- 미국 풍력발전 설치량 큰 폭 증가, 터빈 대형화 진행 중 -

- 특히 해상 풍력발전 시장 확장으로 부유식 해양 구조물 등 관련 제품 수요 증가 기대 -

 

 

 

상품명 및 HS 코드

풍력터빈은 주요 부품인 컨버터(HS 코드 850231), 기어박스(HS 코드 848340), 블레이드(HS 코드 841290) 등으로 구성되어 있다.

 

최근까지 美 풍력발전 산업 동향

 

EIA에 따르면 2020년 신재생 에너지는 미국 발전량의 21%를 담당하고 있으며, 신재쟁 에너지 중 41%는 풍력발전이 차지한다. 즉 풍력발전은 미국 전체 발전량의 9%를 생산하고 있다. 향후 미국의 신재생 발전량은 지속적으로 증가하여 2050년에는 미국 전체 발전량의 42%를 생산할 것이다. 신재생 발전량 중 풍력발전은 34%를 차지하여, 미국 전체 발전량의 14%를 생산할 전망이다.

 

원천별 발전량 전망                                           원천별 신재생에너지 발전량 전망

           

자료: EIA(2021. 2)

 

미국 풍력발전 설치량은 꾸준히 증가하고 있다. 2021년 1분기 설치량은 2561MW로 전년동기대비 40% 이상 증가하였으며, 역대 1분기 설치량 중 가장 높은 수준을 기록하였다. 1분기에 설치된 프로젝트의 평균 규모는 197MW였으며, 이 중 오클라호마주에 위치한 Duke Energy 사의 Frontier II는 설치량은 355MW로 최대 규모였다. 1분기 주별 설치 용량은 텍사스가 592MW로 최대였으며, 이 외에 오클라호마 555MW, 사우스다코타 462MW, 노스다코타 299MW, 뉴멕시코 213MW의 순이었다.

 

미국 연간 및 누적 풍력발전 용량 동향

자료: American Clean Power(2021.)

 

현재 미국 내 개발 중인 풍력발전 프로젝트의 용량은 33,834MW이며 이 중 연방 해역에서 개발 중인 해상 풍력이 25%를 차지한다. 진행 중 육상 풍력 프로젝트는 텍사스가 17%를 차지하며, 와이오밍 10%, 오클라호마 5%의 순이다.

 

美 풍력터빈 시장 규모는 증가일로

 

글로벌 시장조사 기관인 IBIS 월드에 따르면 2021년 미국 풍력터빈 시장 규모는 전년대비 16.0% 성장한 112억 달러이다. 풍력발전 산업의 확장과 함께 미국 풍력터빈 시장은 2026년까지 향후 5년간 연평균 2.3%씩 성장하여 2026년에는 125억 달러가 될 전망이다.

 

미국 풍력터빈 시장 규모

(단위: US$ 백만)

자료: IBIS World(2021. 3.), KOTRA 달라스 무역관 정리

 

매년 설치 풍력터빈의 수는 여러 가지 요인에 의해서 변동이 있지만, 미국 지질조사국에 따르면 2005년 이후 미국에는 연평균 풍력터빈 3,000개가 설치되고 있다. 2020년 4분기 기준, 미국의 설치 누적 풍력발전 용량은 122,465MW이다. 주별로는 텍사스의 용량이 33,133MW로 가장 크며 이 외에 아이다호 11,660MW, 오클라호마 9,048MW, 캔자스 7,016MW가 있어, 풍력 자원이 풍부한 중부 지역에 집중되어 있음을 확인할 수 있다.

 

주별 누적 풍력발전 용량

자료: Wind Exchange(2021.8.)

 

풍력 에너지 생산증대를 위한 터빈의 대형화가 일반적 추세

 

풍력터빈의 대형화는 가장 눈에 띄는 변화이다. 터빈 블레이드는 지난 5~6년 사이 훨씬 더 길어져서 터빈의 회전 면적(Swept area)이 넓어짐에 따라 많은 바람을 포착하여 에너지를 더 생산할 수 있다. 또한 블레이드가 클수록 바람이 적은 곳에서 잘 작동하기 때문에, 터빈 설치를 고려할 수 있는 장소가 더 넓지게 되는 것도 큰 장점이다. 또한 터빈의 대형화는 균등화 발전 비용(Levelized Cost of Energy(LCOE), 발전기 사용 기간의 설치 및 운영 비용 총액을 해당 설비가 생산하는 총전력으로 나눈 값)을 절감하는데 도움이 된다.

 

지난 몇 년간 여러 업체들은 해상 부문용 대규모 터빈을 개발할 계획을 발표했다. 예를 들어 GE Renewable Energy의 Haliade-X 터빈은 최고 높이(Tip Height) 260 미터, 블레이드 길이 107 미터, 로터 지름 220 미터이며, 용량은 12, 13, 14MW이다. Haliade-X의 세부사항은 2018년 3월에 공개되었는데, 그 후 Vestas, Siemens Gamesa Renewable Energy(SGRE)등의 기업들도 이와 유사한 대형 터빈의 설계를 내놓았다. 최근 풍력터빈 기술 사양과 건설에서 비약적인 발전이 이루어지고 있어, Vestas는 2021년 2월, 15MW 풍력터빈에 대한 계획을 밝혀, 2022년 시제품을 설치하고 2024년 증산을 목표로 하고 있다. SGRE는 14MW 용량 터빈인 SG 14-222 DD를 개발 중이며, 필요한 경우 15MW로 확장될 수도 있다. Vesta의 터빈 블레이드 길이는 115.5 미터, 로터 지름은 236 미터, SGRE 터빈의 블레이드 길이 108미터, 로터 지름은 222미터이다.

 

터빈 높이 및 용량 동향

자료: NREL(2020.4.)

 

육상 풍력 발전 건설비용도 날로 절감되는 중

 

미국의 육상 풍력 발전 용량은 2013년에서 2019년 사이 74% 증가하여 총 104GW 이다. 육상 풍력 발전 건설 비용은 2013년1,895달러/kW에서 2019년 1,391달러/kW로 27% 감소하였다.

 

미국 육상 풍력 발전 건설 비용 및 추가 용량 동향

자료: EIA(2021.8.)

 

지역별로는 텍사스주 전력의 약 90%를 관리하는 ERCOT의 풍력 발전 평균 건설 비용이 1,114달러/kW로 미국 평균보다 낮은 수준이었다. ERCOT는 2019년 가장 많이 풍력 발전 설치를 하였고, 설치 용량도 가장 많다. 이와 같이 유리한 시장 상황, 풍부한 풍력 자원의 지리적 이점 등으로 인해 건설 비용이 절감되었다. 북서부 텍사스, 오클라호마, 캔사스 등14개 주를 관할하는 SPP의 평균 건설 비용은 1,426달러/kW였고, 미시시피, 루이지애나, 아칸소 등 15개 주를 관할하는 MISO의 평균 건설 비용은 1,637달러/kW였다. 주별로는 뉴멕시코, 캔사스, 콜로라도의 건설 비용이 가장 저렴했다.

 

주요 지역별 육상 풍력 발전 평균 건설 비용

자료: EIA(2021.8.)

 

최근 3년 수입규모 및 상위 10개국 수입동향

 

2020년 미국의 풍력터빈 수입액은 4억 6032만 달러로 전년대비 312.7% 증가하였다. 수입국 1위는 독일로 전체 수입액의 32.9%를 차지했으며, 이외에 중국, 스페인의 순이었다. 수입액 2253만 달러로 한국은 5위를 차지했다.

 

미국의 풍력터빈 수입 현황(HS 코드 850231 기준)

(단위: US$천, %)

자료: IHS Markit(2021.7.)

 

경쟁 동향 및 주요 경쟁기업

 

제너럴 일렉트릭(General Electric Company, GE)은 점유율 41.2%로 시장을 이끌고 있다. 이외에 베스타스(Vestas Wind Systems)는 34.1%, 지멘스(Siemens Gamesa Renewable Energy)는 시장의 17.2%를 차지한다.

 

주요 풍력터빈 생산 기업

General Electric Company	- 본사소재지: 매사추세츠 보스턴 - 설립연도: 1892년 - 고용인원: 205,000명 - 항공기 엔진, 발전 및 수처리, 가전제품, 의료기기, 금융에 이르는 다양한 제품과 서비스를 제공하는 다국적 대기업 - 재생에너지, 전력, 오일가스, 가전 및 조명, 에너지 관리, 항공, 의료 및 교통의 8개 부문으로 크게 나뉘어 운영됨. - 세계 최고의 풍력터빈 공급업체 중 하나로, 전 세계 육상 풍력터빈 설치 용량은 35개국에 걸쳐 총 62GW임. - 미국, 독일, 노르웨이, 중국, 캐나다에 풍력터빈 제조 및 조립 시설 보유 - 해상풍력터빈 개발을 위해 4억 달러 이상을 투자함.
Vestas Wind Systems	- 본사소재지: 덴마크 오르후스 - 설립연도: 1898년 - 고용인원: 29,000명 - 1979년부터 풍력터빈 생산 시작함. 프로젝트 계획, 터빈 조달, 건설, 운영 및 서비스, 발전소 최적화 등 종합적인 풍력발전 서비스를 제공함. - 전 세계 83개국에 걸쳐 총 용량 132GW의 풍력터빈을 설치함.
Siemens Gamesa Renewable Energy	- 본사소재지: 스페인 사무디오 - 설립연도: 1976년 - 고용인원: 27,000명 - 풍력터빈 생산 및 풍력발전 서비스 제공 - 미국, 포르투갈, 덴마크, 중국 등에 생산시설 운영 중 - 전 세계 육상풍력터빈 설치량 94.6GW, 해상풍력터빈 설치량 15GW임.

 자료: 각 기업 웹사이트

 

풍력발전 유통구조

 

IBIS World에 따르면 미국 풍력터빈 유통 구조는 1, 2차 공급 업체와 1, 2차 바이어로 구성된다. 1차 공급업체는 2차 공급업체로부터 엔지니어링 서비스, 연구 개발 결과를 받아 철강, 배터리, 변환기 등의 부품을 제조하여 풍력터빈 제조 업체로 납품한다. 1차 바이어로는 전력 업체들이며, 2차 바이어는 농업·임업, 상업용 건물 건설 등인 것으로 나타났다.

 

미국 풍력터빈 유통 구조

자료: IBIS World(2021.3.)

 

관세율, 인증 및 수입규제

미국 국제 무역위원회(USITC)에 따르면 HS 코드 958502.31의 일반 관세율은 2.5%이지만 한국산의 경우 한미 FTA를 통해 무관세가 적용된다.

 

풍력터빈 관련하여 UL, TUV Rheinland 등의 임의 인증이 있다. 대표적으로 UL은 풍력터빈의 형식 및 부품을 인증한다. 형식 인증의 목적은 풍력터빈 유형이 특정 표준 및 현장 조건에 적합하게 설계, 문서화 및 제조되었는지를 확인하며, 풍력터빈의 설치, 유지 및 관리 절차에도 적용된다. 형식 인증은 설계 수명 동안 풍력터빈의 완전성, 정확성 및 안전 기능에 대한 독립적 평가를 나타낸다. 부품 인증은 풍력터빈의 주요 구조, 기계 또는 전기 구성요소(주파수 변환기, 발전기, 타워, 로터 블레이드, 기어박스 등)에 되며, 해당 부품이 설계 요건, 기술 요건에 적합하도록 설계, 문서화, 제조 및 테스트되었는지 확인한다. 필수 인증은 아니나 실질적으로 대부분의 바이어들이 요구하는 인증이기도 하다.

 

UL의 형식 승인 과정

자료: UL

 

TUV Rheinland 인증은 풍력터빈 형식, 풍력터빈 부품, 특정 위치 터빈 디자인 등을 인증한다. 형식 인증은 풍력터빈이 특정 표준 또는 지침, 기술 요건 및 시장의 요구를 준수하도록 설계, 제조 및 테스트되었는지를 확인하다.  

 

향후 美 풍력발전 시장전망 및 시사점

 

풍력터빈 공급망은 해상 풍력발전의 LCOE를 낮추는데 중요한 역할을 할 수 있기 때문에, 미국 해상 풍력발전의 확장은 풍력터빈 공급망에 360억 달러의 기회를 창출할 전망이다. 2022~2023년 초기 프로젝트용 터빈과 부품은 유럽에서 수입되지만, 이후 현지 투자가 이루어져 터빈 생산 기업들은 부품 공급업체와 협력하여 해상 풍력발전 개발이 활발한 미국 북동부 지역에 생산시설을 설치할 것으로 보인다.

 

2020~2028년 사이 미국 해상 풍력터빈 공급망의 누적 시장 잠재력

자료: WoodMackenzie, American Clean Power(2021.)

 

풍력발전 산업이 성장함에 따라 관련 기술 개발도 활발히 진행 중이다. 예를 들어, 수 백 미터의 높이로 인해 풍력터빈은 번개를 맞을 확률이 높기 때문에 기존 풍력터빈 블레이드에는 번개로부터 보호하는 시스템이 이미 사용되고 있다. 한편 열가소성 수지 복합재와 같은 신소재를 사용하여 열 용접 공정으로 생산된 블레이드에 대한 번개 보호 장치가 필요했는데 최근 미국 국립재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)와 GE(General Electric), LM Wind Power(GE의 자회사)가 함께 번개로부터 보호를 하기 위한 기술을 개발하였다. 알루미늄을 블레이드 표면에 주입하여 낙뢰 전류를 다른 곳으로 흘려보내도록 하는 방식의 설계를 하였는데, 실제 시뮬레이션 실험을 통해 낙뢰 전류의 80%가 번개 보호 장치인 알루미늄 층으로 들어갔으며 블레이드에는 전류가 옮겨져 흐르지 않아, 블레이드가 손상이 되지 않았음을 확인하였다.

 

시뮬레이션 실험 모습

자료: NREL

 

바이든 정부는 기후 문제 해결을 위해 노력하고 있으며, 이를 위해 신재생 에너지 확대를 지원하고자 한다. 정부의 지원과 함께 전 세계적인 추세대로 풍력발전 산업은 당분간 꾸준히 커질 전망이다. 에너지 기업의 한 관계자는 미국의 해상 풍력발전 잠재력이 매우 높아 부유식 해양 구조물, 케이블, 계류용 체인 등 해상 풍력발전 관련 시장이 활성화될 것이라고 예상했으며 조선해양 강국인 한국에서도 대용량 해상 풍력발전기를 설치할 수 있는 부유식 해양구조물 개발이 요구된다고 전했다.

 

 

자료: EIA, IBIS World, IHS Markit, UL, TUV Rheinland, CNBC, American Clean Power, Wind Exchange, NREL, KOTRA 달라스 무역관 자료 종합