일본 최초 대형 해상 풍력 발전 프로젝트(마루베니, 오바야시, 토호쿠 전력 등이 출자)로 아키타현 아키타항 및 노시로항의 항만 구역에 설치된 총 140㎿ 규모 33기의 풍차가 2023년 1월 31일 전면 운전을 개시했다. 정부 주도 대규모 풍력발전 1라운드 결과가 미쓰비시 상사의 압승으로 끝난 가운데, 작년부터 시작한 2라운드 입찰 결과는 2023년 하반기에 공개될 예정이다. 본 고에서는 섬나라의 특성상 해양 자원이 풍부한 일본이 해상 풍력 발전을 본격화하고 있어 일본의 주요 해상 풍력 정책과 프로젝트 진행 현황에 대해 살펴보고자 한다.

일본의 재생 에너지 정책 개요

2050년 탄소 중립(Carbon Neutral)을 목표로 세계 각국이 재생 에너지 도입 계획을 발표하고 있다. 이에 발맞춰 일본 정부도 2050 탄소 중립 달성을 선언(2020년 10월)하고 관련 정책 추진을 본격화 하고 있다. 제6차 에너지 기본 계획(2021년 10월)은 재생 에너지 비율을 2020년 19.8%에서 2030년 36-38%까지 확대하는 목표*를 제시했다.

재생에너지 발전 비중 확대를 실현하기 위해  현재 산업 환경 정비, 규제 개혁 등을 실시하고 있으며 정책 추진 방향은 크게 세 가지로 분류된다.  

  ① 지역 간 분할 운영되는 일본의 전력계통, 관동-관서 간 주파수 차이 문제 해소 및 해저 직류 송전정비 등을 도모한 차세대 네트워크 구축 

  ② 탈탄소 목표 달성을 위한 축전지∙암모니아 등 조정 수단 확보

  ③ 차세대형 태양전지, 해상풍력 프로젝트 도입을 통한 혁신 가속화

[자료: 일본 경제산업성]

해상 풍력 요소 기술 및 공급망

재생에너지 분야의 혁신 어젠다로 주목받고 있는 해상풍력발전은 기술 발전 및 공급망에 큰 파급효과가 기대되는 산업이다. 해상풍력 발전 설치를 위해서는 1대 풍차에 약 8000~1만 개의 다양한 부품이 필요하다. 이러한 부품은 단일업체가 아닌 다수의 협력업체를 통해 공급되며, 발전 단지 인근 장소에서 최종 조립작업이 실시되기 때문에 공급망 강화, 인프라 구축(항만 시설, 배후단지) 뿐만 아니라 지역 고용 창출에도 긍정적 영향이 예상된다.

일본 「해상풍력발전비전(2020년 12월)」에 따르면, 고정식 해상풍력의 공급망 구성 비율은 작동 및 유지, 풍차제조, 설치 순을 차지한다. 해상풍력발전 공급망 구성에 있어 2040년까지 국내 조달 비율을 60%까지 끌어 올리는 것을 목표로 삼고 있다.

<해상풍력 공급망(예시, 유럽형 고정식)>

[자료: 일본 해상풍력 산업경쟁력 강화를 위한 민관협의체]

비용 관점에서 볼때, 해상풍력의 총 사업비에서 풍차가 차지하는 비율을 약 40%, 나머지 운반·조립 및 설치 등에 해당하는 건설공사 비용이 약 60%를 차지한다. 현재 터빈 시장의 경우 스페인의 지멘스 가메사(Siemens Gamesa Renewable Energy), 덴마크의 베스타스(Vestas), 중국의 민양(Ming Yang)이 세계 시장에서 높은 점유율을 보이고 있다. 일본의 경우, 일본 제강소 및 히타치가 과거 터빈 생산을 했으나 현재는 생산을 정지한 상태이다. 

<터빈 제조사의 세계 시장점유율>

[자료: 미국 환경부(해상풍력 시장 리포트, 2022년)]

해상풍력 공급망 구성 내 경쟁의 가속화 대비 산업 경쟁력 강화를 위해 NEDO(신에너지산업기술종합개발기구)에서 「해상풍력 산업 경쟁력 강화를 위한 기술 개발 로드맵(2021년 4월)」을 공표했고 중점기술 개발 항목을 구체화했다.

그린성장전략(탄소중립목표 달성을 위한 14개 중점사업육성) 달성을 위해 조성된 2조 엔 규모의 그린 이노베이션 기금은 해상풍력기술 개발에 일부 사용될 예정이며, 그중 해상 풍력 관련 요소기술 개발에는 최대 345억 엔이 책정됐다. 요소기술 개발에는 풍력터빈기술을 이루는 △ 나셀(베이링, 가속기), 타워, 부유식 기반 제조 및 설치, △ 해저 케이블과 변전소 설치 관련 전기 시스템 기술, △발전기 운영 및  유지 보수 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 기술이 통합돼 실증 실험에 투입되기 위한 예산으로는 최대 850억 엔이 배정됐다.

<그린 이노베이션 기금>

[자료: 일본 경제산업성]

해상풍력의 풍차는 해저에 고정시키는 고정식(着床式, bottom-fixed)과 부유식(浮体式, floating) 2가지로 구분된다. 수심이 비교적 얕은 유럽에서는 고정식이 도입되고 수심이 깊은 해역이 많은 일본에서는 부유식이 적합하다는 평을 받는다. 일본풍력발전협회(JWPA)는 고정식의 발전 가능 용량은 약 1억2800만㎾이며, 부유식의 경우 4억2400만㎾로 고정식의 3배가 되는 발전 가능 규모를 산출했다.

부유식 설비의 주요 사업자로 도다건설과 미쯔이 해양 개발 등이 주목을 받고 있다. 도다건설의 경우 비교적 다른 업체보다 일찍 개발에 착수했으며 원통형 구조물을 띄우는 Spar형을 생산하고 있다. 2009년에 원형의 1/10로 축소한 크기의 구조물의 해양에 띠우는 실증을 시작으로, 2013년에는 Spar형 설치를 통해 2000㎾ 급 풍차를 가동했다. 2030년까지 1000기 정도, 2050년까지 2만 기 정도의 풍차 설치를 목표로 하고 있다. 또한, 미쯔이 해양 개발은 2022년 3월까지 NEDO의 실증에 참여해 동양건설과 후루카와전공과 공동으로 연구 개발을 진행하고 있다. 풍차 밑에 철사를 설치하는 TLP형을 개발하고 있으며, 과거 석유와 가스 생산설비에서 TLP형 건설 실적을 보유한 강점이 있다.

<부유식 및 고정식의 기초(foundation) 형태>

해상 풍력 프로젝트 현황

일본 정부는 재생에너지 해역이용법(해양 재생 가능 에너지 발전 설비 정비에 관한 해역 이용을 촉진하는 법률, 2019년 4월 시행)을 통해 해상풍력 설치에 대한 촉진 구역을 정하고 발전 사업자의 해역 점용 기간을 최장 30년 확보 가능하도록 했다. 이러한 정부 주도의 촉진구역 지원 정책은 대규모 해상풍력 발전지대 조성을 위한 마중물의 역할을 했다.  

<해상풍력 발전 현황(2022년 9월 기준)>

[자료: 일본 경제산업성]

2019년 12월 나가사키현 고토시 앞바다가 첫 번째 해상풍력 발전 촉진 구역으로 지정됐으며, 2020년 6월부터 사업자 공모가 시작됐다. 이어, 2020년 7월에 촉진 구역으로 지정, 2020년 11월부터 사업자 공모를 시작한 곳은 △ 아키타현 노시로시, 오가시 앞바다(0.48GW), △ 아키타현 유리혼조시 앞바다(북남, 0.82GW), △ 치바현 조시시 앞바다(0.4GW)이며, 이 지역이 제1라운드 해상프로젝트 사업 공모 개시 해역이다. 제1라운드의 경매 결과는 2021년 12월 발표됐으며, 미쓰비시 상사에 1.7GW 규모가 낙찰됐다.

제2라운드 입찰은 아키타현 야미네마치∙노시로시(36만㎾), 아키타현 아키타시∙카타카미시(34만㎾), 니가타현 무라카미시∙다이나이시(70만㎾), 나가사키현 사이카이시 에노시마섬(42만㎾)이 대상이며, JERA, ENEOS, 마루베니, 미츠이물산, 오사카가스, 스미토모상사, RWE Renewables Japan 등이 해양환경조사를 현재 실시 중이다. 제1라운드 입찰과 제2라운드 입찰의 차이점은 재생에너지 관련 제도 등이 변화함에 따라, 보조금 및 입찰 방침이 달라지게 된 점이다. 먼저, 제1라운드 입찰의 경우 FIT 방식으로 판매처가 대형 전력사였으나, 제2라운드의 경우 FIP 방식을 적용하며 판매처를 발전사 스스로가 확보해야 된다.

또한, 입찰 방침의 경우 공급 가격 120점, 사업실현성 120점으로 전체적인 배점은 비슷한 양상을 보이나, 공급가격 상한선은 29엔에서 19엔으로 조정됐으며, 사업실현성의 세부 배점도 조정 됐다.

풍력의 경우 태양광 대비 발전소 1개의 출력 규모가 크기 때문에, 발전업자의 전력 조정능력과 발전 변동성(Volatility)을 흡수시킬 수 있는 대량 전력 구매자 확보가 중요시된다. FIT에서 FIP방식으로 보조금제도가 변경되며, 보조금의 의존도는 감소하고 시장 도매가격에 의한 수익 창출 비중이 증가함에 따라, 발전 사업자의 사업을 운영하는 노하우가 전보다 더 요구되고 있다.

시사점

해상풍력은 대용량의 발전원을 확보할 수 있다는 장점이 있는 반면, 태양광과 육상풍력 대비 큰 설비 투자와 비용이 요구되는 사업이다. 따라서, 풍차 1대 당 발전량을 증가시킬 수 있는 터빈 기술과 기초(foundation)와 구성 요소(타워, 블레이드, 동력전달시스템 등)의 경량화, 고효율화, 신뢰성 확보 등을 위한 기술 개발이 주요 과제로 남아 있다. 또한, 재생에너지 특유의 변동성에 의해 날씨와 해양환경에 따라 전력 생산에 변수가 생기는 해상풍력 발전의 경우 출력 제어의 문제가 있다. 개별 발전 사업자의 전력 출력이 높아지더라도 전력 계통 인프라 및 에너지저장장치(ESS) 시스템이 갖춰져 있지 않은 경우 출력 제어로 인해 생산을 조정해야만 한다. 가정에서 과전류가 흐를 때 누전차단기(두꺼비집)가 작동하는 것처럼, 과도한 발전량이 전력 계통 시스템에 유입되게 되면, 최악의 경우에는 블랙아웃으로 갈 수 있는 위험이 있기 때문이다. 

이를 대비해 공공 인프라 설비 구축, 기술개발 지원 정책뿐만 아니라, 민간에서도 제조업체의 자체 개발을 넘어 해외 기업 매수, 종합 상사의 투자 등을 통해 적극적으로 기술 확보의 움직임을 보이고 있다. 

공사 비용 대비 발전 사업의 채산성도 주요한 화두이다. 최근 일본 전력회사인 JERA(도쿄전력, 중부 전력 합작회사)가 대만에 보유하고 있던 해상풍력 프로젝트 지분을 매각(2023년 2월 경)하고 벨기에 해상풍력 대기업 파크윈도를 완전 자회사(2023년 3월 경)하는 등, 프로젝트의 채산성을 고려 리스크를 다각화하려는 움직임을 보였다. 일본 해상 풍력 발전 촉진 구역의 경우 보조금 제도가 변경되며, 제 1라운드보다 제 2라운드 사업의 수익성 확보가 시장 가격에 더 영향을 받게 되면서, 발전 사업 디벨로퍼들의 역량이 중시 되고 있다. 

해상풍력 시장은 신뢰성 확보를 위해 트렉 레코드를 중시하며, 시장이 성숙해질수록 한 업체로만 물량을 소화할 수 없기에 규모의 경제 형성이 필연적이다. 우리 기업(하부 구조물 분야(SK오션플랜트, 현대산업스틸, 세아제강 등), 케이블 (LS전선, 대한전선 등), 타워(씨에스 윈드, 동국 S&C, 윈앤피 등), EPC(현대건설, 삼성물산, DL이앤씨 등), 철강(포스코, 현대제철 등))은 세계 수준의 해상 풍력 공급망을 구성할만한 제조 능력을 보유하고 있으며, 유럽, 대만 등에서 발전 경험을 쌓아나갔다. 인근 국가의 해상풍력발전은 기회임과 동시에 공급망 내에 경쟁자의 등장을 예고하기도 한다. 한국과 유사한 시기에 진행되는 일본 해상풍력 발전 산업의 추이를 지켜보며 기회와 위기를 진단해 볼 필요가 있다.

자료: 경제산업성, NEDO, 닛케이리서치, 닛케이아시아, 동양경제, 미국 환경부, 머니투데이, 아사히신문, 한국과학기술정보연구원, 해상풍력산업 경쟁력 강화를 위한 민관협의체