해상풍력 발전용량 앞서 나가는 중국

2022년 중국의 해상풍력발전 누적 설비용량은 세계 1위다. 2023년 9월까지 중국의 해상풍력 누적 설비용량은 31.8GW를 달성했다. 중국의 해상풍력 발전량은 전 세계 1위다. 중국 해상 풍력 발전 설비 신규 설치 용량은 2016년 0.59GW에서 2021년 14.48GW로 확대되었다. 2022년에는 정부 보조금 중단으로 인해 신규 설치 용량은 5.19GW에 달했다. 누적 설치 규모로 보았을 때 2016년 1.63GW에서 2022년 30.5GW로 증가했다.

<2016-2022년 중국 해상풍력 발전 설비 신규 및 누적 용량 추세>

(단위: GW) 

[자료: 풍력에너지 잡지(风能杂志), Intergral]

‘2030년까지 탄소배출량의 정점을 찍고, 2060년까지 탄소중립을 실현한다’는 목표와 제14차 5개년 규획에 따라 해상풍력발전 산업은 중국 정부가 중점으로 추진하는 재생에너지산업으로, 꾸준한 성장이 예상된다. 또한, RE100* 친환경 캠페인과 같이 친환경 에너지에 대한 전 세계적으로 요구사항이 높아지고 있다. 수출을 확대하고 있는 중국 기업들도 글로벌 트렌드에 대응할 필요가 있어, 해상풍력과 같은 신재생 에너지에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다. 세계풍력발전 협회 GWEC가 공개한 수치에 따르면 신규 설비 시설이 확대되어 2030년 중국의 해상풍력발전 용량은 60GW에 이를 것으로 추정된다.

* RE100: 기업이 사용하는 전력 100%를 재생에너지로 충당한다는 목표의 국제적 캠페인. 정부 강제사항이 아닌 글로벌 기업의 자발적인 참여로 진행된다.

지역별 풍력발전 시설 설치 현황을 보면, 연해안지역 위주로 풍력발전시설이 설치되고 있다. 이 중 광둥성의 계획 설치 용량이 가장 큰 17.0GW로 전체 용량의 약 34%를 차지하고 있다. 그 뒤로 장쑤성(9GW), 산둥성(8GW), 저장성(5GW), 푸젠성(4.1GW) 순으로 발전설비 용량이 큰 것으로 나타났다.

<중국 성별 제 14차 5개년 계획 기간동안의 해상풍력 발전 설비 현황>

(단위: GW)

[자료: 관옌톈샤(关研天下)]

중국 해상풍력 산업 구조와 현황

중국 해상풍력 산업 구조를 분석해보면, 후방산업인 발전 설비 부품, 중간 산업인 발전 설비 조립, 전방산업인 발전설비 운영으로 구분할 수 있다.

<중국 해상풍력 산업 공급망>

[자료: 36KR연구소 정리]

먼저, 해상 풍력 발전 설비 부품 분야에는 허브, 블레이드, 발전기, 기어박스, 터빈 모터와 베어링, 주조물, 타워프레임 등이 포함된다.

① 블레이드: 블레이드는 풍력 발전 장치의 핵심 핵심 구성 요소 중 하나이다. 바람의 운동에너지를 전기 에너지로 변환하는 기본 요소이다. 블레이드 설계, 제조 및 작동 상태는 전체 기계의 성능과 발전 효율에 직접적인 영향을 미친다. 해상풍력 발전설비 운영 비용에 큰 영향을 미친다.

② 기어박스(증속기): 블레이드를 구동하는 연결 고리 역할로 동력을 발전기로 전달하는 장치를 지칭한다. 출력이 좋은 기어박스가 해상풍력 설비의 수명에 결정적인 역할을 한다.

③ 베어링: 블레이드와 로터를 연결해주는 부품으로, 바람의 세기에 따라 날개의 경사각을 조절하거나 로터의 방향을 제어하는 장치이다. 중국은 고출력 모델의 고급 베어링은 주로 수입에 의존하고 있다.

④ 타워: 발전기를 지지하는 구조물을 지칭한다.

<발전 설비(터빈시스템)의 세부 구조>

[자료: 항저우무역관 정리]

중간산업인 해상 풍력발전 시설 조립 산업은, 다른 분야에 비교해 특정 기업의 집중도가 높다. 세계 시장에서 해상 풍력 발전기의 시장 점유율이 가장 높은 상위 4개 제조업체는 지멘스, 미쓰비시, 상하이 전기, 진펑 과학기술이 있다. 중국 내에서는 상하이전기(上海电气), 진펑과학기술(金风科技) 외에 위엔징에너지(远景能源), 밍양스마트(明阳智能)와 같은 기업이 시장점유율의 대다수를 차지하고 있다.

전방산업에는 해상 풍력 운영 및 장비 유지보수 산업이 포함된다. 해상풍력은 육상 풍력발전에 비해 기술장벽이 높고 초기 투자비용이 많이 소요된다. 또 개발주기가 길고 복잡해 비교적 높은 수준의 기술력이 요구된다. 중국 해상 풍력 발전 사업자와 운영 및 유지 관리 기업에는 중국전기전력(国电电力), 싼샤 신에너지(三峡新能源), 다탕 신에너지(大唐新能源), 중광 원자력(中广核)과 같은 대규모 국영기업이 있다.

중국 해상 풍력 발전 트렌드

① 터빈 시스템 대형화

해상 하부구조물, 해저케이블 설치하는 비용과 유지보수하는 비용이 크다. 따라서 개수는 줄이고 각 설비를 대형화 하여 소수의 발전시설로 단지를 구성하는 것이 비용절감의 주요 요인으로 꼽힌다. 중국 터빈 제조업체들은 15㎿ 이상의 대형 터빈을 개발하는 데 전념하고 있으며, 최대 18㎿ 용량까지 개발을 진행하고 있다.

② 부유식 해상풍력

해상풍력 시설은 하부구조물의 형태에 따라 고정식과 부유식으로 구분한다. 현재 중국을 비롯해 전세계 대부분 해상풍력 장치는 해안가 인근 수심 60m 이하의 앝은 지역에 설치할 수 있는 고정식 풍력발전 시설이다. 현재까지 고정식 풍력발전 위주로 건설이 이루어져 기술 성숙도도 높은 편이다. 그러나 최근에는 먼 바다에서 양질의 바람에너지를 균일하게 얻기 위해 부유식 해상풍력 설비 기술 개발이 적극적으로 이루어지고 있다. 부유식 설비의 경우 상대적으로 높은 기술력과 투자비용이 요구되지만, 발전효율이 우수하고 설치시 인근 주민들의 수용도가 높다는 점에서 장점을 가지고 있다. 이에 중국에서 추가로 건설되는 해상풍력 발전 시설 중 부유식 설비의 비중이 점차 확대될 것으로 전망된다.

<해상풍력 설비 유형>

[자료: 국제신재생에너지 총서, 잉따증권연구소(英大证券)]

③ 융합

지난 2023년 10월 31일 푸젠(福建)성 푸톈(福田)시 난르다오(南日岛)에서는 세계 최초로 부유식 해상풍력 발전 시설에 해산물 양식장을 결합한 발전기가 설치되었다. 이 프로젝트를 통해 생산할 수 있는 전력량은 연간 1,600만 kWh에 달하는데, 이는 6,000여 가구가 1년 동안 소비할 수 있는 전력량이다. 이 부유식 풍력발전 시설에는 1만㎥ 크기의 양식장이 부유식 발전설비에 결합되어 있다. 전력에너지를 확보하고 동시에 해산물 양식에도 활용할 수 있는 것이다. 이 프로젝트를 통해 친환경 에너지 생산과 더불어 주변 환경을 해치지 않고 공존할 수 있다는 사례를 보여주었다.

시사점

중국은 탄소중립을 목표로 다양한 신재생에너지 산업을 육성하고 있다. 이 중 해상풍력은 다른 신재생에너지 분야와 비교해 에너지 효율이 높다는 점에서 주목 받고 있다. 중국 에너지경제연구원 왕진원장은 “전력소비가 많은 해안 지역 위주로 해상 풍력발전 산업이 발전하고 있어 수요와 공급이 맞아 떨어진다. 또한, 풍력발전 공급망이 완비되고 기술력이 발전함에 따라 앞으로 건설비용이 점차 낮아져 해상 풍력발전이 더욱 확대될 것이다. 아울러 해상 석유 및 가스 탐사 프로젝트처럼 다른 산업과 통합이 가능해 앞으로 발전 가능성이 더욱 크다.”고 언급하며 중국 해상풍력 발전 가능성을 강조했다.

해상풍력 분야에서 중국은 다른 국가와 협업 시도도 활발하다. 올해 상하이에서 개최된 수입박람회의 부대행사로 진행된 중일 선진기술교류회에서 일본의 히타치는 상하이 전기(上海电气)와 해상 풍력 발전 합자회사 설립을 발표했다. 일본은 2022년 기준 일본의 해상풍력 발전 용량은 0.13GW 수준으로 중국의 31GW에 한참을 미치지 못하는 수준이지만 전 세계 풍력 발전 설치 비중 22%를 차지하는 영국, 4%를 차지하고 있는 덴마크에 대규모 풍력 발전 설비를 건설한 경험이 있다. 이러한 경험을 기반으로 중국 기업과의 협업을 통해 중국시장에 적극 진출할 것으로 예상된다.

풍력발전 장치의 비용절감 요구가 확대되면서 중국도 다수 설비와 부품을 국산화 하는 추세이나, 일부 부품은 여전히 수입에 의존하고 있다. 예를 들어 터빈 블레이드 제조는 상당 부분 국산화 되었으나, 블레이드의 원자재인 탄소섬유는 여전히 일본 등 외국기업에 의존하고 있다. 베어링과 같이 부품의 출력이 발전 설비의 효율에 영향을 주는 부품도 수입 의존도가 여전히 크다. 이러한 현실과 대형화 되는 중국 해상풍력 설비 추세에 따라서 이를 지탱할 수 있는 고출력, 고기술 부품에 대한 수요가 더욱 증가할 것으로 전망된다. 또한, 부유식 설비 비중이 확대되면 해수에도 쉽게 부식되지 않고 강한 풍랑에도 전복되지 않고 버틸 수 있는 견고한 타워, 지지구조물 수요가 확대될 것이다.

우리 풍력발전 설비 제조사 및 부품 제조사도 일본과 같이 중국의 해상 풍력 발전 설비 확대 움직임에 발맞춰 대응할 필요가 있다. 중국의 해상 풍력 발전 트렌드에 맞춘 기술 개발을 진행해 협업 및 진출 기회를 모색해야 한다.

자료: 풍력에너지 잡지(风能杂志), intergral, 36KR연구소, 국제신재생에너지 총서, 잉따증권연구소(英大证券), KISTEP 브리프, KOTRA 항저우무역관 정리