1. 개황(기술 정의 및 필요성)
해상풍력 O&M 기술은 해상풍력 프로젝트 기간(20~25년) 동안 안전하고 경제적인 운영을 보장하기 위해 준공 이후에 수행되는 모든 활동을 의미하며, 그림 1과 같이 프로젝트 ‘유지 비용’과 기술적 문제로 인한 ‘발전량 손실 비용’의 합을 최소화하는 것이 목적이다. O&M 기술은 설비 감시, 환경 감시, 기상 예측, 발전량 예측, 스케줄링 등 종합 자산관리 기술인 ‘운영 (Operation) 기술’과 각종 검사, 계획-비계획 정비, 대(Major)-소(Minor) 수리, 운송, 안전 등 물리적 설비에 대한 유지·수리 기술인 ‘관리(Maintenance) 기술’로 나뉜다. 해상풍력은 유사시 현장 접근 및 작업이 어려운 환경적 특성으로 인해 O&M 비용이 LCOE의 25~30%를 차지하기에 기술 최적화 및 효율화를 통한 비용 절감이 중요하다.
2. 현황 또는 동향 (기술개발 사례)
글로벌 해상풍력 제조사 및 운영사들은 프로젝트 경제성 극대화를 위해 풍력터빈 대형화뿐만 아니라, O&M을 최적화하기 위한 다양한 기술을 개발하고 있다. 이와 관련해 ▲원격감시 ▲무 인 서비스·진단 ▲재활용 분야로 기술을 분류해 간략히 소개하고자 한다.
가. 원격감시
해상풍력에서 원격으로 설비를 감시하고 이상 상태를 조기에 감지하는 것은 고장을 예방하고 가동률을 높이는데 중요한 역할을 한다. 풍력설비는 나셀, 메인베어링, 기어박스, 발전기 등 주 요 부품에 풍향/풍속계, 회전속도계, 온도/진동 센서 등을 부착해 SCADA 또는 CMS와 같은 원격감시시스템을 통해 설비 또는 부품의 운전 상태를 감시하고 있다. 더 나아가 수집된 빅데이터를 기반으로 인공지능을 학습시키고 실시간으로 데이터를 분석해 고장을 예측하거나 그 원인을 진단하는 기술을 개발하고 있으며, O&M 주체도 제조사에서 운영사로 확대되고 있다. 이와 관련하여 한전 전력연구원에서는 광섬유, 음향방출, 자기장 센서 등을 활용해 기존 센서를 통해 감시할 수 없었던 블레이드, 타워, 볼트 등의 변형이나 응력을 감시하거나 메인베어링의 결함 유 무를 조기에 감지하는 인공지능 알고리즘 개발 연구를 수행하고 있다.
나. 무인 서비스·진단
정비 인력, 시간, 비용 및 해상작업으로 인한 위험 요인을 감소시키기 위해 로봇 등 자율시스템을 통해 현장 작업을 대체하는 무인 진단 연구도 해외에서는 활발히 진행되고 있다. 독일 에너지기업 RWE는 운전 중인 풍력터빈에 대한 지능형 자율드론 검사 연구를 통해 블레이드 유지비를 50%까지 절감하는 것을 목표로 하고 있으며, 덴마크 국영기업 Ørsted는 유지보수 서비스를 위한 운영선박에서 드론으로 68kg에 이르는 예비 부품과 도구를 전달하는 솔루션을 세계 최초로 개발해 영국 Hornsea 1 해상 풍력단지에서 실증 중이다. 스웨덴 에너지 기업 Vattenfall은 영국 에너지연구소 ORE Catapult와 함께 전기구동식 무인수상선박을 이용해 세계 최초로 해상 풍력터빈, 해저 케이블, 세굴 현황 등에 대한 무인 진단을 수행하고 있다. 특히 ORE Catapult 의 경우 혁신적인 무인 진단 연구를 위해 지난해 DARE(Digital Autonomous and Robotics Engineering) 센터를 구축해 무인항공기, 무인잠수정 등 다양한 무인 진단시스템을 테스트하고 있다.
다. 재활용
지속 가능한 순환 경제를 위한 재활용(Recycle)도 O&M의 영역이며, 유럽을 시작으로 풍력터빈 노후화로 인한 재활용 문제가 확대되고 있다. 2019년 기준 유럽 내 15년 이상 운영된 육상 풍력터빈은 3만 4,000대(36GW 규모)에 이르며, 2023년 말 기준 폐기 대상인 블레이드는 1만 4,000개에 이른다. 이에 유럽 각국은 블레이드 매립을 금지하고 있으며, SGRE, Vestas 등 선도 제조사들도 현재 평균 85%인 풍력터빈 재활용률을 100%로 하는 Zero-waste 풍력터빈을 2040년까지 개발하겠다고 공표했다. SGRE는 2021년 열가소성 수지를 사용해 세계 최초로 재활용 가능한 해상 풍력터빈 블레이드를 개발했으며, 2030년까지 모든 블레이드를 재활용하는 것을 목표로 삼고 있다.
3. 전망 또는 향후 계획 (국내외 시장 전망)
2030년 해상풍력 O&M 시장은 영국에서 연간 13억 파운드(약 2조 2,000억원), 영국 이외 국가에서 연간 76억원 파운드(12억 8,000만원) 규모로 풍력터빈 공급 시장에 이어 두 번째로 큰 시장으로 성장할 것으로 예상된다. 우리나라의 경우, 2030년까지 태양광과 풍력을 합하여 72GW가 보급될 전망이며, 터빈 대형화 및 핵심부품 국산화, 해상풍력 배후항만 조성, 해상풍력 O&M 서비스 육성 등이 동반 성장을 위한 국내 산업으로 여겨지고 있다. 전 세계 해상풍력 O&M 시장의 성장과 함께 국내 산업과 기술 수준이 지속적으로 성장하기 위해서는, 국내에서 발생하는 다양한 O&M 관련 현안문제를 해결하기 위한 기술개발과 함께 향후 해외 O&M 시장에 진출하기 위한 차별화된 신기술 개발에 힘써야 할 것으로 사료된다.
박선호 한국전력공사 전력연구원 책임연구원 [email protected]
