하광태 프라운호퍼 풍력에너지 연구소 박사

 

독일 신재생에너지 현황

 

독일은 신재생에너지 기술 개발 및 효율적인 에너지 사용에 대해 적극적으로 정책을 추진하고 있는 국가 중 하나이다. 이러한 사실을 반영하듯 독일에는 유럽 중 가장 많은 풍력발전기가 설치돼 있으며, 단일 국가로는 세계에서 4번째로 많은 풍력발전용량을 보유하고 있다. 2001년 독일 정부의 탈원전정책 이후 2000년 전체 소비전력(Gross Electricity Consumption)의 6%에 불과하던 신재생에너지 비율(RES, Renewable Energy Sources)은 18년이 지난 지금 33%를 달성, 그중 풍력에너지는 16%(육상풍력 14%, 해상풍력 2%)를 차지하고 있다.

 

독일 전체 소비전력 에너지원

 

자료원: Federal Ministry for Economic Affairs and Energy(https://www.bmwi.de)

 

이는 체르노빌과 일본 후쿠시마 원전사고 이후 독일 정부의 체계적인 에너지전환정책과 이에 대한 국민적 공감이 반영된 결과라고 볼 수 있다. 비록 초기 정책 수립 및 개정 과정에서 많은 어려움에 직면했지만, 메르켈 정부가 2000년부터 도입된 신재생에너지원정책(Renewable Energy Sources Act)을 지속적으로 추진한 결과, 오늘날의 광범위한 청정에너지 보급 및 에너지원의 다변화를 실현할 수 있었다. 특히 해당 기간 신재생에너지산업 관련 산학연 R&D 분야, 재료 분야, 화학 분야, 제조 분야 및 유지/보수 분야 등에 걸쳐 많은 고용이 창출됐으며, 지금까지 축적된 관련 첨단기술은 현재 독일 산업의 중요한 한 축이 되고 있다.

 

독일과 한국의 전력 현황

 

독일 정부는 가스와 전력 공급자에 대한 규제를 완화해 소비자들이 스스로 전력 공급자를 선택할 수 있도록 했다. 현재 독일에는 800여 개의 전력 공급자가 존재하며, 이 중 4개의 공급자들(E.ON, EnBW, Vattenfall, RWE)이 전체 시장의 80%를 점유하고 있다. 독일은 한국에 비해 국토면적은 약 2배, 인구 수는 약 1.5배, 경제규모(GDP)는 약 2배 이상이지만 두 나라의 전력 생산량 차이는 크지 않다. 하지만 1인당 전력소비는 한국이 30% 이상 높다.

 

독일과 한국 간 전력 현황 비교

             

주: 시계방향으로 전력생산량, 인구당 전력 소비량, 재생에너지 비율, 원전 에너지 비율 그래프임.            

자료원: IEA(International Energy Agency, https://www.iea.org)

 

상기 비교 그래프를 살펴보면, 독일은 전기료 상승에도 불구하고 효율적인 전력 사용 및 에너지 효율성에 집중적으로 투자해 20년간 인구당 전력 소비 변동이 크지 않지만, 한국의 경우 지속 증가했음을 알 수 있다. 또한 독일의 경우 지속적인 신재생에너지 기술 투자 및 보급을 통해 현재 신재생에너지가 전체 전력의 30% 이상을 담당하는 한편, 한국의 신재생에너지 비율은 약 5%(2015년)로 아주 미미함을 알 수 있다. 이는 한국이 전체 전력의 30% 이상을 원자력 발전에 크게 의존하기 때문이기도 하다.

 

독일과 한국의 풍력에너지 현황

 

독일은 1983년 처음으로 풍력단지를 가동한 이래 현재 세계에서 중국, 미국, 인도에 이어 네 번째로 큰 풍력발전용량(56GW)을 가지고 있다. 풍력발전을 통한 전력 생산량은 독일 전체 전력 생산량의 16%이며, 이는 전체 신재생에너지 중 약 50%에 해당하는 보급률이다. 2009년부터 시작된 해상풍력은 현재 5GW 이상의 발전용량을 보유하고 있으며 2030년까지 15GW를 목표로 하고 있다. 이에 비해 한국의 풍력발전용량은 1.1GW에 해당하며 전체 전력량의 0.4% 정도로 아주 미미하다. 이는 풍력단지로 활용하기에 부족한 국토면적과 육지 내 낮은 평균 풍속, 그리고 다양한 이해관계 속에서 정부 주도의 재생에너지정책 지속성이 부족한 점이 그 원인으로 들 수 있겠다.

 

프라운호퍼 연구소 소개

 

프라운호퍼 연구소(Fraunhofer Institute)는 유럽에서 가장 큰 응용연구소로 기계, 전기, 전자, 통신, 재료, 풍력 등 70여 개의 각기 다른 전문 분야로 구성돼 있으며, 전문 인력 약 2만5000명과 예산 약 3조 유로로 운영되고 있다. 연방정부와 주정부로부터 대부분의 연구 지원을 받는 막스플랑크, 라이프니츠, 헬름홀츠와 달리 프라운호퍼는 전체 운영비용의 30% 이상을 산업계로부터 지원받는다. 이는 해당 연구소가 산업계로부터 용역 또는 공동 연구 제안을 받아 진행하기 때문이며, 학계와 산업계의 중간 역할로 직접 산업화에 적용되는 부분을 연구하고 있다. 이러한 프라운호퍼의 비즈니스 모델은 아래와 같다.

 

프라운호퍼 연구소 비즈니스 모델

자료원: 프라운호퍼 연구소

 

프라운호퍼 풍력에너지 연구소(https://www.iwes.fraunhofer.de)

 

프라운호퍼 풍력에너지 연구소(Fraunhofer IWES, Fraunhofer Institute of Wind Energy System)는 독일의 유일한 풍력 전문 정부 연구소이며, 산업계 및 학계와 협업 하에 풍력에너지와 관련된 전 분야 연구를 수행하고 있다. 독일 브레머하펜에 메인 센터를 두고 함부르크, 브레멘, 하노버에 각기 다른 분야의 그룹을 두어, 풍력단지 계측부터 풍력터빈의 하부 구조물 및 로터에 이르는 풍력발전기 전반에 걸친 연구를 수행하고 있다.

 

프라운호퍼 풍력에너지 연구소 수행 업무

 

 

그 외에도 아래와 같이 다양한 시험, 시뮬레이션 및 계측을 수행하고 있다.

로터 분야	로터블레이드 및 타워에 사용되는 재료의 물성치 및 신뢰성 검사, 로터 공력 시뮬레이션 및 최적화, “BladeMaker” 데모 센터를 통한 블레이드 제작 자동화
드라이버트레인 분야	피치베어링 신뢰성 시험, 그리드 (Grid) 시험, 기계하중 신뢰성 시험
하부구조 분야	친환경적인 하부 구조물 설치 공법 시험, 하부 구조물과 토질 간의 실험적 모델 시험 및 시뮬레이션, Seabed 샘플의 지질학적 시험
설치 사이트 평가 및 계측	LiDAR를 활용한 해상 풍속 계측, CFD를 활용한 풍력단지 모델링 및 최적화, IEC61400-13/12에 따른 풍력터빈의 하중 및 성능 측정

주: 상기 연구 업무들에 대한 자세한 사항은 Fraunhofer IWES 홈페이지 참고(www.iwes.fraunhofer.de)

 

프라운호퍼 풍력에너지 연구소는 세계적인 글로벌 풍력회사들과 긴밀한 관계를 가지고 연구 및 용역 업무를 수행해 왔으며, 또한 유럽 내 다른 연구기관들과도 다양한 연구과제를 공동수행해 풍력에너지 연구소의 전문성을 굳건히 하고 있다.

 

글을 마치며

 

에너지 사용량은 인더스트리 4.0(Industry 4.0)의 기조에 따라 모빌리티, IoT, 스마트 공장 등 다양한 분야에서 지속 증가할 것이다. 세계 석탄 수입 2위국, 천연가스 수입 2위국이자 1979년 오일쇼크와 같은 에너지 혼란을 겪은 한국은 미래 산업의 에너지 확보를 위해 특정 에너지원의 집중이 아닌, 에너지전환정책을 통한 다양한 에너지원에 대한 투자와 이를 통한 실질적인 보급이 필요한 시점이다. 최근 정부는 현재 7%의 재생에너지 비율을 2030년까지 20%까지 끌어올리는 재생에너지 3020계획을 수립했다. 한국의 미래 에너지 안보 및 다변화를 위해서 확고한 의지를 가지고 지속적으로 추진할 필요가 있다. 또한 우리가 가지고 있는 세계적인 해양산업 기술력과 노동력을 통해 해상풍력산업을 활성화한다면 경쟁력 있는 미래 산업 창출 및 이로 인한 고용창출이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있을 것이라 생각된다.

 

끝으로 풍력에너지와 같은 청정한 신재생에너지의 기술 개발 및 보급을 통한 활성화는 이제 더 이상 선택이 아니라 장기적으로 지속성을 가져야 할 한국의 에너지정책 방향인 것은 확실하다.

 

 

※ 해당 원고는 외부 전문가가 작성한 정보로 KOTRA의 공식의견이 아님을 알려드립니다.