풍력 공부 (2) - 해상풍력 터빈 & 하부 구조물 & 케이블

1. 해상 풍력 - 터빈

 

1) 대형화 트렌드

 

 

• 당연하게도.. 면적이 커야 바람을 받는 양이 늘고 그래야 발전 효율이 증가함.
• 따라서 면적이 증가하는데 성장해온 기계공학, 재료공학 등 공학적 기술력이 이를 뒷받침하며 지속적으로 보탬이 됨.
• 육상풍력과는 다르게 offshore substation (변전소)와 foundation 비용이 더 높음. 먼 바다에 더 크게 지으니..
• 그럼에도 단위 당 가장 큰 파이는 터빈.
• 다시 말해 터빈이 가장 만들기 어렵다는 뜻이기도 하겠죠

 

2) 해상 풍력 터빈

 

 

• 핵심 기술은 터빈과 나셀. 주요 제작사는 GE, 지멘스, 베스타드, 오스테드임.
• 앞서도 언급했지만 대형화가 발전 효율이 좋아 발전 단가가 낮고 그래야 타 발전 설비들과 대비 경쟁 우위를 가져갈 수 있음.
• 대형화로 좋아지는 수익성은 자금 조달의 용이함을 불러오고 풍력단지는 더 많아지는 선순환 구조 기대.
• 한국은 두산과 유니슨이 있지만.. 기술력은 뭐.. ㅎㅎ
• 현재 해외는 8MW / 국내는 3MW가 주력이라고 함.
• 그러나 해외 3사는 21년 상반기 15MW 터빈을 신제품으로 선보였고 24~25년 상용화 목표로 하고 있음.
• 터빈의 대형화는 이용률의 증가를 불러와서 발전단가의 하락까지!
• 참고로 원자력 발전소 한 개에 1GW 정도로 10MW 풍력 터빈 100개면 맞먹음. (물론 기후 리스크 상주..)

 

3) 발전 단가의 변화

 

• Case 1은 20MW - 47%이고 Case 2는 20MW - 60% 가정한 것 같음.
• 참고로 8MW의 평균 이용률은 45% 고 제작사에서 말하는 15MW의 평균 이용률은 60% 라고함.

 

• SPR(Specific Power Rating, W/m^2): 단위 출력 비율. 다시 말해 전력과 풍력 블레이드 면적 크기와의 상관관계.(정격 용량-와트)
• 낮아질수록 좋은 데 그 이유는 면적이 넓어야 많은 바람에너지를 수용할 수 있기 때문. 즉, 터빈 효율의 증대.

 

2. 해상풍력 - 하부구조물

 

1) 하부 구조물의 타입

 

 

• 수심에 따라 Monifile < 30m / Jacket < 50m / Windfloat > 50m / Floating Spar > 120m
• 고정식 해상 풍력에 사용되는 Monifile과 Jacket은 비교적 저 수심인 북해나 유럽에서 사용됨.
• 부유식 해상 풍력에 사용되는 Windfloat, Floating Spar는 수심이 깊은 한국, 대만 등에서 사용됨.

 

2) 고정식 / 부유식의 비교

 

• 위 표에 장, 단점이 비교가 잘 되어있음.
• 의외였던 게 부유식이 더 저렴하다니.. 생각해보니 아예 바닥까지 설치해야 하는 고정식에 비해 설치 난이도나 소요 자제가 적게 들어갈 것 같음.
• 또한 먼바다로 나가기에 민원, 부지에서 자유롭고 더 좋은 풍질을 공급받을 수 있음.
• 멀어지는 만큼 제반 인프라의 조성과 유지 비용은 더 들겠고..
• 나중에 해상 풍력 회사에 취직하는 근로자는 배 탈 일이 노상 생기겠네요.
• 한국의 계획은 울산 앞바다에 대규모 해상 풍력 단지 조성.
• 참고로 동해가스전은 2021년 고갈 예상되고 그 후 CCUS로 모은 CO2를 저장하는 장소로 사용할 예정.

 

3) 주류로 올라설 부유식 해상 풍력

 

• 설치 잠재력에 있어 수심이 깊은 곳이 대부분 : 부유식이 필요
• 유럽과 동아시아에 특히 수혜.
• 다만 현재로선 터빈도 여전히 대형화로 기술 진행 중이라 표준화가 덜 됐고 설치비용, 관리비용이 비싸 고정식에 비해 여러모로 소모되는 비용은 높음.

 

 

• 고정식은 입지 제약으로 성장에 한계가 있는 반면 부유식은 성장이 무궁무진함.
• 2050년까지 180GW의 잠재력을 내포하고 있다고 Equinor 사 주장.
• 터빈의 표준화, 터빈 타워와 하부 구조물의 대량 생산 등 양산 체제가 본격적으로 갖춰지고 하면 2030년부터는 고정식과도 단가 경쟁에서 해 볼만 하다.

 

4) 한국 기업의 수혜

 

아래 본문에서 지속됩니다.

 

 

• 큰 부지가 필요하고 높은 기술력을 요하는 진입장벽이 높은 산업.
• 한국은 전통적 조선 강국으로 해상 플랜트를 많이 만들어본 경험이 있어 풍력 부유체 제작도 수월히 진행.
• 전통적 풍력 강자인 유럽은 북해의 수심이 얕은 것도 있지만 조선 밸류체인도 없어 전부 모노파일이나 재킷 식으로 제작.
• 대만의 해상 풍력 단지의 경우에도 터빈은 유럽 회사가 담당하지만 부유체는 삼강엠엔티에서 만들어서 이송.
• 애초에 타워나 부유체는 먼 곳에서 제작할 경우 선박으로 장거리 운송을 해야 하기에 설치코자 하는 풍력단지 근처에 밸류체인이 완성되어있는 것이 중요.
• 씨에스윈드의 경우 유럽-터키, 포르투갈 / 중국 / 베트남 / 미국 등 현지 법인이 다양해 터빈사에서 프로젝트를 수주해 씨에스윈드에 타워 외주를 줌.
• 삼강엠엔티의 경우 대만 풍력단지 수주했고 일본 해상 풍력단지도 이야기가 나오고 있음.
• 더 나아가 베트남에서 추진 중인 해상풍력 단지에 한국의 회사들이 수혜를 입을 가능성은 크다.

 

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[삼강엠앤티(100090)] 해상풍력 하부구조물 수요 급증 : 증권가 속보) (thinkpool.com)

 

• 해상풍력 하부구조물 공급 부족 시달릴 것, 삼강엠앤티에게 열린 시장만 83조 원
• 삼강엠앤티가 공급 가능한 국가들 중 해상풍력 계획이 확정된 곳은 대만(20.5GW), 일본 (45GW), 대한민국(12GW)이다. 
• 베트남은 2030 년 5GW, 2045 년 21GW의 계획을 추진 중이다
• 호주는 관련 법안 도입으로 그동안 진행되어 오던 25GW의 해상풍력 파이프 라인의 건설이 본격화될 것으로 예상된다
• 늘 그렇지만 한병화 애널께선 강하게 워딩 하시는..
• 베트남, 호주까지는 항해로 1주일이기에 충분하 납득 가능한 거리.
• 미국, 유럽 물량의 경우 수주받을 가능성을 확인하려면 현지 법인과 제작 야드가 있는지 체크가 필요.

 

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3. 해저 케이블

 

• 전기 흐름: 터빈 <-inter-array cable-> 해상변전소 <-export cable-> 육상 변전소
• inter array 에는 36kV의 상대적 저전압 전기가 흐르고 길이도 짧음.
• export array 에는 154 or 345kV의 고전압 전기가 흐르고 길이가 길다.
• 시스템은 HVAC or HVDC 사용. 
• 해저케이블이나 전력망 구축에 경험 있는 LS 전선과 같은 회사가 수혜이지 않을까?

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과거 풍력 관련 포스팅했던 글입니다.

 

호기심가시면 읽어보세요~

 

2022.02.27 - [산업/풍력] - 2022 풍력 발전 전망 - 한국 플랜트 산업 협회