해상 풍력 발전 개발, 미국 동부 넘어 서부로

해상 풍력 에너지는 바다에 설치된 풍력 터빈을 이용해 풍력 에너지를 전기로 변환하는 기술이다. 바다는 육지보다 더 강한 바람이 불기 때문에 많은 양의 전력을 생산할 수 있어 잠재력이 크다. 미국 국립 재생에너지 연구소(National Energy Laboratory)의 연구에 따르면, 미국의 해상 풍력의 자원 잠재력은 연간 발전량 13,500 테라와트시(TWh)로 이는 미국의 연간 소비 전기량의 3배에 달하는 양이다. 해상 풍력 발전은 거대한 프로펠러라고 할 수 있는 터빈을 통해 에너지를 변환하는데, 이 터빈을 해저에 고정하는지 부유하는지에 따라 고정식과 부유식으로 구분된다. 터빈에서 생성된 전기 에너지는 해저 케이블을 통해 육지의 변전소로 송전된 뒤 가정과 산업에 공급된다.

사실 지금까지 미국에서 해상 풍력 발전은 동부를 중심으로 개발되어 왔다. 로드아일랜드 해역의 사우스 포크 풍력 발전소(South Fork Wind Farm)는 2023년 12월부터 가동되어 2024년 3월 완전 가동된 미국 최초의 상업적 규모의 풍력 발전소이다. 사우스 포크 풍력발전소는 뉴욕 지역 7만 가구 이상에 전기 에너지를 공급할 것으로 추산되고 있다. 사우크 포크 풍력발전소가 생산해 내는 청정에너지는 25년간 매년 도로에서 6만 대의 자동차를 없애는 효과와 같다.

<사우스 포크 풍력 발전소 위치>

[자료: 사우스 포크 풍력 발전소 웹사이트(https://southforkwind.com/)]

지금까지 해상 풍력 발전 프로젝트가 동부를 중심으로 이뤄진 이유는 글로벌 해상 풍력 시장이 아직 초기 단계로 고정식 기술이 우세했기 때문이다. 미국 동부와 같이 수심이 얕은 바다에서는 고정식 기초 구조물을 설치할 수 있으나 서부, 특히 캘리포니아와 같이 수심이 깊은 바다에선 부유식 기초 구조물에 터빈을 설치할 수 있는 부유 해상 풍력 기술이 필요하다. 그러나 최근 글로벌 부유 해상 풍력 기술이 빠르게 발전하면서 캘리포니아 주의 자연적 환경이 미국에서 가장 우수한 해상 풍력 자원으로 주목받고 있다.

<부유식 해상 풍력 발전 터빈 작동 원리>

[자료: 미국 연방 해양 에너지 관리국 웹사이트]

캘리포니아 해상 풍력 발전 중심지: 모로 베이와 험볼트 베이

미국 캘리포니아주는 앞서 2018년 ‘탄소 배출 없는 발전’을 주요 내용으로 하는 SB100 법안을 주지사 서명을 통해 통과시키며, 2045년까지 탄소 배출이 없는 청정에너지로 주의 전력 수요를 100% 충당할 것을 약속한 바 있다. 캘리포니아주 의회는 2021년 9월 통과시킨 AB525 법안을 통해 캘리포니아 에너지 위원회(California Energy Commission·CEC)로 하여금 각종 관련 위원회 및 정부 기관과 협력하여 캘리포니아 해안 해상 풍력 발전에 대한 구체적인 전략 계획을 수립할 의무를 부여했다. 그리고 2024년 7월, 캘리포니아 에너지 의회는 해상 풍력 전략 계획을 수립하여 만장일치로 승인하였다.

AB525 법안에 따라 캘리포니아 에너지 위원회는 캘리포니아 해안 연방 수역에 최대 25기가와트의 해상 풍력 에너지를 생산하는 것을 첫 번째 목표로 삼았다. 2022년 말, 연방 해양 에너지 관리국(Bureau of Ocean Energy Management·BOEM)은 캘리포니아 모로 베이(Morro Bay)와 험볼트 베이(Humboldt Bay) 풍력 에너지 구역에 임대를 승인했다. 해안 해상 풍력 발전 터빈 설치를 위해 연방 해양 에너지 관리국의 임대 승인이 필요한 이유는, 연방 정부가 관리하는 해양 지역에서의 에너지 개발 및 이용 규제 책임이 연방 해양 에너지 관리국에 있기 때문이다. 미국은 해안선에서 3해리 이상 떨어진 해양 지역을 연방 정부 관할 구역으로 설정하며, 이 구역에서의 에너지 개발 활동을 포함한 모든 상업적 활동은 연방 해양 에너지 관리국의 승인하에서만 가능하다. 승인이 이뤄진 이후, 캘리포니 주 정부와 연방 정부는 모로 베이와 험볼트 베이 지역의 해상 풍력 에너지 발전 프로젝트를 지원하기 위해 막대한 자금을 투입하고 있다.

<캘리포니아 모로 베이 및 험볼트 베이 풍력 에너지 구역>

[자료: 미국 내무부 웹사이트]

현재 기준 해당 지역에 투입된 주요 자금 지원 내역은 다음과 같다.

- 연방 교통부(Department of Transformation): 초당적 인프라법을 근거로 험볼트 베이 풍력 에너지 구역에 부유식 해상 풍력 터빈을 운송, 수입, 조립, 진수, 수중 건설 및 유지관리 하기 위한 해양 터미널 건설 재원으로 4억2670만 달러 할당

- 캘리포니아주 정부 자금: 험볼트 베이 항구 개선을 위한 1천 5백만 달러 승인 및 개빈 뉴섬 주지사의 2022~2023년 예산안을 통한 항구 개선 자금 4500만 달러 추가 배정

캘리포니아 해상 풍력 에너지 프로젝트 진행 현황

미국 연방 해양 에너지 관리국(BOEM)이 모로 베이 및 험볼트 베이 구역을 해양 임대 구역으로 승인한 후에는, 해당 구역의 개발 권리를 얻기 위한 경매를 진행한다. 미국 연방 해양 에너지 관리국은 총 면적 37만3268에이커에 달하는 모로베이 및 험볼트 베이 구역을 총 5개 임대 구역으로 분할하여 2022년 12월 임대 경매를 개최하였고, 2023년 5월 첫 임대 계약을 체결하였다.

<캘리포니아 모로 베이 및 험볼트 베이 풍력 에너지 임대 구역>

[자료: 미국 연방 해양 에너지 관리국 웹사이트]

<캘리포니아 모로 베이 및 험볼트 베이 풍력 에너지 임대 구역 입찰 결과>

(단위 : 백만 US$)

[자료: 캘리포니아 주 토지 위원회 웹사이트, KOTRA 로스앤젤레스 무역관 재가공]

경매에서 낙찰된 개발사는 부지 평가 계획(Site Assessment Plan·SAP), 건설 및 운영 계획 등의 세부 계획을 제출해야 하며, 이러한 계획은 연방 해양 에너지 관리국의 추가 검토를 거치게 된다. 부지 평가 계획은 임대 부지를 특성화하기 위해 필요한 활동을 담으며 임대 후 1년 이내에 연방 해양 에너지 관리국에 제출해야 한다. 제출 후 최대 5년까지 개발자는 부지 특성화 및 평가 연구와 조사를 실시해야 한다. 부지 평가 계획 제출 이후에는, 마지막 단계로서 건설 및 운영 단계에 들어가 제안된 프로젝트가 어떻게 건설되고 운영될 것인지를 연방 해양 에너지 관리국에 제출해야 한다. 연방 해양 에너지 관리국은 국가 환경 정책법(NEPA)에 근거해 이 계획을 검토하고 프로젝트의 승인, 조건부 승인 또는 거부, 수정 요구 등을 처분하게 된다. 전문가들은 부지 평가에 5년, 이후 건설 및 기술 검토에 약 2년이 소요될 것으로 예측하고 있다.

인프라 기술 및 부품 공급망 문제 등 남은 과제들

모로 베이 및 험볼트 베이 프로젝트가 완료되면 캘리포니아는 미국 내에서 부유식 풍력 터빈을 사용하는 최초의 지역이 될 예정이다. 그러나 부유식 해상 풍력 발전소를 건설하기 위해선 우선 캘리포니아 해안의 태평양 외측 대륙붕의 800~1000m 수심의 해저에 고정된 부유 플랫폼을 설치해야 하며, 이를 기초로 한 수백 피트의 높이의 터빈 설치가 요구된다. 이 설치 과정에는 석유 및 가스 산업에서 쓰이는 대규모의 부유 철 구조물 건설이 필요해 조선업체에게 새로운 기회가 될 수 있다.

캘리포니아를 포함한 미국이 해상 풍력 발전의 주요 시장으로 떠오름에 따라, 샌디에이고에 위치한 미국 조선회사 제너럴 다이내믹스 나스코(General Dynamics NASSCO)는 스페인 국영 조선회사 나반시아(Navantia)와 양해각서(MOU)를 체결하였다. 나반시아는 프랑스 해상 풍력 발전소 개발 경험을 이미 지닌 기업으로, 고정 및 부유 플랫폼과 변전소 등 해상 풍력 발전소 구조물 건설에 노하우가 있다. 또한 제너럴 다이내믹스 나스코는 미국 서부 지역 유일의 종합 조선소(Full-service Shipyard)로서 해상 풍력 발전소 개발 시 부유식 해상 풍력 터빈을 운반하고 설치하는데 특수 선박이 필수적으로 요구되기 때문에 캘리포니아의 해상 풍력 발전 프로젝트를 큰 기회로 보고 나반시아와 제휴하기로 결정했다.

반면 위험요인으로 꼽히는 것은 해상 풍력 발전소와 관련된 부품 공급망의 복잡성이다. 부유식 해상 풍력 발전소 건설은 강철, 콘크리트, 해상 풍력 터빈, 블레이드, 발전기, 해저 케이블, 앵커 및 계류 시스템 등 수많은 부품이 필요한 기술 집약적인 거대한 산업이다. 그러나 캘리포니아 주가 정한 제로 탄소 배출의 목표 기한 대비 이러한 복잡한 공급망을 국내에서 모두 조달 가능하지 않기 때문에 공급망이 위험요인이 될 수 있다. 캘리포니아 비영리 언론 기관인 칼매터스(Calmatters)가 보도한 UC버클리 대학 연구 결과에 따르면, 2045년까지 미국의 해상 풍력 생산 목표 달성을 위해선 공급망 투자에만 최소 2600억 달러가 투입되어야 한다. 또한 항만 용량의 한계에 따른 병목 현상과 특수 선박 조달에도 문제가 있을 수 있다고 예측하였다. 이처럼 대규모 투자가 필요한 가운데 자본 비용과 이자율이 상승한다면 캘리포니아의 야심 찬 프로젝트는 난항을 겪을 수도 있다.

<부유식 해상 풍력 발전 공급망 요소>

[자료: 캘리포니아 에너지 위원회 발간자료(2022), KOTRA 로스앤젤레스 무역관 재가공]

시사점

데이비드 혹실드(David Hochschild) 캘리포니아 에너지 위원회 의장은 해상 풍력 발전 프로젝트를 두고 “캘리포니아의 향후 30년 간 에너지 정책의 근본적인 부분이 될 것”이라고 말했다. 캘리포니아주의 청사진은 2045년까지 해상 풍력 발전을 통해 25 기가와트의 전력을 생산하여 2500만 가구에 공급해 캘리포니아 전기 수요의 약 13%를 해결하는 것이다. 또한 데이비드 혹실드 의장은 공급망 불안전성에 대한 우려의 목소리에 대해서도 '나무 때문에 숲을 잃지 않겠다'고 강한 어조로 해상 풍력 발전 프로젝트를 추진해 나가겠다는 의사를 표명했다.

캘리포니아에서 추진되고 있는 해상 풍력 발전 프로젝트는 현재 광범위한 계획에 대한 승인만 이루어진 초기 단계로, 실제 건설과 운영까지는 장기전이 될 대규모 사업이다. 그러나 그 규모를 고려했을 때 항구, 특수 선박, 풍력 발전 재료 공급망 등 대규모의 투자 및 수출 기회가 새롭게 열린다고 해도 과언이 아니다. 이미 캘리포니아 에너지 위원회는 2024년 7월 승인한 전략 계획에서 해상 풍력 발전소 건설을 위해 필요한 부품을 보관, 준비, 조립할 수 있는 항구 개선 비용으로 110억~120억 달러가 요구되며 이를 공적 자금으로 조달하기로 결정하였다. 강철, 알루미늄, 구리 등 주요 원자재 가공부터 케이블 전선, 특수 선박 등에 있어 경쟁력을 갖춘 한국 기업들 역시 이 새로운 대규모 시장의 공급망에 진입할 수 있기를 기대해본다.

자료: Journal of Commerce, Calmatters, The Los Angeles Times, Martime Executive, 개빈 뉴섬 주지사 웹사이트, 사우스 포크 풍력 발전소 웹사이트 , 캘리포니아 에너지 위원회 웹사이트, 미국 내무부 웹사이트, 미국 연방 해양 에너지 관리국 웹사이트, 캘리포니아 토지 위원회 웹사이트, KOTRA 로스앤젤레스 무역관 자료 종합