해상풍력 기술의 현재와 미래 (부유식, 고정식, 해저케이블)

 

해상풍력 기술의 현재와 미래는 지구온난화와 탄소중립이라는 글로벌 과제 속에서 각국의 주요 에너지 전략으로 급부상하고 있습니다. 육상에 비해 넓은 공간과 강한 바람 자원을 확보할 수 있는 해상은 대규모 풍력발전 단지를 조성하는 데 유리한 조건을 갖추고 있습니다. 특히 최근 기술 발전으로 고정식뿐만 아니라 부유식 해상풍력과 초장거리 해저케이블 송전 기술까지 등장하면서, 해상풍력 산업은 기술적 진화와 시장 확장의 전환점을 맞고 있습니다. 본 글에서는 해상풍력 기술의 핵심 요소인 부유식 플랫폼, 고정식 구조물, 해저케이블 시스템을 중심으로 현재와 미래 전망을 심층적으로 분석합니다.

목차

• 1. 고정식 해상풍력 기술: 검증된 인프라의 현재
• 2. 부유식 해상풍력: 미래형 차세대 솔루션
• 3. 해저케이블 시스템: 전력 연결의 핵심 기술
• 4. 결론: 글로벌 에너지 전환과 해상풍력의 역할

1. 고정식 해상풍력 기술: 검증된 인프라의 현재

고정식 해상풍력 기술은 해저에 직접 구조물을 고정하여 풍력터빈을 설치하는 방식입니다. 이 방식은 수심 50m 이내의 얕은 바다에 적합하며, 해저에 철근 콘크리트나 강철 재질의 기초 구조물을 설치해 터빈을 고정합니다. 주로 사용되는 기초 형태는 중력식, 모노파일(Monopile), 재킷(Jacket), 트라이포드(Tripod) 등이 있으며, 수심과 해저 지질 조건에 따라 구조 형태가 달라집니다. 고정식 방식의 가장 큰 장점은 기술이 이미 성숙되어 있어 건설 및 운영이 안정적이라는 점입니다. 유럽, 특히 영국과 독일 등에서는 고정식 해상풍력 단지가 이미 대규모로 운영 중이며, 수 GW급의 전력 공급을 안정적으로 수행하고 있습니다. 설치 및 유지보수가 육상 대비 어렵지만, 해상 자원을 효율적으로 이용할 수 있어 국가 에너지 공급망의 중요한 한 축으로 자리매김하고 있습니다. 이 기술의 발전은 풍력터빈 자체의 대형화와 함께 이루어지고 있습니다. 12MW, 15MW급의 초대형 해상풍력 터빈이 상용화되면서, 단지 효율성과 전력 생산량이 대폭 증가하고 있습니다. 또한, 모듈화 된 설치 시스템과 원격 유지보수 기술이 접목되어 운영비용 절감 효과도 큽니다. 현재 우리나라 역시 신안, 서남해, 울산 등지에서 고정식 해상풍력 사업이 추진되고 있으며, 2030년까지 12GW 이상의 해상풍력을 확보하는 것이 정부의 목표입니다. 단점도 존재합니다. 수심이 깊은 지역에는 적용이 어렵고, 해양 생태계에 일정한 영향을 미칠 수 있습니다. 이에 따라 환경영향평가와 지역 주민과의 소통도 매우 중요한 요소로 작용합니다. 그럼에도 불구하고 고정식 해상풍력은 현재 상용화된 가장 실용적인 해상풍력 기술로서, 향후 수십 년간 에너지 전환의 중추적 역할을 할 것입니다.

2. 부유식 해상풍력: 미래형 차세대 솔루션

부유식 해상풍력은 고정식 구조물과 달리 해저에 고정되지 않고 바다 위에 떠 있는 구조물 위에 풍력터빈을 설치하는 기술입니다. 이 기술은 수심 50m 이상, 심지어는 1000m 이상의 심해에도 설치가 가능하다는 점에서 기존 고정식 기술의 한계를 극복할 수 있는 혁신적인 방식입니다. 구조물은 계류 시스템을 통해 해저에 앵커로 고정되어 위치를 유지하며, 주요 형태로는 스파형(SPAR), 반잠수식(Semi-submersible), 장력 계류식(Tension Leg Platform)이 있습니다. 부유식 해상풍력의 가장 큰 장점은 적용 가능한 장소의 확장성입니다. 특히 우리나라처럼 얕은 연안보다 깊은 수심 지역에 더 많은 풍력 자원이 분포한 국가에서는 필수적인 기술입니다. 또한 바다에서 먼 지역에 설치할 수 있기 때문에 시야 간섭이나 소음 문제에서 자유롭고, 환경 민원도 상대적으로 적습니다. 기술적으로는 구조물 안정성 확보, 계류 시스템 설계, 발전기 진동 저감, 해저케이블 연결 등 복합 기술이 요구되며, 이에 따라 초기 비용은 고정식보다 높습니다. 하지만 장기적으로는 설치 위치 자유도, 대형 발전기 활용, 환경적 제약 감소 등의 이점이 수익성을 극대화할 수 있습니다. 현재 세계 최대 부유식 해상풍력 단지인 ‘하이윈드 탐펜(Hywind Tampen)’은 노르웨이 해역에서 상업 운영에 들어갔으며, 일본과 한국도 부유식 기술 개발에 집중 투자하고 있습니다. 우리나라의 경우, 울산 앞바다에 세계 최초로 부유식 해상풍력 실증단지가 조성 중이며, 수심 100m 이상의 해역에서 5MW 이상급 풍력 발전기를 설치하는 것을 목표로 하고 있습니다. 해양플랜트 및 조선 산업과의 융합을 통해 기술 경쟁력을 확보할 수 있다는 점도 한국에 유리한 조건입니다. 향후 수소생산과 연계한 부유식 해상풍력-해상수소 복합 모델도 논의되고 있습니다. 요약하자면, 부유식 해상풍력은 기술적 도전이 크지만, 해양 자원의 완전한 활용을 가능케 하는 차세대 에너지 해법으로 그 잠재력은 무궁무진합니다.

3. 해저케이블 시스템: 전력 연결의 핵심 기술

해상풍력 발전은 바다에서 생산된 전기를 육지로 송전해야 하기 때문에, 해저케이블 시스템이 핵심 인프라로 작용합니다. 해저케이블은 일반적으로 HVAC(고전압 교류)와 HVDC(고전압 직류) 방식으로 나뉘며, 발전 단지 규모와 거리, 해저 지형에 따라 적절한 송전 방식이 선택됩니다. 고정식 해상풍력의 경우, 비교적 가까운 연안에서 발전이 이루어지기 때문에 HVAC 방식이 많이 사용됩니다. 반면 부유식 풍력처럼 먼 해역에 설치되는 대규모 단지의 경우, HVDC 방식이 효율적입니다. 이는 전압 손실이 적고 장거리 송전에 적합하기 때문입니다. 해저케이블 시스템은 발전기 → 변전소 → 해저케이블 → 육상변전소로 이어지며, 해저에서는 철갑 피복과 절연체, 방수 코팅이 적용되어 높은 수압과 염분, 외부 충격에 견딜 수 있도록 설계됩니다. 최근에는 통합형 변전소(Floating Substation)를 부유식 단지에 함께 설치해 송전 효율을 극대화하고 있습니다. 케이블의 안정적인 부설을 위해 바다 밑을 굴착하거나 모래층에 매설하는 방식이 사용되며, 환경영향을 최소화하기 위해 생태계 영향 평가와 함께 병행되어야 합니다. 해양 생물 보호구역이나 어장, 해저 자원 매장 지대를 피해서 케이블을 설치해야 하며, 이에 따라 사전 조사와 설계가 중요합니다. 기술 발전에 따라 복합 센서가 장착된 스마트 케이블 시스템도 도입되고 있습니다. 이는 온도, 진동, 전력 손실 등을 실시간으로 모니터링하며, 사고 예방과 유지보수 효율화에 기여합니다. 또한, 해저에서 발생할 수 있는 전자기파 차단 기술, 전파 간섭 저감 기술 등도 함께 개발되고 있어 해상풍력 전체 시스템의 안정성을 높이고 있습니다. 결론적으로 해저케이블은 해상풍력 발전을 현실화하는 데 필수적인 기술로, 안정적인 송전 인프라 구축 없이는 대규모 해상풍력 단지는 운영될 수 없습니다. 향후 고용량 초장거리 케이블 기술이 상용화되면, 대륙 간 전력 교류도 가능해지는 시대가 도래할 것입니다.

4. 결론: 글로벌 에너지 전환과 해상풍력의 역할

해상풍력은 기후 위기에 대응하고 에너지 안보를 확보하기 위한 가장 유망한 신재생에너지 중 하나입니다. 고정식은 현재 상용화된 가장 안정적인 기술이며, 부유식은 심해 해역까지 활용 가능하게 하는 차세대 기술로 빠르게 발전하고 있습니다. 여기에 핵심 인프라인 해저케이블 기술의 진화가 더해지면서, 해상풍력은 이제 단순한 발전 수단이 아니라 에너지 시스템 전체를 바꾸는 동력이 되고 있습니다. 2024년 기준 전 세계 해상풍력 설치용량은 60GW를 돌파했으며, 2030년까지 300GW, 2050년까지는 1000GW 이상으로 확대될 전망입니다. 이는 전 세계 전력의 상당 부분을 바다에서 생산하게 된다는 것을 의미하며, 탄소중립 시대의 중심축이 해상풍력임을 방증합니다. 한국 정부 역시 '해상풍력 12GW 확대 계획'을 추진 중이며, 민간 기업과 지자체의 참여도 활발히 이루어지고 있습니다. 특히 해상풍력은 수소 생산, 해양 스마트그리드, 탄소중립 항만과 연계되는 등 다양한 산업과 융합이 가능한 확장성이 큰 기술입니다. 따라서 단순한 전력 생산이 아닌, 해양 산업 전반의 혁신 동력으로 작용할 수 있습니다. 조선, 해양플랜트, 소재부품 산업과의 결합은 한국 산업구조의 경쟁력을 높일 수 있는 기회가 됩니다. 지금은 해상풍력의 잠재력을 실현할 구체적인 실행력이 필요한 시점입니다. 기술 개발과 제도 정비, 지역 주민 수용성 확보, 그리고 장기적 투자가 병행된다면, 해상풍력은 대한민국과 전 세계의 미래 에너지 지형을 근본적으로 바꿔 놓을 것입니다.