2. 환경 및 역량분석
2.1.2 국외 동향
세계적으로 해양에너지 개발에 많은 투자가 이뤄지고 있으며, EU가 해양에너지 기 술개발을 선도하고 있으며, 영국, 캐나다를 중심으로 조류발전 상용화가 진행 중에 있음
- 2016년 기준, 영국은 2,100kW 설치용량을 확보하였으며 96,000kW의 조류발전 프로
젝트가 진행 중에 있음. 캐나다도 20,450kW 규모의 조류발전 프로젝트가 진행 중에 있음
- 아시아 국가에서는 국내 울돌목 시험조류발전소가 1,000kW의 설치용량을 확보하고 있으며, 최근 중국이 4,800kW 규모의 조류발전 프로젝트를 진행 중임(OES, 2015)
[그림 2-4] 국가별 조류발전 설치용량 및 조류발전 프로젝트 현황
2015년 기준, 전 세계 조류발전 설치용량은 8MW로 실증단지 운용을 통한 상용화
단계(TRL 9)에는 이르지 못하고, 세계적으로 기술수준은 단일기 설치 및 운용의 준 상용화 단계(TRL 8)에 해당됨
다음 [그림 2-5]는 국가별 설치 및 계획 된 해양에너지 설치용량임(Seanergy and EY, 2016)
[그림 2-5] 국가별 설치 및 계획 된 해양에너지 설치용량
Ocean Energy Europe(2015) 개발 로드맵에 따르면 유럽의 2020년 해양에너지 누적
용량은 302 MW로 추정하고 있으며 조력발전까지 포함하면 약 853 MW의 누적발전 량을 보일 것으로 추정함([그림 2-6] 참조)
[그림 2-6] 유럽의 연간 해양에너지 누적용량
국가별 수력과 해양에너지 목표 설비용량을 살펴보면 다음 [표 2-4]와 같으며, 국가 별로 자원특성에 따라 발전기술 목표를 각기 다르게 잡음. 그러나 전체적으로 재생 에너지 개발에 집중하고 있음을 확인하였음
Country Technology Target
Indonesia Hydropower 2GW by 2025, including 0.43 GW
micro-hydropower
Italy Hydropower 42,000GWh/year generation from
17.8 GW capacity by 2020 Japan Ocean power(Wave and tidal) 1.5 GW by 2030 Rep. of Korea
Ocean power 6,159 GWh/year by 2030 Hydropower(large-scale) 3,860 GWh/year by 2030 Hydropower(small-scale) 1,926 GWh/year by 2030 Macedonia Hydropower(small-scale) 216 GWh by 2020
Morocco Hydropower 2 GW by 2020
Myanmar Hydropower 9.4 GW by 2030
Philippines Hydropower 5,398 MW added 2010–2030
Ocean power 75 MW added 2010–2030 Portugal Hydropower(small-scale) 400 MW by 2020
Ocean power(wave) 6 MW by 2020
Spain Hydropower 13.9 GW by 2020
Ocean power 100 MW by 2020
Switzerland Hydropower 43 TWh/year by 2035
Thailand Hydropower 6.1 GW by 2021
Ocean power(wave and tidal) 2 MW by 2021
Turkey Hydropower 34 GW by 2023
[표 2-4] 국가별 수력 및 해양에너지 목표 발전량
유럽의 경우 최근 8~10년간 700mil Euro(9,100억원)의 민간투자가 이루어졌으며(SI Ocean,
2016), 그 결과 최근 5년간 약 10GWh의 전력생산량을 얻을 수 있었음
[그림 2-7] 영국에서의 조류발전 누적발전량
EU는 조류발전 실증단지 프로젝트를 통해 상용화를 추진하고 있으며, 상용화에 근
접한 조류발전 터빈으로는 Atlantis(1MW), Andritz(1MW), Siemens(1.2MW), OpenHydro 등이 있으며, 현재 1MW급이 표준화되고 있는 추세임. 이러한 조류발전 터빈은 영 국의 EMEC을 비롯하여 프랑스에서 실해역 시험을 수행하였음
또한, 영국을 중심으로 미국, 캐나다, 노르웨이, 네덜란드, 호주 등에서 조류발전 상 용화를 위한 연구가 활발하게 수행되고 있음. 더불어 조류발전기 제작 외에도 자체 기준 수립, 실해역 시험장 구축, 발전단지 조성 등 조류발전 상용화에 필요한 다양 한 프로젝트가 수행되고 있음
앞에서 살펴본 바와 같이, 전 세계적으로 조류발전 실증단지 개발이 가속화되고 있 으며, 실증단지 개발 계획을 [그림 2-8]에 나타냈었음
- MeyGen 프로젝트의 1단계 사업으로 영국 스코틀랜드의 MeyGen 지역에 1.5MW급 HS1000 MK1(Andritz Hydro Hammerfest) 발전기 3기와 1.5MW급 AR1500(Atlantis Resources) 1기가 설치됨.
- 6MW급 실증단지가 2015년에 시작되어 2017년부터 운영 중에 있으며, 스코틀랜드
Sound of Islay(10MW), 스코틀랜드 Kyle Rhea(10MW), 프랑스 자르 블라카드(5.6MW) 등의 실증단지 건설이 예정되어 있음
* NER 300/EU : Funding Programme, financed from the New Entrants’ Reserve of Eu emissions trading scheme
* MEAD/UK : Marine Energy Array Demonstrator/UK
[그림 2-8] 실증단지 개발 및 운용계획(JRC, 2014)
[표 2-5]는 국가별 조류발전 개발 동향을 정리한 표로, 캐나다와 영국 등 조류발전 선진국에서 조류발전단지 건설에 적극적인 것으로 나타났음
프로젝트 시행사 기간 사업 위치 용량
(MW) 비고
Cape Sharp Tidal
Venture ’16 ~ 캐나다 FORCE Nova
Scotia 2 Operational and grid connected Black Tidal Power ’17 ~ 캐나다 FORCE Nova
Scotia - Planned deployment in 2017 – 5MW total
Minas Tidal Limited
Partnership ’17 ~ 캐나다 FORCE Nova
Scotia - Planned deployment in late 2017 –4 MW total Atlantis Operations
Canada ’18 ~ 캐나다 FORCE Nova
Scotia - Planned deployment in 2018 – 4,5 MW total
DP Marine Energy ’18 ~ 캐나다 FORCE Nova
Scotia - Planned deployment in 2018 – 4,5 MW total
Pampol-Bréehat 프랑스 Paimpol
Bréehat 2 16m OpenHydro technology, 2 turbines, installed Andritz Hydro
Hammerfest 영국 MeyGen,
Scotland 4X1.5 Fixed horizontal axis turbine 큐슈전력 컨소시엄 ’16 ~ 일본 나가사키현 2
LHD Tidal Current Energy Demonstration
Project
’16 ~
’20 중국 3.4MW (7 turbines)
[표 2-5] 국가별 조류발전 개발동향
IHS EER(2010)의 시나리오에 의하면, 전 세계 해양에너지는 2020년까지 1GW를 넘을
것으로 예상하며 2030년 까지 약 10GW에 도달할 것으로 예상함([그림 2-9] 참조)
[그림 2-9] 해양에너지 설비용량 전망(Pike Research)
현재 초기투자비(CAPEX; Capital Expenditure) reference는 kW당 10,668Euro(약 14백만 원, 1MW당 약 140억원)정도이며, 균등화 발전단가(LCOE; Levelised Cost of Electricity) 는 평균 정도의 입지조건에서 0.54~0.71Euro/kWh이며, LCOE reference는 0.62Euro/kWh
(1kWh 당 약 800원) 정도임. 즉, 경제성이 낮은 단계로 다양한 Incentive 정책적 지
원이 있음
- 최근 10년간 유럽의 해양에너지 산업체은 개념 정립부터 설치까지 약 1bn Euro(1조 3,000억원)을 투자하였음(Ocean Energy Forum, 2015)
- 설치용량이 100MW가 되는 시점에 LCOE reference는 현재의 1/2 수준으로 낮아질 것으로 예측하고 있음(Atlantis Resource, 2014)
지난 20년간 국내 투자액은 2천억원이며(조류는 약 500억원), 유럽의 최근 10년간
민간 투자액의 1/5 수준임. 상기 계획된 설치용량(139MW)을 감안하면 앞으로도 주 요국가에서 1조원 이상의 투자계획이 있는 것으로 판단됨
2005~2015년간 전 세계 재생에너지 투자 추세를 살펴보면 대체로 정부와 기업 연구 개발은 증가하는 추세이며 관련 시장도 성장하는 것을 확인할 수 있음. 또한 전체 투자 량과 거래량도 매년 꾸준히 증가하는 것으로 나타남(REN21, 2016)([그림 2-10] 참조)
[그림 2-10] 국제적 재생에너지 투자 추세
2016년에서 2020년에 예정된 영국, 프랑스, 캐나다에서의 실증단지는 기술수준을 상 용화 단계인 TRL 9로 끌어올릴 것으로 예상되며 이 기간 중 조류발전의 시장이 본 격적으로 열릴 것으로 예상됨(Seanergy & EY, 2016)
- 국내 기술 수준이 세계보다 낮은 점을 감안하면 좀 더 과감하고 집중적인 투자가 필요한 시점이며, 또한 민간 투자를 활성화하는 정책적 지원이 필요함
조류발전터빈 개발현황 및 발전단지 조성계획은 아래 [그림 2-11]과 같음
[그림 2-11] 국외 조류발전터빈 개발 현황 및 발전단지 조성계획
또한, 조류발전터빈 1차 시제품 및 2차 시제품 확장 현황은 다음 [그림 2-12]와 같음
[그림 2-12] 1차 시제품 및 2차 시제품 확장 예시(JRC, 2014)
유럽의 경우 조류발전 상용시스템 개발은 대형 발전사 혹은 중공업사가 주도
- 오스트리아 AndritzHydro사는 노르웨이 Hammerfest Strom사를 합병하며, 조류발전 사업에 진출
- 독일 Siemens사는 2012년 영국의 Marine Current Turbine(MCT)사를 합병하며, 조류발 전사업에 진출. 이후 Atlantis Resource사는 Siemens사로부터 MCT Ltd.을 인수함 - 프랑스 Alstom사는 영국의 Tidal Generation 사를 합병하며, 조류발전사업에 진출; 이
후 미국 GE사가 Alstom사를 합병함
- 상기 3개사의 시스템은 모두 실해역 운용으로 1GWh 이상의 누적발전량을 생산하 여 준상용화 단계(TRL 8)를 달성하였음
[그림 2-13] 해외 주요 조류발전 터빈 개발 현황
상기 대표적인 발전사들이 1차 시제품(1st prototype) 개발 및 실증 후, 2차 시제품
(2nd prototype)으로 확장 설계 제작하고 수년간 운용하여 준상용화 시스템을 확보하
였으며, 대부분 능동제어 기술을 활용하고 있음
(1) 영국
영국은 약 17,818km의 긴 해안선과 큰 조차의 해양환경 특성을 보이고 있으며 총 전력수요량의 20%를 충당할 수 있는 풍부한 해양에너지 자원을 보유하고 있음. 특 히 해상풍력, 파력 및 조류발전 산업이 크게 형성되어 있으며, MEYGEN과 SEAGEN 과 같은 실증단지 성격의 대형프로젝트가 진행 중에 있음
- MeyGen(398MW) 1A단계(6MW급) 프로젝트를 준공하였으며, Nova Innovation Shetland
에 100kW급 터빈 2기를 설치하였음
- Fairhead Tidal(10MW), Scotrenewables Lashy Sound(10MW) 프로젝트 등이 계획 중에 있음
영국의 조류발전 실해역 시험장으로는 세계 최고 시설과 경험을 갖춘 EMEC가 있으 며 설비 시험장으로는 ORE Catapult(구 NaREC)가 구축되어 있음. 이처럼 영국은 해 양에너지 개발에 필요한 인증 및 인프라를 구축하여 전 세계 해양에너지산업의 성 장에 중추적인 역할을 수행하고 있음
2010년 영국 정부는 스코틀랜드 북쪽해안과 Stroma 섬 사이에 위치한 Pentland Firth
(펜틀랜드 해협)에 총 398MW급의 조류발전단지를 조성하는 MeyGen 프로젝트를 추진함
- MeyGen 프로젝트는 세계 최대 규모의 조류발전 프로젝트로서, 총 2단계인 Phase
1(86MW급)과 Phase 2(321MW)로 계획되었으며, 현재 Phase 1a가 진행 중에 있음
([그림 2-14] 참조)
[그림 2-14] MeyGen Project 전체 계획
다음 [그림 2-15]는 MeyGen Project Phase 1 위치도임
[그림 2-15] MeyGen Project Phase 1 위치 MeyGen Phase 1의 시스템 구성은 다음 [그림 2-16]과 같음
[그림 2-16] MeyGen Project Phase 1 전체 구성도
MeyGen 프로젝트에 사용되는 조류발전 터빈으로는 Atlantis AR 1500 1.5MW 터빈 1기 와 Andritz Hydro Hammerfest 1.5MW HS1000 Mk1 터빈 3기이며 다음 [그림 2-17]과 같으며, [표 2-6]은 두 터빈을 비교한 것임
[그림 2-17] MeyGen Phase 1에 사용되는 조류발전터빈
Area Atlantis-AR1500 Andritz-HS1000 MK1
Rotor Diameter 18m 18m
Rated Power 1.5MW 1.5MW
Inspection period (MTBO) 6.25 years 5 years
Blade Material Carbon Fibre Carbon Steel
Cut Out Velocity 5m/s 4.5m/s
Pitch System Collective Hydraulic Independent, Electrical
Gearbox 2 Stage 3 Stage
Generator Permanent Magnet Induction Machine
Yaw Mechanism Electrical Electrical
Connection Offered Wetmate Drymate
Turbine Controller
(and Converter) Onshore Onshore
[표 2-6] AR1500과 HS1000 모델 비교
MeyGen 프로젝트의 현재까지 추진 일정은 다음 [표 2-7]과 같음
날짜 주요내용 비고
2010. 10 MeyGen Ltd.는 영국 정부로부터 2020년까지 총 398MW의 조류발전 단지 조성을 승인 받음
2014. 9 6MW MeyGen Phase1A에 대한 투자금 51.3 million pound(한화 약 744억원) 조성 완료
환율 1₤
=1,450원 2015. 6 2km의 4개 HDD(Horizontally Directionally Drilled) Drilling 작업 완료
2015. 9 11.5km 해저케이블 설치 완료 2015. 10 환경 모니터링 장비 설치 완료
2016. 4 SSE(Scottish and Southern Energy) 계통연계 작업 착수 2017. 8
3개의 Andritz–HS1000설치 완료하였으며, 2017년 8월 2대의 터빈에서 700MW이상의 전력을 생산한 것으로 알려짐. 한편, Atlantis turbine은 문제가 있어 9월 이후 설치 예정
2017. 12 조류발전기 4기가 운영 중에 있음 [표 2-7] MeyGen 프로젝트 추진 일정
한편, [그림 2-18]은 영국의 해양에너지 개발 로드맵임
[그림 2-18] 영국 해양에너지 로드맵, 2010-2030