[고든 정의 TECH+] 불붙는 초대형 경쟁…지름 242m 풍력 발전기 나온다

생산 비용의 증가보다 생산량의 증가가 훨씬 커서 생산 규모를 늘릴수록 유리해지는 규모의 경제 (economies of scale)는 경제의 여러 분야에서 볼 수 있습니다. 전력 산업 역시 예외는 아닙니다. 화력, 수력, 원자력 발전소들이 대부분 큰 규모로 지어진 이유는 발전 규모가 커질수록 단위 발전 비용이 감소하기 때문입니다. 그런데 풍력 발전기 역시 규모의 경제가 힘을 발휘하는 분야 중 하나입니다.

풍력 발전기의 지름이 두 배가 되면 바람을 받는 면적은 네 배가 됩니다. 따라서 제조 비용이 네 배가 넘지 않는 이상 지름을 두 배 늘리는 것이 더 유리하다는 결론이 나옵니다. 여기에 바람은 고도가 높을수록 강해지는 특성이 있습니다. 지름이 큰 풍력 발전기는 자연스럽게 위치도 높아지므로 발전량과 효율이 더 높아집니다. 규모의 경제 효과가 확실한 분야인 셈입니다. 따라서 풍력 발전기 제조사들은 경쟁적으로 풍력 발전기의 크기를 키워 이제 지름 200m급 풍력 발전기들이 하나씩 상용화되는 추세입니다.

지름 200m 급 초대형 풍력 발전기 시장에 먼저 뛰어든 GE 재생에너지(GE Renewable Energy)는 지름 220m급 할리에이드-X(Haliade-X)를 미국과 유럽의 대형 해상 풍력 단지에 공급할 예정입니다. 할리에이드-X는 107m 길이의 블레이드 3개를 이용해 지름 220m 로터를 구성합니다. 설치 높이만 해수면에서 260m에 달하며 발전 용량은 설치 장소의 바람 세기에 따라 12MW, 13MW, 14MW급으로 나뉩니다.

할리에이드-X의 프로토타입은 2019년에 완성됐고 2021년부터 고객사에 전달될 예정입니다. 이 발전기는 미국 동부 해안에 건설될 빈야드 윈드 1(Vineyard Wind 1) 해상 풍력 발전소와 영국 도거 뱅크 해상 풍력 발전소 같은 대규모 발전소에 공급될 예정입니다.

유럽의 대표적 풍력 발전기 제조사인 덴마크의 베스타스(Vestas) 역시 이에 질세라 할리에이드-X보다 더 거대한 풍력 발전기인 V236-15.0 MW를 개발 중입니다. V236-15.0 MW는 이름처럼 15MW급 발전기로 블레이드 길이만 115.5m에 달합니다. 로터 지름은 236m이고 바람을 받는 면적은 43,742㎡에 달합니다. 베스타스에 의하면 연간 80GWh의 전력을 생산해 38,000t의 이산화탄소를 줄일 수 있습니다. 운영 수명은 25년으로 2022년 프로토타입이 공개되면 그 시점에서 세계 최대의 풍력 발전기가 될 예정입니다. 생산에 들어가는 것은 2024년입니다.

세계 시장에서는 상대적으로 인지도가 낮지만, 중국 풍력 발전기 제조사 역시 정부의 적극적인 지원을 받으며 초대형 풍력 발전기 개발에 나섰습니다. 중국의 풍력 발전기 제조사인 밍양 스마트 에너지가 개발 중인 MySE 16.0-242는 16MW급으로 최대 14MW급인 할리에이드-X나 V236-15.0 MW보다 더 큰 발전 용량을 지니고 있습니다. 블레이드 길이는 118m이고 로터 지름은 242m에 달합니다. 바람을 받는 면적만 축구장 6배 넓이입니다. 제조사 측은 2022년 프로토타입을 공개하고 2024년부터 건설에 들어갈 계획이라고 밝혔습니다.

할리에이드-X나 V236-15.0 MW 모두 현재 사용하는 주력 대형 풍력 발전기보다 발전용량이 60% 이상 증가했습니다. MySE 16.0-242 역시 밍양이 개발한 MySE 11.0-203보다 지름은 19% 커지지만, 발전용량은 45%로 훨씬 더 커집니다. 발전 면적이 지름의 제곱에 비례할 뿐 아니라 더 높아지면서 강한 바람을 받기 때문입니다.

현재 개발 중이거나 생산을 시작한 200m급 초대형 풍력 발전기는 발전 단가를 절감해 신재생에너지 보급에 도움을 줄 것으로 생각됩니다. 풍력 발전기가 어디까지 커질 수 있을지는 아무도 모르지만, 지금처럼 미국, 유럽, 중국 제조사들이 사활을 걸고 초대형 풍력 발전기를 개발하는 이상 300m의 벽을 깨는 것도 꿈은 아닙니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com