에너지 사업 개발부터 소재 공급, EPC(설계·조달·시공)까지 주요 밸류체인 전반을 아우르는 핵심 역량을 보유한 포스코그룹은 다가오는 탈탄소 시대를 대비해 사업 역량과 시너지를 결집해 적극적으로 에너지 전환을 추진하고 있습니다. 특히 에너지·건축·인프라·DX·물류 등 다양한 사업회사가 속한 인프라 부문에서는 포스코인터내셔널을 중심으로 에너지 전환을 위한 사업을 확대하고 있는데요. 탈탄소 과정에서 현실적인 전력 생산 방식으로 떠오르고 있는 수소혼소발전 추진을 비롯해 육상·해상풍력과 태양광 등 재생에너지원 확보, 고품질의 에너지용 강재 개발에 박차를 가하고 있습니다. 탈탄소를 향한 포스코그룹의 에너지 전환 전략을 자세히 살펴봅니다.

3.4GW 규모의 인천 LNG 복합발전소를 운영하고 있는 포스코인터내셔널은 발전소에서 사용되는 LNG 연료의 20%를 청정수소로 대체하는 ‘수소혼소발전’ 사업을 추진하고 있습니다. 수소혼소발전은 가스터빈*에서 천연가스(LNG)와 수소를 섞어 연소하여 전기를 생산하는 발전 방식으로, 수소 비율을 높일수록 발전 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 기존 발전 설비를 활용하면서 탄소 배출을 줄일 수 있어 탈탄소 전환의 징검다리 역할을 할 현실적인 전력 생산 방식으로 떠오르고 있습니다.

*가스터빈 : 복합화력발전의 핵심장비로 연료를 연소해 고온·고압의 가스를 회전력으로 변환하여 발전하며, 천연가스뿐 아니라 수소 등 다양한 연료로 가동할 수 있어 에너지 믹스에 유연하게 대응할 수 있다.

▲포스코인터내셔널이 개발 중인 수소혼소발전용 가스터빈 축소 모형.

포스코인터내셔널은 인천 LNG복합발전소의 7기 복합발전기 중 3·4호기를 청정수소 연료 사용이 가능한 고효율 발전설비로 교체할 계획입니다. 이를 통해 수소혼소 시 최대 약 35%의 이산화탄소 배출 저감을 기대하고 있는데요. 앞으로 3·4호기를 시작으로 단계적으로 설비를 전환하고 수소 혼소 비율을 높여 2050년까지 100% 수소발전소로의 운영을 목표로 하고 있습니다.

더불어 포스코인터내셔널은 수소혼소발전 운영의 핵심이 될 청정수소의 안정적 조달을 위해 북미, 중동, 호주 등의 글로벌 청청수소 생산 프로젝트에 적극적으로 참여하고, 암모니아를 활용한 운송 및 저장 인프라도 구축하고 있는데요.  2024년 1월 포스코인터내셔널은 포스코홀딩스와 함께 아랍에미레이트(UAE) 아부다비 국영석유공사 아드녹(ADNOC)과 ‘청정수소 생산 사업 공동조사를 위한 전략적 협력 협약(SCA)’을 체결하는 등 수소혼소발전 전환을 위한 청정수소 공급 인프라 구축에도 적극적으로 나서고 있습니다. 

글로벌 기후위기에 대응하기 위해 세계 각국의 정부와 기업들은 각 산업 분야에서 해상풍력, 태양광 등 재생에너지로의 전환을 가속화하고 있습니다. 포스코그룹 역시 재생에너지 사업에서 운영, EPC(설계·조달·시공), 소재 공급에 이르는 차별화된 역량과 시너지를 결집해 사업을 적극적으로 확대하고 있습니다.

포스코인터내셔널 육상∙해상풍력, 태양광 발전단지 운영

▲ 포스코인터내셔널이 운영 중인 신안그린에너지 육상풍력단지 전경.

포스코인터내셔널은 전남 신안의 풍부한 해상·육상 자원을 활용해 미래 에너지 전환을 선도하고 있습니다. 포스코인터내셔널의 신안그린에너지는 우수한 풍황(風況) 자원을 보유한 신안군 자은면 일대에 20기의 풍력 발전기를 설치, 총 발전용량 62.7MW의 육상풍력단지를  2016년부터 운영해 오고 있는데요. 생산 전력은 신안과 목포 권역의 3만 1000 세대에 전기를 공급할 수 있는 규모로, 연간 4만 9000톤의 이산화탄소 배출량을 저감하는 효과를 거두고 있습니다.

신안그린에너지는 전남 신안을 주요 거점으로 재생에너지 사업을 확대하고 있는만큼 지역사회를 위한 사회공헌에도 적극적으로 나서고 있는데요. 상업 발전을 시작한 2017년부터 10년 동안 매년 매출액의 1.5%를 신안군의 발전 기금으로 지원하고, 다목적 마을회관 건립에 8억 원의 지원 기금을 후원하는 등 재생에너지 생산과 함께 지역상생 활동에 앞장서고 있습니다.

풍력발전 시장 개척은 해상에서도 이어지고 있습니다. 신안 자은도 서쪽 해상에 300MW 규모의 해상풍력단지 조성을 위한 발전사업 허가를 지난 2017년 취득하여 지속 개발 중이며, 글로벌 선진사들과의 협력 확대로 해상풍력 사업을 확대하고 있습니다.

▲ 2025 기후산업국제박람회 전시된 포스코인터내셔널 재생에너지 발전단지 모형. 전남 신안의 구축된 육상∙해상풍력, 태양광 발전단지 모습이 한눈에 구현되어 있다.

또한 포스코인터내셔널은 현재 신안군 팔금면의 폐염전 일대에 3단계에 거친 14.5MW의 대규모 태양광발전단지도 조성하여 운영하고 있습니다. 이 발전단지는 유휴부지인 폐염전 부지를 활용한 발전단지로 주변 환경 피해를 최소화하고, 염전 특유의 많은 일사량을 활용해 효율이 높은 재생에너지를 생산하고 있습니다. 약 5300가구가 사용할 수 있는 연간 18,000MWh의 전력을 생산하고 있는데요. 이는 연간 7600톤의 이산화탄소 감축 및 220만 그루의 소나무 식재 효과를 창출하고 있습니다.

▲ 포스코인터내셔널 전남 신안 풍력 육상∙해상풍력, 태양광 발전단지 소개 영상(동영상 출처 : 포인터TV 유튜브)

포스코이앤씨, 울산 반딧불이 부유식 해상풍력 발전단지 건설

▲ 포스코이앤씨와 에퀴노르가 개발 중인 울산 반딧불이 부유식 해상풍력 단지 조감도.

포스코이앤씨는 다양한 해상공사와 발전 플랜트 건설 경험을 바탕으로, 글로벌 해상풍력 전문 기업 및 국내 학계 등 다양한 파트너와 협력하여 해상풍력 사업 진출을 추진하고 있습니다. 2023년에는 노르웨이의 DNV社와 MOU를 맺고 고정식 및 부유식 해상풍력 하부기초 구조물 최적화 기술을 확보했고, 2024년 9월에는 부유식 해상풍력* 분야에서 유일한 개발실적을 보유한 노르웨이 국영 에너지 기업 에퀴노르와 협력해 경쟁력을 강화했습니다.

*부유식 해상풍력(Floating Offshore Wind) : 해저에 기초 구조물을 박아 설치하는 기존 고정식 해상풍력과 달리 바다 위에 부유 구조물을 설치하고  그 위에 풍력 터빈을 세워 전기를 생산하는 방식의 해상풍력 발전. 깊은 바다에서도 설치가 가능해 더 강하고 안정적인 바람을 활용할 수 있으며, 해저 공사가 최소화돼 환경 영향이 적고 설치·이동이 유연하다.

현재 포스코이앤씨는 에퀴노르와 협력해 울산 반딧불이 해상풍력사업을 통해 750MW 규모의 부유식 해상풍력 발전단지를 건설하고 있는데요. 이 사업은 울산항 동쪽 약 70km 해역에 15MW급 풍력 터빈 50기를 설치하는 대규모 프로젝트로, 포스코이앤씨는 기본설계(FEED) 및 육상 송전선로 개념설계를 수행하는 등 건설 역량을 강화하고 있습니다.

한편, 포스코이앤씨는 해상풍력 사업의 기술 경쟁력 확보와 원가 경쟁력 제고를 위해 그룹사인 포스코와의 협업도 한층 강화하고 있습니다. 특히, 포스코의 고성능 후판 강재를 활용한 독자 설계 기반의 부유체(Floater) 기술을 자체적으로 확보하는 데 주력하고 있으며, 같은 핵심 부품 및 구조물의 기술 내재화 노력은 향후 국내는 물론 글로벌 해상풍력 시장에서도 우위를 선점하는 데 중요한 기반이 될 것으로 기대하고 있습니다.

이외에도 포스코그룹은 해상풍력 산업 선도 및 경쟁력 강화를 위해 글로벌 재생에너지 기업들과 협력을 통해 에너지 전환 가속화를 추진하고 있습니다.

포스코퓨처엠, ‘지붕형 태양광’으로 재생에너지 생산

▲ 2024년 2월 포스코퓨처엠이 포스코인터내셔널과 협력해 설치한 포스코퓨처엠 광양 양극재 공장의 태양광 발전 설비. 포스코퓨처엠은 2021년부터 세종 음극재 공장 옥상 및 주차장에도 연간 209MWh 규모의 재생에너지를 생산하는 태양광 발전 설비를 직접 설치해 운영하고 있다.

포스코그룹은 각 그룹사 사업에 재생에너지 생산 및 사용 확대를 위해 적극 나서고 있습니다. 포스코퓨처엠은 포스코인터내셔널과 협력하여 2024년 2월, 광양 양극재 공장 지붕에 2.2MW 규모의 태양광 패널을 설치했습니다. 해당 태양광 패널을 통해 포스코인터내셔널은 연간 2.6 GWh의 재생에너지를 생산하여 신재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificate)*를 확보하고, 포스코퓨처엠은 확보된 REC를 구매하여 RE100**을 대응하는 선순환 구조를 구축했습니다.

최근 포스코퓨처엠은 SK이노베이션 E&S와 태양광 발전 사업 추진 계약을 체결했는데요. SK이노베이션 E&S는 포스코퓨처엠 공장 지붕 및 주차장에 2.5MW 규모의 태양광 패널을 설치해 연간 2.8 GWh의 재생에너지를 생산하고, 포스코퓨처엠은 여기서 생산된 전기를 구매해 공장 운영에 활용할 계획입니다. 이를 통해 연간 약 1300톤의 탄소배출 감축이 가능할 것으로 기대하고 있습니다.

앞으로 포스코퓨처엠은 광양 NCA 양극재 전용 공장 등에 태양광 발전설비 추가 설치를 검토하고, 전력구매계약(PPA), 재생에너지 공급인증서(REC) 구매 등 재생에너지 조달 방법을 다양화할 계획입니다.

*재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificate) : 재생에너지로 생산한 전력을 공식적으로 증명하고 거래할 수 있도록 발급되는 인증서로, 한국에너지공단이 발급하며 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 이행을 위해 발전사업자 간 거래가 가능하다.

**RE100(Renewable Energy 100%) : 기업이 사용하는 전력의 100%를 태양광·풍력·수력 등 재생에너지로 조달하겠다는 글로벌 캠페인. 2014년 영국 비영리단체 The Climate Group과 CDP가 공동 주관하여 시작되었으며, 참여 기업은 목표 연도와 진행 상황을 매년 공개해야 함.

포스코그룹의 다양한 에너지 사업에서  ‘소재’ 또한 빼놓을 수 없는데요. 신재생에너지, ESS(에너지 저장 시스템), LNG, 수소, CCUS(탄소 포집·활용·저장) 같은 에너지 관련 사업에는 각각의 특성에 맞는 전용 강재가 필수적으로 필요합니다. 온도, 압력, 부식 환경 등 사용처에 따라 조건이 매우 다르기 때문에, 일반 구조용 강재로는 성능과 안전성을 확보하기 어렵기 때문인데요. 포스코는 다양한 국내외 에너지 사업에 독자 개발한 고품질의 에너지 강재를 생산·공급하고 있습니다.

▲ 2025 기후산업국제박람회에 전시된 포스코의 다양한 에너지 강재 모습. 에너지저장장치(ESS)용 PosMAC, 수소배관용 강재, 고망간강 등이 전시되어 있다.

대표 사례인 고내식 합금도금강판 ‘PosMAC’은 마그네슘(Mg)과 알루미늄(Al)을 함유한 합금도금층을 적용해 기존 용융아연도금강판 대비 강도와 내구성이 뛰어난 제품입니다. 특히 우수한 내식성으로 부식에 따른 교체 주기를 줄여 제품 수명을 연장하며, 이를 통해 원자재 사용을 절감하고 제조·운송 과정에서의 탄소배출 저감에 기여할 수 있습니다. 포스코는 고객사와의 협업을 통해 배터리 케이스, 랙, BPU 케이스 등 ESS 핵심 부품에 PosMAC 적용 범위를 지속적으로 확대해 나갈 계획입니다.

▲ 포스코 고망간강으로 제작된 LNG 저장탱크 모형.

또한 포스코가 세계 최초로 개발한 고망간강은 기존 스테인리스강 대비 강도가 높고, 영하 196도 환경에서도 깨지지 않아 LNG나 액화수소를 안전하게 저장·운송할 수 있는 소재로 인정받고 있습니다. 이외에도 고압과 수소취성에 강한 수소배관용 강재, 액화 CO₂ 운반선용 강재 LT-FH36 등 다양한 에너지용 소재를 개발하며 시장 경쟁력을 강화하고 있습니다. 포스코그룹은 앞으로 고유 기술을 적용한 고품질 특수강 개발 및 생산 확대로 글로벌 에너지 전환 생태계를 구축해 나갈 계획입니다.

포스코그룹이 추진하는 에너지 전환 전략은 단기적인 탄소 감축을 넘어, 지속가능한 산업 생태계를 구축하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 포스코그룹은 앞으로 수소혼소발전 추진, 재생에너지원 확보, 고품질 에너지 강재 생산 및 공급까지, 사업 역량을 바탕으로 한 다양한 에너지 전환 전략을 통해 지속가능한 사회를 만들고 글로벌 에너지 시장에서도 사업 경쟁력을 강화할 계획입니다. 미래 탈탄소 시대를 위한 포스코그룹의 에너지 전환 행보에 많은 관심과 응원을 부탁드립니다!

요즘 초록이의 관심을 한 몸에 받고 있는 건 바로 ‘그린뉴딜’입니다. 화석에너지 중심의 에너지 정책을 신재생에너지로 전환하면서 지속 가능한 발전을 도모하는 그린뉴딜. 환경을 사랑하는 초록이가 그냥 지나칠 리 없겠죠?

그린뉴딜의 주요 움직임 중, 우리나라는 물론이고 전 세계에서 각광받는 것이 단연 풍력발전이군요. 초록이도 언젠가 비행기에서 내려다본 바닷가에 거대한 바람개비들이 서있었던 기억이 나네요. 오늘은 해상풍력발전과 그 안에 숨은 포스코의 솔루션에 대해 공부를 해보려고 합니다.

l 지금도, 앞으로도 해상풍력발전이 대세다

어디 보자. Global Wind Energy Council 보고서에 따르면 글로벌 풍력 시장이 2013년 이후 연평균 24%씩 크게 성장했구나. 2019년 새롭게 설치된 용량만 해도 60.4GW라니. 앞으로는 어떨까? 2024년에는 신규 설치량이 총 73.4GW고, 눈에 띄는 건 해상풍력의 비중이 25% 이상으로 크게 늘어난다는 거네. 바다는 육지보다 바람도 일정한데다 세기도 센 편이고, 일조권과 소음 문제도 해결할 수 있으니까 해상풍력 인기가 높아지고 있구나.

이렇게 풍력발전이 확대되면 석탄화력발전이나 LNG보다도 훨씬 환경적인 에너지 소비를 기대해도 되겠지. 그런데 풍력발전기는 바람이 강하게 부는 곳에 설치를 해야 할 텐데, 역으로 그 바람 때문에 구조물의 안전과 내구성에 문제는 없을지 걱정인데? 특히 해상풍력은 바닷물을 어떻게 견디는 걸까. 풍력발전기에도 분명 스틸이 들어갈 테니, 철석이한테 한번 물어봐야겠다!

l 풍력발전기 메인 소재, 대체불가능한 ‘스틸’

철석아! 요즘 해상풍력발전 프로젝트가 엄청나게 늘어나더라. 바닷가에 그렇게 거대한 구조물이 서있는 게 안전한 거야?

걱정 마 초록아. 안전한 풍력발전기를 만들기 위해서 포스코가 풍력발전기 제작사들과 오랫동안 협업해오고 있으니까. 네 말대로 풍력발전기는 거대한 구조물인데다가 가혹한 자연환경에 항상 노출되어 있고, 구조물 꼭대기에 설치된 터빈은 아주 긴 시간 반복적으로 회전해야 하기 때문에 파손되거나 결함이 생길 위험이 크지. 그래서 포스코에는 풍력발전기를 위한 여러 가지 강재가 준비되어 있어. 먼저, 터빈 속 모터의 전력 손실을 줄여서 에너지 효율을 높이는 △무방향성 전기강판 Hyper NO, 터빈 회전체의 마찰을 적게 만들기 위해 내구성을 극대화한 △베어링용 선재 PosWIND(POSCO Windpower), 타워와 하부구조물이 거친 환경을 견딜 수 있도록 강한 강도, 내구성을 지닌 후판 △풍력용강이 등이 있지. 특히 풍력발전 산업이 발전해오면서 풍력타워와 하부구조물만 전문적으로 제작하는 업체들이 많이 생겼거든? 근데 이 업체 모두가 스틸로 만든 원형 모양의 강관을 전문적으로 다루는 회사라고 해. 스틸은 그만큼 해상풍력기에 없어서는 안되는 소재고, 안전한 풍력발전기 제작을 위해 소재 연구를 계속하고 있어.

▲ 풍력발전기는 지지대 역할인 ‘타워’와 바람을 맞고 회전하는 ‘블레이드’, 겉으로는 보이지 않지만 에너지를 생성해내는 ‘발전기’와 타워를 해저에 단단히 고정하는 역할을 하는 ‘하부구조물’로 구성되어 있다.

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스틸의 어떤 점 때문에 풍력발전기의 메인 소재로 쓰이는거야?

스틸의 막강한 항복강도(Yield Strength)와 피로강도(Fatigue Strength) 때문이지. 용어는 어렵지만 개념은 간단해. 일반적으로 풍력발전기는 20~25년의 수명을 갖도록 설계되는데, 수명 기간 동안 반복적이고 다양한 방향과 크기의 바람, 파도에 노출되잖아. 우선 항복강도는 소재가 외부의 힘을 받아도 변형을 일으키지 않고 견디는 힘이야. 항복강도 355MPa이라 하면, 소재에 355Mpa의 응력이 발생해도 이 소재는 구부러지거나 변형이 생기지 않는다는 뜻이지. 그런데 355MPa의 응력이 바로 가해질 수도 있지만, 이보다는 약한 응력이 반복적으로 가해져서 결국 소재를 망가뜨릴 수도 있잖아? 그걸 버티는 게 피로강도야. 피로강도가 90MPa이라고 하면, 응력의 변화량(최댓값-최솟값 차이) 90MPa를 2백만 번 견딜 수 있다는 뜻이지. 풍력발전기 하부구조용에는 주로 항복강도 355MPa, 피로강도 90MPa의 후판이 사용돼. 이런 후판을 우리는 ‘풍력용강’이라고 부르지.

그러니까 풍력용강은 반복되는 하중에도 쉽게 파괴되거나 구부러지지 않는 특성을 가진 두꺼운 강재라는 거군.

맞아. 풍력발전기에서도 가장 많은 하중을 받는 하부구조물에는 위와 같은 강도를 지닌 두께 70~100mm의 풍력용강이 주로 사용돼. 엄청 두껍지? 각종 강도에, 바닷물을 견디기 위한 내식성도 갖춰야 하고 두께도 두껍다 보니 생산하기도 힘들지만 고객사 입장에서는 원가부담이 큰 소재야. 그래서 필요한 게 뭘까? 바로 포스코의 솔루션이지~ 고객이 원하는 품질은 보증하면서 원가경쟁력은 올리고, 최적의 설계를 만들 수 있도록 이용기술을 제공하는 것! 특히 요즘 풍력발전시장의 트렌드인 ‘대형화’를 앞당기기 위해 포스코가 꽤나 힘쓰고 있거든. 한 번 들어볼래?

l 세계 최대 해상풍력발전 단지, 포스코 솔루션과 함께 커졌다!

– 대형 모노파일 풍력타워 339대 심은 세계 최대 해상풍력발전 단지 Hornsea

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대형화가 트렌드라. 풍력발전기가 커지는 게 어떤 의미가 있어?

터빈을 대형화하고, 타워를 더 높이 올려서 우수한 풍질(風質)을 얻고 발전 효율을 증대시키기 위해서야. 1991년 덴마크에 설치된 세계 최초의 해상풍력발전 단지 빈데비(Vindeby)의 발전기는 높이 54m에 발전용량 0.45MW에 불과했지만, 최근에는 높이 190m 이상에 발전용량 8MW를 갖춘 발전기들이 바다에 세워지고 있거든. 자연히 타워와 하부구조물도 더 커지겠지? 타워는 직경 5m하던 것이 6m 이상으로 커지고 있고, 하부구조물 역시 예전에는 직경이 주로 7m였는데 요즘은 8m 이상으로 대형화되는 추세야.

타워는 바닷물 위로 나와있어서 본 적이 있는데, 하부구조물은 어떻게 생긴 거야?

하부구조물은 여러 가지 타입이 있는데, 크게 고정식과 부유식으로 나눌 수 있어. 이중 현재까지 가장 인기 있는 방식은 고정식인 ‘모노파일(Monopile)’이라는 건데 경제성이 가장 좋아서 글로벌 에너지기업들이 많이 채택하고 있지. 모노파일의 하부구조물은 바닷물 속에서 반복되는 진동, 부유체와의 충돌, 거친 파도 등과 같은 극한의 환경에서 타워를 지켜주는 버팀목이야.

이 모노파일이란 거에도 스틸이 핵심 소재라는 거지?

맞아. 모노파일 형식으로 지어진 대표적인 곳이 바로 영국 Hornsea 해상풍력발전 단지야. Hornsea는 1, 2차 단지를 합쳐서 총 339대(1차 174, 2차 165)의 발전기가 총 2.6GW의 발전 용량을 갖춘 세계 최대의 해상풍력 단지거든. 발전기 1대당 기존 5~6MW급인 터빈 능력을 1차에서는 7MW, 2차에서는 8MW까지 늘리면서 구조물이 대형화됐어. 그래서 모노파일도 직경이 8m에 이른데. 이렇게 Hornsea 단지가 발전기 규모를 획기적으로 대형화할 수 있었던 데는 포스코의 솔루션이 함께 했어.

– 에너지업계의 핫 키워드 ‘LCOE’, 포스코는 어떻게 만족시켰을까

이 발전 단지를 운영하는 글로벌 에너지기업 오스테드(Ørsted)는 단지의 운영효율을 높이기 위해 터빈 대형화를 추진했어. 장기적 관점에서 높은 발전 효율은 곧 운영사에 원가절감을 가져다주니까. 업계에서는 이런 원가절감을 포함해서, ‘LCOE(Levelized Cost of Energy, 균등화 발전비용) 저감’이 핫 키워드야. LCOE는 발전시설의 초기투자비와 연료비, 유지비 등에 환경오염, 안전비용 등 사회적 비용까지 모두 포함해 추정한 전력 생산비용을 뜻해. 요즘 지어지는 풍력발전 단지는 대부분 LCOE 저감의 논리에 의해 설계되고 있어. 그리고 LCOE 저감을 위해서는 발전기의 대형화가 필수적인 거야.

그렇구나. 발전기가 대형화된다면, 발전기를 만드는 스틸도 그에 맞춰 강해져야겠네.

상식적으로 생각하면 발전기가 커지니까, 타워나 하부구조물도 더 강한 강도의 스틸을 써야 할 거 같잖아? 그런데 여기 기막힌 아이러니가 생겨. 오히려 강도가 더 약한 강재의 주문이 들어오기 시작했거든.

응? 타워가 더 커지는데, 강도가 약한 소재를 주문한다고?

방금 네가 한 말을 곰곰이 되짚어봐. 하부구조물이 특정한 하중을 견디기 위해서는 구조물의 직경, 두께, 강도 3가지 요소가 결합되어야 하는데, 직경과 두께가 커지니까 오히려 강도는 약해질 수 있는 거야. 

그렇네! 크기를 굳이 줄이지 않아도 된다면, 크기가 커졌으니 강도를 낮춰도 되겠네.

예를 들어 강도가 아주 센 소재로 지름 1cm 짜리 기둥을 만들다가, 이번에는 지름을 2cm로 늘리게 됐다고 생각해봐. 구조적 성능이 강해지니 소재의 강도를 그보다 살짝 낮춰도 필요 하중을 충분히 버틸 수 있게 되지. 게다가 강도가 약한 강재가 더 저렴할 거 아냐. 에너지기업들은 이런 계산법으로 LCOE 관점에서 기존에 요구되던 강도보다 조금 약하고 가격은 저렴한 강재로 더 큰 하부구조물을 만들고자 했어. 원래 항복강도 355MPa의 풍력용강을 주로 사용하다가, 이제 275MPa급의 강재도 사용할 수 있게 된 거지. 근데 포스코는 항복강도 275MPa급 풍력용강을 그전까지 단 한 번도 주문받은 적이 없었거든. 어떻게 했을까?

“아 죄송합니다. 그건 만들어본 적이 없어서요” 그랬을 리는 없고..

새로운 강종은 양산하는데 최소 6개월 이상이 소요되는데, 고객은 하루빨리 275MPa의 풍력용강을 받아보길 원했어. 포스코의 묘안은 바로 355MPa급의 풍력용강과 275MPa급의 풍력용강을 동시에 생산하는 것! 무슨 소리냐고? 일단 슬라브까지는 기존에 많이 생산해봤던 355MPa급 강재와 똑같이 만들고, 압연 조건만 다르게 설정해서 항복강도 S275MPa급의 풍력용강을 만들어 고객에게 바로바로 공급한 거야.

아하, 만두를 똑같이 빚어 놓고 기름에 튀기느냐 찜기에 쪄 먹느냐 같은 거구먼!!

하하 맞아. 그리고 포스코 솔루션이 하나 더 있어. 오스테드에서는 하부구조물을 제작할 때 용접 공수를 줄이기 위해서 사이즈가 아주 큰 ‘대단중강(大單重鋼, 1장당 무게가 24톤 이상인 후판)’도 필요했는데, 이 대단중강은 전 세계에서 생산할 수 있는 곳이 손에 꼽혀서 가격이 아주 비싸거든. 포스코는 당장 대단중강을 공급하는 대신에, 일반 후판을 적용하면서도 대단중강 모노파일과 동등한 강도를 가지는 설계안을 오스테드에 역제안했어. 소재 원가는 당연히 더 저렴하게 말이야!

▲ 해상풍력타워 하부구조물 (모노파일뱡식). 대형 타워의 하부구조물은 외경이 최대 12m에 달한다. (이미지출처=EEW그룹)

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LCOE 관점에서 경쟁력 있는 모노파일 설계안이었겠네!

그리고 포스코 강재의 이용기술도 빼놓지 않았지. 하부구조물뿐 아니라 타워에 들어간 강재 역시 최적으로 이용될 수 있도록, 고객사와는 몇 개월에 걸쳐 구조해석과 Mock-up 테스트를 함께 실시하고 용접 기술을 정립했어. 그렇게 포스코 스틸로 제작된 하부구조물과 타워가 Hornsea 1 풍력 단지의 대형 발전기에 쓰이게 된 거야.

세계 최대 에너지 기업이 포스코를 선택한 데는 다 이유가 있구나.

포스코의 솔루션을 직접 경험한 오스테드는 2차 프로젝트에도 포스코에 강재 공급을 맡겼고, 1, 2차 통틀어 약 17만 톤의 포스코 스틸이 Hornsea의 풍력발전기 제작에 사용되었지. 세계에서 가장 큰 해상 풍력 단지에 포스코의 솔루션이 숨어있는 거야.

l 스틸과 함께 더 커지는 풍력발전, 얼마나 환경에 이로울까?

실제로 진행 중인 해상풍력 프로젝트의 규모나, 각종 예측 데이터를 봐도 해상풍력은 앞으로 수많은 기업들이 매진할 분야인 것 같네. 특히 스틸은 발전기의 타워, 하부구조용으로 대체 소재가 없다시피 하니, 해상풍력산업과 철강은 계속 기술협력이 이뤄질 수밖에 없겠구나. 포스코의 어깨가 또 무겁겠는걸. 그럼 이렇게 점점 대형화되는 풍력발전기가 실제로 우리 지구에 얼마나 도움이 될까?

포스코 스틸이 들어간 Hornsea 1 프로젝트를 기준으로 이야기할게. 풍력발전기 1대는 연간 24.5GWh의 전력을 공급할 수 있고, 이는 우리가 현재 사용하고 있는 전기- 즉 화석연료를 포함해 발전하는 전기보다 11,400톤의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있어. 풍력발전기가 주로 20년 정도 운영되니까 수명 동안 약 490GWh의 전기를 생산하고 이산화탄소는 약 23만 톤 저감할 수 있지. 이는 매년 346만 그루의 소나무가 흡수하는 탄소를 줄이는 효과야.

이렇게 들으니까 하루빨리 풍력발전이 우리의 제1 에너지원으로 자리매김하면 좋겠다~

포스코는 풍력발전기 대형화라는 트렌트에 맞춰 대단중강 공급을 위한 설비 투자나 다양한 LCOE 저감 솔루션을 고민하고 있어. 글로벌 풍력 시장이 빠르게 확대되는 만큼, 포스코도 이 기세에 발맞춰 지속가능한 솔루션을 전략적으로 제공하려고 해.

찬바람이 솔솔 불어오는데, 초록이는 왠지 이 바람이 싫지 않네요. 어디선가 이 바람이 우리의 에너지가 되고 있을 테니까요. 그리고 포스코의 GPS는 지금도 더 크고 강해지는 풍력발전이 우리 일상으로 다가오는 길에 함께 하고 있습니다.

이러한 장점에도 높은 비용과 설치의 어려움으로 인해 최근까지 크게 주목받지 못한 것이 사실이다. 하지만 유럽을 필두로 한 정책적 지원과 기술발전 속에서 해상풍력 시장은 꾸준히 성장해 왔고, 더 이상 먼 미래의 에너지가 아닌 현재형 에너지로 발돋움하고 있다.

▲우리나라 최초 상용 해상풍력 단지인 탐라해상풍력단지 전경 (출처 : 한국남동발전)

l 유럽에서 태동해 아시아로 확대되고 있는 해상풍력 시장

1991년 덴마크 해상에 세계 최초의 상업용 해상풍력 단지가 건설된 이후 영국과 독일, 덴마크 등 유럽 국가들이 해상풍력 시장을 주도해 오고 있다. 그로부터 26년이 지난 2017년 말 현재 유럽의 해상풍력 설치 용량은 15.8GW에 달해 세계 전체의 85%를 차지하고 있다. 더욱이 유럽에서는 2030년까지 약 50GW의 새로운 해상풍력 단지가 건설될 것으로 예상된다. 이는 지난 26년간 건설된 용량보다 앞으로 13년간 지어질 용량이 3배를 넘는다는 뜻이다.

l 해상풍력 비용 얼마나, 어떻게 떨어졌나?

해상풍력 시장이 최근 들어 각광받는 이유는 비용이 하락하고 사업성이 개선되고 있기 때문이다. 국제재생에너지기구(IRENA)에 따르면 2016년 세계 해상풍력 균등화발전비용(LCOE)은 kWh당 0.14달러로 2010년 대비 약 20% 감소했으며, 2022년이면 지금보다 최대 60% 더 떨어질 것으로 전망된다.

영국에서는 신규 원전보다 저렴한 해상풍력이 등장하기도 했다. 나아가 독일과 네덜란드에서 진행된 경매에서는 ‘보조금 제로’ 프로젝트들이 나타났는데, 해상풍력이 정부의 지원 없이도 수익성을 확보할 수 있을 만큼 경쟁력이 개선된 사례로 볼 수 있다.

비용하락을 이끈 요인에는 밸류체인의 성숙, 기반 인프라 구축 등이 있으나 무엇보다 터빈의 대형화와 그에 따른 설비 이용률(capacity factor) 향상을 꼽을 수 있다. 유럽에서 신규로 설치된 해상풍력 터빈의 평균 용량은 2010년 3MW에서 2017년 6MW로 확대됐다. 현재 상업 가동 중인 최대 터빈의 용량은 8MW인데, 2~3년 후에는 10~12MW급 초대형 터빈들도 속속 등장할 것으로 보인다.

한 예로 GE에서는 터빈 날개의 회전 반경이 무려 220미터에 달하고 수면에서의 높이가 260미터까지 달하는 12MW급 초대형 터빈을 개발 중으로 2019년에 테스트를 실시할 예정이다. 최근 완공된 해상풍력의 설비 이용률은 40~45% 수준인데, 향후 초대형 터빈들의 설치가 확대되면 50% 혹은 그 이상 수준으로 높아질 전망이다.

▲해상풍력 터빈의 크기 변화 추이 (출처 : Open Ocean)

또한 최근에는 부유식 해상풍력 개발이 가시화되며 설치 제약으로 접근이 어려웠던 수심이 깊은 바다에서의 해상풍력 단지 개발에 대한 기대감을 높이고 있다. 영국 스코틀랜드 해상에서 2017년 가동된 세계 최초 상용 부유식 해상풍력인 Hywind 프로젝트의 경우 최대 수심이 129미터에 달하며 6MW 터빈 5기로 구성되어 있다. 가동 이후 3개월 평균 설비 이용률이 65%에 달했는데, 이는 미국 화력발전소의 55%보다 높은 수치로 향후 수백 MW급 대규모 부유식 단지 개발의 가능성을 보여주기도 했다.

▲부유식 해상풍력 hywind 프로젝트 조감도 (출처 : Equinor)

l 해상풍력 핵심 소재로서의 철강

해상풍력 단지 개발에 있어서 철강은 핵심 소재로서 중요한 역할을 하고 있다. 풍력 터빈은 크게 3개 부분, 블레이드, 타워, 그리고 발전기(generator) 등을 품고 있는 너셀로 구성되는데, 철강은 블레이드를 제외한 나머지 부품의 주 소재다. 발전기를 비롯한 내부 시스템에 사용되는 전기강판이나 베어링강 등의 성능은 터빈 효율과도 직결된다. 포스코가 개발한 PosWIND는 이 필수적인 요건들을 갖춘 소재라고 할 수 있을 정도로 일반 베어링 강재와 비교하여 경화 원자(Si, Mn, Cr)의 함량을 증가시켜 내구성을 극대화했으며, 장시간 동안 정적 및 동적 부하에 대한 저항력이 높고 부식 및 손상에 대한 내성 또한 매우 높다.

또한 해상풍력의 경우 강한 바람과 파도 속에서 수백 톤에 달하는 터빈을 안정적으로 지지하기 위해 해수면 아래에 하부 구조물을 설치해야 한다. 이때 하부 구조물의 핵심 소재로 철강이 사용되고 있는데, 해상에서 20년 이상 변화무쌍한 기상변화를 견디기 위해서는 내식성·내후성이 뛰어난 철강 소재가 필요하다. 최근 터빈이 점점 더 대형화되고 있고 수심이 깊어지는 환경에서, 고강도강을 사용해 하부 구조물의 강도는 높이고 무게는 줄여 물류와 설치 효율을 높일 수 있는 필요성도 높아지고 있다.

l 우리나라에서의 성장 기대감은?

한국은 대만, 일본 등과 함께 차세대 해상풍력 시장으로 주목받고 있다. 우리나라 정부도 2030년까지 48.7GW의 재생에너지를 추가하고 그중 16.5GW를 풍력으로 충당하겠다는 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표하면서 해상풍력 투자가 확대될 것이라는 기대가 높아지고 있다.

하지만 부족한 지역주민 수용성과 기반 인프라 문제 해소라는 숙제가 있다. 지역 어민들과 공존할 수 있는 상생 모델이 개발되고, 해상풍력 밸류체인이 구축될 수 있는 제도 개선 노력과 업계 간 협력이 확대된다면, 우리나라에서도 해상풍력이 본격적으로 닻을 올리고 힘차게 돌아갈 수 있을 것으로 기대된다.