비싸기로 악명 높은 심해 해상 풍력발전기 설치 및 유지 비용을 절반 수준으로 대폭 감축시켜줄 신기술이 유럽의 신재생 에너지 기업서 개발돼 소비자의 미래 신재생 에너지 사용료 인하에 기여하게 될 전망이다.

최근 노르웨이 스타트업 ‚윈드스파이더(WindSpider)‘는 혁신적 크레인 디자인을 소개하고 종전의 해상풍력 발전기 설치 시스템 보다 안전하고 저렴한 설비와 유지보수 솔루션을 가능성을 제시했다.

♢ 풍력발전 시스템 최대 단점, 설치비용 너무 비싸

한국전력 연구원(KEPCP)이 발표한 2021년 보고서에 따르면, 해상풍력기 설치비용은 대당 고정식이 약 50억 원, 부유식은 약 60억 원에 이른다. 

발전기 설치에 필요한 고가의 주요 구조물을 바다로 운반해 해상에서 조립 설치하는 공법을 사용하는데 한 대 설치하는 데에만 3개월 이상 소요된다.

심해 해상 풍력발전기 설치비용이 비싼 이유는 또 있다. 해상풍력발전 구조물을 설치하기 위해서는 조립 및 설치 작업에 동원될 초대형 전용 크레인을 해역으로 운반할 대형 선박 또는 바지를 임대해야 한다. 

유럽 북해의 해상풍력발전소에서 사용되는 설치용 크레인 운반 선박(10대 설치에 필요한 구조물 적재 가능) 사용료는 일일 15~25만 달러(우리 돈 약 2억~3억 4,000만 원)에 이른다(자료: ESFC Investment Group).

통상 풍력발전기 조립 크레인은 높이 200미터 이상에 무게 1,500톤 이상에 이르는 거대한 규모인데, 풍력 터빈의 지름이 크고 회전자 날개(rotor)가 길수록 전력 발전 효율성이 높아지며 발전기 높이가 높아질수록 그에 준해 조립 크레인도 더 높이 설치돼야 한다. 

최신 풍력발전기는 150~200미터 높이로 설치되는 것이 대세이며, 특히 심해 해상 풍력발전 터빈은 육지 가까이 위치한 풍력발전기 보다 더 높고 크다.

또, 해상 조립 크레인의 덩치가 큰 만큼 더 조심스러운 조업을 요한다. 

대형 운반용 선박에 실어 심해로 운반할 경우 바다 표면 격랑에 심하게 흔들리고 위험 부담이 큰 특수 고가 장비인 만큼 크레인 운반 비용과 일일 대여료는 10만~22만 달러(우리 돈 약 3억 원)에 이른다. 

그 같은 억센 작업을 수행해야 하는 시설인 만큼 심해 해상풍력발전기 설치에 사용되는 전용 크레인 역시 크레인 중 가장 비싸다. 가령, 인류 사상 건설된 세계 최대의 풍력 터빈은 중국 밍양 스마트 에너지 사가 가동중인 22 메가와트급 초거대 풍력발전기는 설치비는 말할 것도 없고 유지 보수비 역시 육상풍력 및 태양광 발전소 보다 20~30배 비싼 것으로 알려져 있다.
 
♢ 가볍고 수월한 구조물 조립→설치비용 절감→소비자 전력 사용료 인하 효과

이번 윈드스파이더 사의 자가조립식 크레인은 이미 다른 풍력발전기 제조업체들 — 대표적으로 독일의 해안 풍력 터빈 제조업체인 에너콘(Enercon) 등 — 이 개발해 놓은 기술의 개선 버전이다. 

자가조립식 크레인을 타워(풍력발전기 지지 구조 기둥) 하부에 고정시킨 후 분할된 구조물을 들어 올려 쌓아가듯 설치하는 공법을 활용한다. 크레인은 구성물을 순차적으로 구축 상승하는 작업을 거듭해 타워 설치를 마친 후 나셀(nacelle)과 바람개비 모양의 회전자 날개를 부착한다.

장점 1: 타워를 둘러싸는 구조물을 무거운 강철 때신 알루미늄 소재로 교체해 크레인의 안정성을 높이고 제조가를 합리화시켰다. 종래 크레인이 구조물 리프팅 시 무게 불균형으로 발전기 기초에 부담을 주고 안전 사고에 노출돼있던 점을 보완한다.

장점 2: 덕분에 크레인은 사실상 높이 제한 없는 대형 타워 건설이 가능하다. 

이는 높이 200미터 이상의 최신 현대식 풍력발전기 설치도 문제없이 수행할 수 있음을 뜻한다. 또, 1,500톤 이상의 구조물을 리프팅할 수 있으며, 일단 타워 건설이 완성된 후 나셀을 끌어올리고 알루미늄 비계 앞에 회전자 날개를 수직으로 들어 올려 설치하기 수월하도록 설계를 개선했다.

장점 3: 가벼운 알루미늄 구조물과 손쉬워진 조립 공정은 유지비 절감에도 효과가 있어 기존 풍력발전기 보다 총 운영 비용을 50%까지 감축시킬 수 있다고 업체는 주장한다. 풍력발전 시설이 한층 싼 가격에 설치운영되면 최종 소비자들은 보다 싼 가격에 전력을 소비할 수 있게 된다.

현재 윈드스파이더 사는 이 새 설계가 이론 대로 작동할 것인지를 입증하기 위해 첫 실물 크레인을 제작해 기능 실험을 실시하고 있다. 재정적 지원은 노르웨이의 해양 건설용 알루미늄 부품 전문 제조업체 레이르빅(Leirvik)이 제공한다.