전세계신규설치총용량 15,197MW 중 2,454MW(16.1%) 로가장비중이높았으며그뒤로독일 (2,233MW, 14.7%), 스페인 (1,587MW, 10.4%) 이높은비중을차지 - 최근에는고도성장에따른발전수요증가로인도및중국의풍력발전산업이급성장하고있음 인도는 2006년 1,840MW를증설해총 6,270MW의발전용량을보유하면서풍력산업선진국인덴마크를제치고세계 4위로부상 중국도 2006년 1,347MW를증설하면서설치용량기준세계 6위로올라섬 국가별누적발전용량 자료 : IEA(International Energy Agency), 2007 년
세계풍력발전산업의동향및전망 105 다. 기술개발동향 풍력발전기의대형화 풍력발전기는현재제작사별로 3MW급 (Vertas, Enercon, GE Wind) 이기술개발완료하여생산중에있으며 5MW급 (Repower 등 ) 은개발후실증테스트중 - 이같은발전기의대형화추세는대형화를통해에너지효율의증대및단위용량당건설비및설비비절감이가능하기때문임 해상풍력발전기술개발 해상풍력발전기술은아직초기응용단계로서현재덴마크의 Vertas 등일부업체에서만 2~3MW급규모의해상풍력발전시스템을상용화한상태임 - 미국의 GE가 3.6MW급을상용화하였으며 5MW급풍력발전기는덴마크의 2종과독일의 4종이시험중에있음 2. 세계풍력발전산업의전망 가. 산업전망 GWEC(Global Wind Energy Council : 글로벌풍력위원회 ) 에의하면세계풍력발전용량은 2006년 74.2GW에서 2010년에는 149.5GW에달해연평균 19.1% 증가할전망 - 신규설치용량은 2006~2010년중연평균 8.4% 의증가율을보여 2006년 15.2GW 에서 2010년에는 21GW에달할전망 세계의총발전용량전망 GW 200 150 100 50 0 2006 2007 2008 2009 2010 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC, 2007.2
106 KDB 산업경제이슈 세계의신규발전용량전망 30.0 20.0 10.0 0.0 GW 2006 2007 2008 2009 2010 자료 : Global Wind 2006 Report, GWEC, 2007.2 풍력발전기는향후육상용은 2~3MW급, 해상용은 3.5~5MW급이시장추세일것으로예상 풍력발전기시장은 2006년 230억달러에서 2010년 390억달러로연평균 14% 성장전망 - 최근풍력발전기의공급부족상황은 2009년에는해소될것으로보여가격상승은 2008년이후안정화될전망 나. 지역별전망 세계풍력발전산업에서주도적인위치를차지하고있는유럽은성장이지속될전망이나비중은다소줄어들전망 - 세계풍력발전산업에서 2006년현재누적발전용량기준 48.5GW로 65% 의비중을보이고있는유럽은 2010년에는다소낮아진 54.8%(82GW) 의비중을보일전망 - 신규발전용량면에서도 2006년 50.7%(7.7GW) 의비중에서 2010년 44.3%(9.3GW) 로낮아질전망 북미지역은누적발전용량기준 2006년 13.1GW에서 2010년 31.6GW로약 2.4배의급격한성장을보일것으로전망 - 특히미국은 2006~2010년의기간동안매년 3.5GW의신설이예상되고있어 2010년에는누적발전용량이약 25.6GW에달할전망 아시아지역은누적발전용량기준 2006년 10.7GW에서 2010년 29GW로연평균 28.3% 의높은성장률을기록할전망
세계풍력발전산업의동향및전망 107 - 또한, 누적발전용량기준세계풍력산업에서아시아지역이차지하는비중은 2006년 14.4% 에서 2010년 19.4% 로확대될전망 - 특히, 중국및인도는누적발전용량기준 2006년 2,604MW 및 6,270MW에서 2010년각각 5,000MW, 16,270MW로크게증가할전망 풍력발전에양호한입지조건을가지고있는양국은인센티브제도도입등을통해풍력발전산업을적극육성하고있음 특히중국은기술제휴 도입을통한기술축적을위해외국의풍력생산설비유치를적극지원하고있음