에이전트AI 반기보고서 (2022.06)
2. 주요 제품 및 서비스

1. 풍력발전 사업내용(1) 산업의 특성

풍력발전(Wind Poweer)이란 바람에너지를 풍력터빈(Wind Turbine) 장치를 이용하여 기계적에너지로 변환시키고, 이 에너지를 이용하여 발전기를 돌려 전기를 생산하는 것을 말합니다. 풍력발전은 전기를 생산하는 과정에서 온실가스 배출이 없기 때문에 기후변화에 대응이 가능한 대표적인 친환경 에너지 기술입니다. 또한 풍력발전은 재생에너지(Renewable energy)의 일종으로 환경오염 없이 끊임없이 재생되기 때문에 화석에너지 고갈을 대비한 대체 에너지원으로서 가장 각광받는 에너지입니다. 풍력발전기는 이론상 바람에너지의 최대 59.3%까지 전기에너지로 변환시킬 수 있지만, 현실적으로 날개의 형상, 기계적 마찰, 발전기의 효율 등에 따른 손실요인이 존재하기 때문에 실직적인 효율은 20~40% 수준입니다. 초기 투자비는 높지만 건설 및 설치 기간이 짧다는 이점이 있으며, 또한 설치높이가 높아 지상 토지를 농사, 목축 등과 같은 용도로 활용 가능하며 일부 지역의 경우 관광자원화가 가능합니다. 풍력발전은 태양계의 자연에너지인 바람을 이용하여 발전하기 때문에 바람이 불 때에는 수요에 관계없이 반드시 전력을 생산한다는 점에서 계통운용 측면에서는 분산전원으로 분류됩니다. 다만, 초기 투자비용이 매우 크며 입지에 따라 다르나 설비 이용률이 타 발전원에 비해 상대적으로 낮고, 전력생산 시 발생하는 소음으로 인해 인가와의 적정 이격거리가필요합니다. 특히, 육상풍력발전의 경우 대부분이 산 정상에 설치되면서 환경훼손이 불가피함에 따라 대체에너지에 포함되나 태양광발전만큼 시민사회 및 환경단체들로부터 환영받지는 못하는 실정입니다.

ㆍ무공해 친환경에너지ㆍ끊임없이 재생가능한 자원ㆍ건설 및 설치 기간이 짧고 부수적 경제효과 창출이 가능(2) 산업의 성장성

국내 정부는 미세먼지 ·온실가스 배출이 없고, 국가 에너지 안보에 기여할 수 있는 친환경 국산 에너지원으로의 에너지 전환을 위해 원전 및 석탄 발전을 단계적으로 감축하고, 풍력 등 재생에너지 보급을 확대하고 있습니다. 정부는 재생에너지 3020 계획에 따라, 2018년~2030년 신규 발전설비의 95% 이상을 풍력, 태양광 등 청정에너지로의 공급을 추진하고 있습니다. 또한 지난 2021년 10월 대형 발전사의 총발전량 중 일정 비율 이상을 신재생에너지를 사용해 공급하도록 하는 '신재생에너지공급 의무화(RPS)비율'을 상향조정하는 법률 개정안('신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법')을 입법예고함에 따라 풍력발전시장은 지속적으로 확대될 것으로 전망됩니다.

신재생에너지 신규발전설비 공급 계획(단위 : GW)

‘17년	신규(‘18~’30년)	‘30년

신재생에너지 신규발전설비 공급	15.1(100%)	48.7(100%)	63.8(100%)

태양광	5.7(38%)	30.8(63%)	36.5(57%)

풍력	1.2(8%)	16.5(34%)	17.7(28%)

기타	8.2(54%)	1.4(3%)	9.6(15%)

* 산업부, 재생에너지3020

발전사 신재생에너지 발전량 의무공급비율 개정내용

'22년	23년	'24년	'25년	'26년

기존	10%

개정안	12.5%	14.5%	17.0%	20.5%	25.0%

* 산업부, 신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법 시행령

한편, 풍력발전은 바람이 불 때만 발전이 가능하고, 수요가 적은 심야 시간에 가동하는 경우 과잉생산 문제가 발생되는 등 발전 출력에 대한 정확한 예측이 다소 어렵습니다. 전력 계통에 연계되지 못할 경우 유휴전력이 증가할 가능성도 있습니다.

이에 따라, 신재생에너지의 전력 계통연계 시 안정성 유지 및 유휴전력 문제 해결을 위해 에너지 저장이 필수적인 것으로 알려져 있습니다.

최근 풍력 등 재생에너지 유휴전력을 활용하여 1)다른 에너지원을 결합하거나 ESS와 결합하는 하이브리드 솔루션 혹은 2)수전해기술 기반으로 그린수소(CO2 free)를 생산하고 연료전지 시스템에 공급해 저장 및 활용하는 기술 연구가 활발하게 진행되고 있습니다. 향후 하이브리드 솔루션 혹은 수소에너지와의 기술 연계를 통한 시너지효과는 상당히 클 것으로 보입니다.

2. 풍력발전기 구조풍력발전기(WTG: Wind Turbine Generator)는 기능적으로 구분할 경우 주요 부품들(Components)로 구성된 1)기계시스템, 2)전기 시스템, 그리고 풍력발전기를 제어하는 3)제어시스템으로 나눌 수 있습니다.다른 한편으로는 구조적으로 날개를 포함한 1)허브 시스템, 각종 기계, 전기, 제어장치를 탑재시킨 2)나셀(Nacell). 그리고 이들 상부 중량물을 지상으로부터 받쳐주는 3)타워시스템으로 나눌 수 있습니다.

■ 기계 및 전기시스템바람에너지를 회전력으로 변환시켜 주는 회전날개(Blade)와 이를 주축과 연결시켜 주는 허브(Hub)시스템, 날개의 회전력을 증속기(Gear box) 또는 발전기에 전달하여 주는 회전축(Shaft) 또는 주축(Main shaft), 회전속도를 올려주는 증속기, 증속기로부터 전달받은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 발전기(Generator), 제동장치인 Brake, 날개의 각도를 조절하는 피치시스템, 날개를 바람방향에 맞추기 위하여 나셀을 회전시켜 주는 요잉시스템(Yawing System), 그리고 풍력발전기를 지지하는 타워시스템 등으로 구성되어 있습니다.■ 제어장치풍력의 제어시스템은 풍속에 따른 출력, 피치각, 로터와 발전기의 회전수를 조절하는속도 및 출력제어 시스템, 풍향과 제동장치, 회전방식에 대한 제어를 담당하는 운전 상황 및 운전 모드 제어시스템, 풍력발전기의 운전 상태를 실시간으로 감시하고 모니터링 하는 운전 및 모니터링 시스템으로 구성되어 있습니다. 3. 풍력발전의 종류(1) 회전축 방향에 따른 분류

구분	주요 내용

수평축풍력발전기	ㆍ수평축 풍력발전기는 1개에서 4개까지의 날개를 가진 다양한 종류가 있지만, 현재 발전용으로 가장 많이 이용되고 있는 것은 3개의 날개를 가진 프로펠러 형임. 수평축 발전기는 구조가 간단하고 설치가 용이하며 에너지 변환효율이 우수하다는 장점은 있지만, 날개 전면을 바람 방향에 맞추기 위해서는 나셀을 360도 회전시켜줄 수 있는 요잉(Yawing)장치가 필요하며, 증속기(Gear box)와 발전기 등을 포함하는 무거운 나셀(Nacelle)이 타워 상부에 설치되어 점검, 정비가 어렵다는 단점이 있음

수직축풍력발전기	ㆍ수직축 풍력발전기에는 원호 형 날개 2~3개를 수직축에 붙인 다리우스 형(Darrieus type)과 2~4개의 수직 대칭익형 날개를 붙인 자이로밀 형(Gyromill type), 그리고 반원통형의 날개를 마주보게 한 사보니우스 형(Savonius type) 등이 있음ㆍ수직축 풍력발전기는 바람의 방향에 영향을 받지 않아 요잉장치가 필요 없으며, 사막이나 평원에는 적합하지만 소재가 비싸고 수평축에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있음

풍력발전의 종류.jpg 풍력발전의 종류

(2) 종속기 유무에 따른 분류

구분	주요 내용

증속기형(geared type)풍력발전기	ㆍ간접구동식이라고도 불리는 증속기형(geared type) 풍력발전기는 초기 풍력터빈의 개발단계부터 적용된 기술적 접근방법이었으며 그동안 기술적인 발전을 거듭하면서 오늘에 이르렀고 아직도 시장의 80~90% 이상이 이 형식으로 되어 있음ㆍ최근에는 종속비를 높여 발전기의 크기를 감소시키는 기술과 종속기형의 문제점인 진동, 소음 및 하중의 불균등한 분배 등의 문제점을 해소하기 위한 기술의 개발이 활발히 이루어지고 있음

직결식(gearless type)풍력발전기	ㆍ직결식 풍력발전기는 풍력터빈용 발전기(generator)의 기술이 향상되면서 증속기가 없는 형태로 개발된 것임. 기어박스가 없기 때문에 구조가 단순하고 기계적인 응력이 감소되며 기계적 소음도 낮음. 또한 운전, 유지비용이 적게 소요되며 가동율(availability)도 높다는 장점이 있음ㆍ그러나 회전속도가 느려 다극발전기를 사용해야 하기 때문에 발전기의 크기와 무게가 증가되고 가격도 비싸짐. 또한 로터와 발전기가 가까이 있어 나셀의 무게중심이 한쪽으로 쏠릴 수 있어 이를 해소하는데 타워와 기초비용이 증가되는 단점이 있음ㆍ최근에는 관련 기술의 발달로 이러한 단점이 상당부분 해소된 혁신적인 시스템이 개발되고 있음

풍력발전기 유형.jpg 풍력발전기 유형

(3) 설치장소에 따른 분류

구분	주요 내용

육상(Onshore type)풍력발전	ㆍ육상풍력발전이란 물 속이 아닌 내륙지역에 풍력발전설비를 건설하여 발전하는 것을 의미함ㆍ육상풍력은 건설이 용이하고 경제성이 높다는 장점이 있어 지금까지 건설된 국내외 대부분의 풍력발전단지는 이 형식에 속하였지만, 육상 단지의 포화, 민원 발생, 풍력효율 저하, 대형화의 한계성 등 건설 상의 제약요인이 많아 지금은 점차 해상풍력으로 이행하는 추세에 있음

육상풍력.jpg 육상풍력

해상(Offshore type)풍력발전	ㆍ해상풍력발전이란 수면 위에 풍력발전단지를 건설하여 바람에 의한 전력생산을 하는 것을 말함ㆍ해상(Offshore)이라는 개념은 해양산업에서 통상적으로 사용하는 바다만을 의미하는 것이 아니기 때문에, 해상풍력발전에는 호수, 협강, 폐쇄된 해안지역 등 내륙(Inshore)에 속하는 지역의 풍력발전도 포함됨ㆍ해상풍력발전은 전통적인 바닥고정(Fixed bottom)형 풍력발전기술은 물론, 물이 깊은 곳에서는 부유식 풍력터빈(Floating wind turbine) 기술도 사용됨ㆍ또한, 해상풍력은 넓은 부지 확보가 가능하고 민원이 적어 풍력단지의 대형화가 가능하며, 바람의 품질이나 풍속이 양호하여 풍력발전기의 안전성과 효율성 측면에서도 유리하다는 장점이 있음ㆍ반면, 육상풍력에 비하여 경제성이 낮고, 설치와 운전 유지에 어려움이 있으며, 계통연계가 어렵다는 등의 단점이 있음

해상풍력.jpg 해상풍력