유럽 등 해외에서 이미 각광받고 있는 해상풍력에너지는 2020년 신기후체제가 가동되며 국내에서도 현실성 있는 청정에너지원으로 주목받고 있다. 그러나 육상풍력발전과 달리 바다 한 가운데에 풍력발전기를 세우는 공사는 매우 복잡하고, 수심과 깊이, 발전 용량에 따라 지지구조 비중이 커지므로 많은 비용이 발생할 수밖에 없는 구조다. 이에 안전성과 경제성을 갖춘 신소재 풍력타워 기술이 개발돼 관심을 모으고 있다.

19일 한국신재생에너지협회 자료에 따르면, 유럽은 현재 총 13개의 해상풍력단지를 건설 중으로 완공시 설비용량 규모가 4.2GW를 넘을 것으로 예상된다. 영국, 독일, 핀란드, 덴마크 4개국은 총 3.7GW 규모의 해상풍력프로젝트 7개에 총 140억 유로(약 17조5471억원)를 투자한 것으로 나타났다.

아시아 지역에선 중국이 상하이에 최초로 해상풍력발전소를 전면 가동했다. 2020년까지 장쑤, 산둥, 저쟝성 등에 대형 해양풍력단지를 건설할 계획이다.

우리나라는 현재 2.5GW규모의 서남해 해상풍력사업을 추진하고 있다. 해상풍력타워의 주재료는 ‘강재’로 진동에 취약하고, 부식이 빠른 특성 탓에 안전성에 문제가 있다. 유지보수비용도 만만치 않게 든다. 

이에 한국해양과학기술원 연구팀은 기존 강재 풍력타워의 문제점을 해결하기 위해 신형식 풍력타워 개발을 수행했다. ‘ICH RC’구조와 ‘FRP’를 적용한 ‘DSCT’구조의 신형식 풍력타워 개발을 수행했다. ICH RC구조는 콘크리트와 강재를 결합한 합성구조로, 철근 콘크리트 기둥의 중공면에 내부 강관을 설치해 기둥의 강도와 연성을 향상시켰다. 섬유보강 폴리머인 FRP는 항공기나 자동차에 사용되는 고강도 복합재료로 내부식성이 강해 해양환경에 적합하다.

연구를 통해 개발된 풍력타워는 강도와 내구성이 탁월해 기존 풍력타워보다 작은 직경으로도 더 큰 용량의 풍력발전기를 지지할 수 있다. 복합 합성구조 풍력타워는 초기에 3㎿급 대응으로 개발이 시작됐으나, 대용량 터빈에 적합한 합성구조를 갖춤에 따라 5~7㎿급의 대형 터빈을 대상으로 적용할 수 있도록 연구가 수행됐다.

신형식 합성타워 기술은 국내 해상풍력발전단지 프로젝트의 기본 자료이자 해양플랜트 핵심기술 개발에 필요한 기초자료로 제공되는 것은 물론 국제 공인인증을 획득한 비선형 해석 프로그램의 보급을 통해 실제 설계에 활용 가능할 것으로 보인다.

특히 해상풍력 기초 및 파일과 바닥판, 보 등 항만구조물까지 확장해 적용할 수 있다는 장점이 있다.

한택희 한국해양과학기술원 연구원은 “국내에서 해상풍력이 많이 발전되고 있지만, 추세가 터빈 뿐만 아니라 날개까지 대형화되고 있다”며 “이번 개발된 신소재와 기술이 큰 무게를 지탱 할 수 있는 신형식 구조”라고 말했다.

그는 또 “유럽에서 활성화된 풍력 발전 사업이 국내에선 지연된 부분이 있다”며 “올해 들어 풍력발전 사업이 추진되고 있어 점차 보급화 되길 기대한다”고 덧붙였다.