‘똥바다’ 위에 세운 청정에너지의 꿈

이종호 기자 / 기사승인 : 2019-08-28 10:08:51
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기획취재: 위기의 울산, 바닷바람이 살릴까-부유식 해상풍력

<기획취재: 위기의 울산, 바닷바람이 살릴까-부유식 해상풍력>
1. ‘똥바다’ 위에 세운 청정에너지의 꿈
2. 한국 해상풍력산업의 현주소
3. 타이완 포모사 해상풍력
4. 세계 최고의 해상풍력국가 영국
5. 바닷바람이 부유식 해상풍력을 만나면



울산 앞바다 58킬로미터 떨어진 곳에 동해-1 가스전이 있다. 동해가스전은 2021년 운영을 멈춘다. 이곳은 2015년까지 동해정 해양투기 해역이었다. 울산시는 버려진 이 바다를 세계가 주목하는 부유식 해상풍력발전단지로 조성할 계획이다. 부유식 해상풍력발전은 자동차, 석유화학, 조선 등 위기에 처한 울산의 주력산업을 대체할 미래 성장 동력으로 자리 잡을 수 있을까? 제2의 조선해양산업으로 부유식 해상풍력발전사업을 성공시키고, 신재생에너지 메카로 거듭나기 위해 울산시에 필요한 것은 무엇일까? 부유식 해상풍력발전사업은 환경 문제와 더불어 일자리 문제에서도 유력한 해법이 될 수 있을까? 울산시민들은 자신과 자식세대의 미래 먹을거리가 달려 있는 이 사업에 어떻게 참여할 수 있을까?

국내 첫 부유식 풍황계측기(라이다) 설치

6월 4일 오후 4시 부산 감천항. 5000P급 바지선 영인5001호가 부유식 풍황계측장비(라이다)를 싣고 출항했다. ‘울산 귀신고래 해상풍력 해양기상관측 등부표’라는 이름의 이 라이다는 이틀 전 바지선에 선적해 최종 기능 테스트를 마쳤다. 평균 시속 5노트로 운항한 영인5001호는 10시간 뒤 울산시 동구 울기등대 동쪽 약 42킬로미터 해상에 도착했다. 해양관측 부이(부표) 설치 전문업체인 주식회사 젠의 작업자들은 6월 5일 수심 170미터 해저에 앵커(닻)를 내리고 물때가 안정되기를 기다렸다. 바지선 위 100톤 크레인이 움직이기 시작했다. 싣고 온 8톤짜리 블록 2개를 바다 밑바닥 가로세로 1미터 이내의 정확한 위치에 착지시키는 작업이었다. 이 지점은 울산지방해양수산청으로부터 공유수면 점‧사용허가와 사설항로표지설치허가를 받은 곳이다. 해저 블록과 체인으로 연결한 라이다를 해상에 설치하는 작업이 이어졌다. 폭 2.55미터, 높이 9미터의 부이와 폭 40센티미터, 높이 80센티미터의 센서가 달린 6톤짜리 라이다가 바다에 띄워졌다. 작업을 마친 바지선이 감천항으로 귀항한 건 6월 6일. 꼬박 사흘이 걸렸다.

 

▲ 6월 5일 해양관측 부이 설치 전문업체인 주식회사 젠의 작업자들이 울산 동구 울기등대 동쪽 약 42킬로미터 해상에 국내 첫 부유식 풍황계측기(라이다)를 설치하고 있다. 사진=주식회사 젠


제작과 설치에 20억 원가량 들어가는 것으로 알려진 상업용 부유식 라이다가 해상에 설치된 건 국내에서 처음이다. 울산시와 업무협약(MOU)을 맺고 공유수면 점‧사용허가를 받았거나 신청을 준비 중인 5개 민간투자사 가운데 가장 먼저 라이다를 설치한 건 그린인베스트먼트그룹(GIG)이다. GIG 최우진 상무는 “수직으로 빛을 쏴서 바람의 세기와 방향 등을 측정하는 부유식 라이다 설치는 해상풍력발전단지 개발을 위한 첫 번째 단계”라며 “라이다를 통해 조사된 풍황 데이터를 바탕으로 울산 부유식 해상풍력발전단지의 적합성 여부를 판단하고, 이후 환경, 생태계, 어업에 대한 영향을 평가할 예정”이라고 밝혔다.


주식회사 젠 제용근 대표는 “국내에서 처음 설치한 라이다 부이는 기존에 해상 타워형 구조물을 설치해 풍황자원을 조사하는 것에 비하면 상당히 효율적인 방법”이라고 말했다. 젠은 한 달에 한 번 바지선을 출항시켜 라이다를 점검한다. 지난 19일에도 라이다를 수리해 재설치했다. 마침 이날 송철호 울산시장은 정자자망어선공동체 이원인 회장, 울산수산업협동조합 오시환 조합장 등과 함께 이곳을 찾아 라이다 설치를 반대하는 어민들 설득에 나섰다.

해양투기 바다 환경오염 대명사 동해정
청정 재생에너지 대표 해역으로 탈바꿈


국내 첫 부유식 라이다가 설치된 곳은 1988년부터 2015년까지 28년 동안 인분과 가축분뇨 등 육상폐기물 2949만 톤이 버려졌던 동해정 해역의 한가운데다. 울산에서 남동쪽으로 63킬로미터 떨어진 동해정의 면적은 1616제곱킬로미터로 울산시 면적의 1.6배에 달한다. 이곳에 버려진 폐기물은 인분 1553만 톤(53%), 가축분뇨 785만 톤(27%), 준설물 364만 톤(12%), 산업폐수 201만 톤(7%)으로 인분과 가축분뇨가 전체의 80%를 차지해 ‘똥바다’라고 해도 지나치지 않다. 한국해양과학기술원이 2015년 3월 발간한 보고서에 따르면 동해정 해저에는 버려진 폐기물이 20센티미터 이상 두껍게 깔려있다. 이곳에 울산시와 민간투자사들의 계획대로 대규모 해상풍력발전단지가 들어서면 동해정은 해양투기 바다 환경오염의 대명사에서 청정 재생에너지 대표 해역으로 탈바꿈하게 된다.


GIG가 라이다를 설치한 해상에서 북서쪽으로 약 10킬로미터 떨어진 곳에 한국석유공사가 2004년에 설치한 동해가스전 플랫폼이 있다. 수심 152미터 바다에 송전철탑처럼 생긴 자켓 구조물을 고정해 세우고 그 위에 3500킬로와트(kW) 가스터빈발전기와 소각탑(플레이어스택), 헬기 이‧착륙장(헬리데크), 크레인, 통제실, 주거실 등을 설치했다. 구조물 총 높이 200미터에 중량 1만4000톤에 이르는 이 플랫폼에서는 동해-1 가스전과 인근 동해-2 가스전에서 하루 약 6600boe(석유환산배럴)의 천연가스와 초경질원유(컨덴세이트)를 생산한다. 2004년 7월부터 올해 6월까지 천연가스 3758만boe, 초경질원유 364만boe를 생산했다. 동해-1, 동해-2 가스정에서 뽑아낸 천연가스와 원유는 해상 플랫폼에서 수분을 빼낸 뒤 68킬로미터의 해저 배관을 통해 육상 생산시설로 보낸다. 육상 생산시설에서 2차 처리를 거친 천연가스는 한국가스공사에, 초경질원유는 에스오일에 공급한다. 


한국석유공사는 지난해 10월 17일 동해가스전 해상 플랫폼에 라이다를 설치했다. 석유공사는 1년 동안 이곳에서 측정한 풍황 자료를 바탕으로 경제성분석, 예비타당성조사 등 부유식 해상풍력발전사업 추진에 필요한 사항들을 검토해나갈 계획이라며 200메가와트(MW) 규모의 해상풍력발전사업을 향한 첫발을 내디뎠다고 의미를 부여했다. 2021년 6월 동해가스전이 생산을 멈추면 해상 플랫폼을 철거하지 않고 부유식 해상풍력발전에 활용함으로써 철거비용과 해양오염을 줄일 수 있을 것이라는 전망도 내놨다.

민간 투자-국산화 기술 개발, 2가지 전략

울산시가 역점을 두고 추진하는 부유식 해상풍력발전사업은 민간 주도 발전단지 조성과 함께 부유식 해상풍력 국산화 기술 개발이라는 두 가지 전략으로 진행되고 있다. 지난 1월 24일 울산시는 로열더취쉘-코엔스헥시콘, 에스케이이앤에스-씨아이피, GIG, 케이에프윈드 등 4개 민간투자사 컨소시엄과 부유식 해상풍력발전단지 조성을 위한 업무협약(MOU)을 체결했다. 5월 3일엔 뒤늦게 합류한 에퀴노르와 MOU를 맺었다. 민간투자사들은 동해가스전과 동해정 인근 해역 11군데에 공유수면 점‧사용허가를 받아 GIG를 필두로 라이다 설치를 시작했거나 준비 중이다. 투자사들은 1년 동안 풍황계측을 하고 사업타당성분석을 통해 우선 200MW급 실증단지를 조성한 뒤 투자사별로 2030년까지 1~2기가와트(GW)급 단지를 조성할 계획이다.


정부와 울산시가 주도하는 부유식 해상풍력 국산화 기술 개발은 2016년부터 750kW 부유식 해상풍력 파일럿 플랜트 개발, 2018년 6월부터 5MW급 부유식 대형 시스템 설계기술 개발과 200MW 해상풍력 실증단지 설계가 진행 중이다. 5900억 원이 투입되는 부유식 해상풍력 실증 프로젝트 사업도 예비타당성 조사 중이다.

750kW 부유식 해상풍력발전 파일럿 플랜트 개발

‘중수심용 부유식 해상풍력발전 파일럿 플랜트(750KW) 개발’ 사업은 조선‧해양플랜트 전문 제조업체인 마스텍중공업이 주관기관으로, 풍력설비 제조업체인 유니슨과 해양공사 전문업체 세호엔지니어링, 울산대학교가 함께 진행하고 있다. 2015년 한국에너지기술평가원의 연구개발 과제를 수주한 뒤 2016년 5월 1일부터 내년 4월 30일까지 48개월 동안 160억 원을 들여 750kW 부유식 해상풍력 파일럿 플랜트를 개발하고, 울산 울주군 서생면 앞바다에서 실해역 실험을 통해 성능 검증과 안정성 평가를 하는 게 연구 목표다. 

 

▲ 750kW급 반잠수식 하부 부유체 제작 과정. 사진=마스텍중공업


마스텍중공업은 930톤짜리 삼각형 모양의 반잠수식(Semi-Submersible Type) 하부 부유체 조립을 마치고, 유니슨에서 제작한 상부구조물 탑재와 전기 결선을 위해 부유체를 바다에 띄우는 진수 작업을 앞두고 있다. 부산 마스텍중공업 인근 남항대교의 높이가 블레이드(발전기 날개)부터 하부 부유체까지 83미터에 이르는 풍력발전기보다 낮아 부유체 진수와 타워, 나셀, 블레이드 탑재는 근처 다른 조선소에서 이뤄질 예정이다. 세호엔지니어링은 실증 위치인 울주군 서생면 신암리 앞 해역 동남쪽 2.6킬로미터 지점에 앵커링 작업을 미리 한 뒤 10월께 부산 조선소에서 설비기능시험과 안벽의장 작업을 마친 풍력발전기를 예선이 끌고 오면 최종 계류 작업을 할 계획이다. 지난해 10월 울주군으로부터 공유수면 점·사용허가를 받은 신암리 앞바다 실증 위치의 수심은 45미터에서 60미터에 이른다. 이곳에 띄우는 풍력발전기는 부유체에 물을 채워 흘수(바다에 잠긴 깊이)를 8.7미터로 유지시킨 상태에서 운전하게 된다. 서생 앞바다에서 내년 4월까지 6개월 동안 실증하게 될 이 부유식 해상풍력발전 플랜트는 국내 처음이고, 부유식 해상풍력발전기를 운전하는 국가로는 세계에서 일곱 번째다.


마스텍중공업 관계자는 “부유체를 반잠수식으로 선택한 것은 수심 120미터 이상 되는 해역에 적합한 원통식(Spar Type)과 다르게 낮은 수심에서도 적용할 수 있고, 설치비용도 적어 파도에 의한 운동성을 확보할 수 있다면 상업화에 유리한 플랫폼이기 때문”이라고 말했다. 앞으로 부유식 해상풍력발전단지를 조성할 때 터빈 용량이 5MW~10MW 이상이 될 텐데 처음부터 실증 용량이 너무 작은 게 아니냐는 질문에는 추후 실증모델의 데이터를 취합해 대형 해상풍력발전 플랜트 모델로 발전시킬 계획이라며 지금은 규모를 키우기 위해 미리 연습하는 단계라고 답했다.

5MW급 부유식 해상풍력발전 설계기술 개발

‘5MW급 부유식 대형 해상풍력 발전시스템 설계기술 개발’ 사업은 주관기관인 에이스엔지니어링과 울산시, LS전선, 한국선급 미래기술연구팀, 선박해양플랜트연구소(KRISO), 한국해양대학교, 울산대학교, 창원대학교, 현대중공업 중앙기술원, 유니슨이 참여했다. 지난해 6월 1일부터 내년 5월 말까지 2년 동안 51억8000만 원의 연구비를 투입해 부유식 대형 해상풍력 발전시스템 설계기술 개발과 함께 부유식 풍력 실증단지와 터빈, 부유체 후보군을 선정하고 계통연계 방안을 제시하는 것이 목표다.


에이스엔지니어링은 대형 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO) 수주 실적이 풍부한 설계 전문 엔지니어링 회사다. 초고압 케이블 글로벌 탑3 실적을 보유한 LS전선은 해저 케이블 설계를 담당한다. 부유체 기본설계는 현대중공업이, 5MW 풍력 터빈 시스템은 유니슨이 개발한다. 계류 시스템 구축과 수조 시험은 선박해양플랜트연구소가, 해양환경조사와 극한하중 해석, 프로젝트 인증은 한국선급이 맡는다.


750kW 실증 부유체가 반잠수식으로 제작됐다면 5MW 부유체는 원통식으로 개발되고 있다. 에이스엔지니어링 김대환 대표는 수심 150미터가 넘는 동해가스전 인근에 부유식 해상풍력발전단지를 조성할 경우 원통식 부유체가 반잠수식보다 강재 비용이 1.5~2배 싸고, 조립 야드가 부족한 문제점도 해소할 수 있다고 설명했다. 원통 지름 9.4미터, 높이 120미터인 부유체 모델은 10월 중순께 수조 테스트를 거쳐 완성된다. 


내년 5월 부유체를 비롯해 5MW 터빈과 75미터 타워, 지름 126미터 블레이드를 장착한 부유식 해상풍력발전기와 해저 케이블 기본설계가 승인되면 6월부터 발전기를 제작해 2023년 5월까지 실증을 거치고, 동해가스전 인근 해역에 200MW급 해상풍력발전단지를 조성한 뒤 1GW 이상 확대하는 것이 최종 목표다.

200MW 부유식 해상풍력 실증단지 설계

‘울산 200MW 부유식 해상풍력 실증단지 설계 및 해상풍력자원 평가기술 개발’ 사업에는 주관기관인 울산테크노파크와 울산시, 한국동서발전, 울산대학교, 서울대학교, 한국해양대학교, 창원대학교, 한국선급이 참여하고 있다. 40억3500만 원이 들어가는 이 사업은 2018년 6월 1일부터 2020년 5월 말까지 24개월 동안 진행된다.


부유식 해상풍력 실증단지 기본설계와 해상풍력-지역 상생 발전모델 개발, 해상풍력단지 개발을 위한 인허가 추진은 울산테크노파크가 맡고, 후보지 선정과 운영‧관리(O&M), 해상풍력단지 사업화와 확대 방안은 한국동서발전이 담당한다. 한국선급은 해상기상탑을 설치해 풍력자원을 측정하고 풍황, 온도, 기압, 습도, 강수량 등 기상자료와 파랑변수, 해류, 수위 등 해양자료를 계측해 단지 최적 배치 방안을 마련한다. 한국해양대학교는 해상풍력 전파영향 레이더 조사와 해상교통조사를 실시한다. 울산대학교는 해상풍력단지 지반조사를 하고 창원대학교는 계통연계 확보 방안을 수립한다.

 

▲ 동해가스전 주변 해역 부유식 해상풍력발전단지 조성 계획도. 내년 5월까지 기본설계를 마치고 2022년초부터 2024년말까지 동해가스전 주변 해역에 5MW 터빈 40기를 설치하는 1단계 200MW 실증단지를 조성한 뒤 이후 10MW 터빈 100기가 설치되는 1GW 상용화단지를 조성한다는 계획이다. 동해가스전 플랫폼은 해상변전소나 O&M 현장기지로 활용하는 방안을 검토하고 있다. 사진=울산테크노파크


200MW 부유식 해상풍력발전단지 조성은 동해가스전 주변 해역으로 후보지를 좁혀 추진해왔다. 초속 7.5~9미터에 이르는 풍부한 바람자원과 부유식 풍력발전에 적합한 약 150미터의 수심, 해군훈련구역을 벗어난 넓은 해역, 동해가스전 플랫폼과 파이프라인 등 인프라 활용이 가능하다는 점이 장점이다. 영해 밖, 동해정 인근에 있어 주민수용성 문제와 어업권 문제를 최소화할 수 있다는 점, 울산의 항만과 조선해양산업이 발달해 연계산업 육성이 쉽다는 점, 원전과 화력발전소가 밀집해 있어 대용량 계통연계가 어렵지 않다는 점, 지자체의 강력한 추진 의지와 지원도 동해가스전 주변 해역을 부유식 해상풍력단지로 개발하는 데 장점으로 꼽힌다. 

 

▲ 동해가스전 주변 해역 부유식 해상풍력발전단지 사업화 추진 일정(안). 출처=울산테크노파크


내년 5월까지 기본설계를 마치고, SPC(특수목적법인) 설립과 인허가 획득, 프로젝트파이넨싱(PF), 상세설계를 거쳐 2022년 초 착공(steel cutting), 2024년말까지 5MW 터빈 40개를 띄우는 1단계 200MW 실증단지를 조성하는 게 목표다. 그 뒤 해역을 넓혀 10MW 터빈 100기를 띄우는 1GW 상용화단지로 확대해나간다는 계획이다. 


울산테크노파크 김정훈 에너지기술지원센터장은 “200MW 부유식해상풍력발전단지 조성이 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20퍼센트로 확대하겠다는 정부의 에너지 정책에 부합하고, 1GW 단지를 조성할 경우 3만5000명의 일자리 창출과 해상풍력 시장 확대를 기대할 수 있다”며 “침체된 지역 조선해양산업이 재기할 수 있도록 지원하고, 해상풍력과 연계한 어업 공생, 관광자원 확충에도 기여할 수 있다”고 말했다.

※ 이 기사는 지역신문발전기금을 지원받았습니다.

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