온실가스 다량 배출로 인한 지구온난화 현상은 많은 분야에서의 변화를 요구하고 있다. 특히 온실가스 배출의

주원인으로 꼽히고 있는 발전 등 에너지산업 분야의 경우 그 요구는 매우 거세다. 과거에는 경제성장이라는 측면만

고려하면 됐지만, 지금은 기후변화 대응을 위해 환경을 최우선적으로 고려할 것을 주문하고 있기 때문이다. 문제는

현재 전 세계적으로 약 20%에 이르는 인구가 전기 에너지를 사용하지 못하고 있다는 점이다. 즉 향후 에너지를

사용하고자 하는 신규 소비자는 더욱 늘 것이고, 산업의 발전으로 인한 에너지 소비 역시 큰 폭으로 증가할 수밖에

없다.

문제가 굉장히 어렵지만 해결책도 분명 존재한다. 결론적으로 말해 온실가스 배출을 최소화하면서도 에너지

효율은 높인 기술을 개발하면 되는 것이다. 그리고 이미 세계 각국은 청정에너지 기술개발을 위해 다각도의 노력을

펼치고 있는 상황이다. 그렇다면 세계 각국은 미래 에너지시장을 선도할 청정에너지 기술로 어떤 것을 꼽고

있을까. 이 질문에 대한 대답은 지난 5월 서울에서 개최된 ‘제5차 클린에너지장관회의(CEM, Clean Energy

Ministerial)’에서 제시된 바 있다.

CEM은 한국, 미국, 영국, 독일, 중국, 일본 등 세계 에너지의 70%를 사용하는 주요 국가의 관계 장관들이

모여 클린에너지 공급 확대와 에너지효율 향상을 위한 구체적 액션플랜을 논의하는 자리다. 2010년 미국에서

첫 회의가 열렸고 아랍에미리트, 영국, 인도에 이어 한국은 5번째로 CEM을 개최했다. 특히 이번 CEM에서는

회원국들의 의견을 모아 10대 청정에너지 혁신기술을 최초로 선정, 발표했다. CEM은 “향후 10년 간 에너지

시장의 변화를 선도할 유망 기술을 선정한 것으로 IEA 등 국제기구와 주요국 기술 로드맵을 기준으로 해 23개

회원국 회람을 거쳐 최종 확정하게 됐다”고 배경을 설명했다.

이번에 선정된 10대 청정에너지 혁신기술은 △초고압직류송전 △에너지저장장치 △바이오연료 △마이크로

그리드 △탄소포집 및 저장 △초고효율 태양광 발전 △해상풍력 △신재생에너지 하이브리드시스템 △빅데이터

에너지관리시스템 △지열 시스템이다.

미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

창간 기획 1

22 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

초고압직류송전

High Voltage Direct Current

‘송전기술의 꽃’이라 평가받는 초고압직류송전

(HVDC) 기술은 고전압의 AC전력을 DC로 변환해 송

전하는 기술이다. HVDC는 해저케이블 송전, 대용량

장거리 송전, 주파수가 상이한 교류 계통 간 연계, 도

시 밀집지역의 단락용량 경감을 위한 연계 등 활용분

야가 넓은 차세대 전력전송기술이다. 이러한 장점 때

문에 전 세계적으로 관심이 급증하고 있는 분야이기

도 하다. HVDC 관련 시장도 2020년 730억 달러(77

조 원), 2030년 1,430억 달러(152조 원) 규모로 성

장할 것으로 예상되는 등 급성장할 전망이다.

HVDC는 1960년대 개발된 전류형과 1990년대 개

발된 전압형으로 구분된다. 전류형은 Thyristor 전력

소자를 사용하는데 대용량 HVDC에 유리하고, 장거

리 전력전송에 유리하다. 전압형은 IGCT, IGBT 전

력소자를 사용하며, 필터·동기조상기 등 별도의 부

대설비가 필요 없어 설치면적을 적게 차지한다. 현재

기준으로 세계 시장은 전압형이 20%, 전류형이 80%

의 점유율을 보이고 있다. 그러나 전압형 HVDC 시

장이 점차 확대되면서 향후 2020년에는 전압형이

40%까지 점유율을 높일 것으로 전망되고 있다.

국내외 HVDC 관련 시장 동향을 살펴보면, 먼저

전류형 HVDC의 경우 전 세계적으로 115개 프로젝

트가 운전 중에 있는데 그 규모가 약 136GW 수준이

다. 건설 또는 계획 중인 프로젝트도 24개 약 66GW

에 달한다.

중국, 인도, 브라질 등 국토가 넓은 나라에서는 대

용량 장거리 송전이 중점적으로 추진되고 있다. 특히

미국에서는 노후 HVDC의 교체 및 업그레이드 수요

와 함께 신재생 연계용 대용량·장거리 송전 프로젝

트가 눈에 띄는데, 계통연계용 BTB 프로젝트도 추진

되고 있다.

전압형 HVDC는 세계적으로 15개 프로젝트 약

3GW 규모가 운전 중에 있다, 그리고 17개 프로젝트

에서 약 13GW 규모가 건설 또는 계획 중에 있다. 전

압형의 경우 북해 연안 해상풍력 연계 프로젝트를 중

심으로 추진되고 있는데, 최근에는 BTB에 전압형을

적용하는 사례도 나타나기 시작했다.

우리나라의 경우에도 HVDC 사업을 활발히 추진

중에 있다. 제주도의 경우 제주~해남(1998년 운전

개시), 제주~진도(2013년 운전 개시) HVDC 사업에

이어, 제3 HVDC 건설사업도 예정돼 있다. 아울러

LS산전의 HVDC 사이리스터 밸브

이와 관련해 산업통상자원부 윤상직 장관은 “이번에 선정된 10개의 기술은 최근의 기술적·정책적 추세가 잘

반영된 결과”라고 평가했다. 특히 윤 장관은 “중앙집중형 공급원에서 분산형 전원으로의 변화, 에너지 효율향상의

중요성, ICT와 융·복합 추세 등 우리나라의 상황에서 시사하는 바가 크다”며 “현재 수립하고 있는 ‘제3차

국가에너지기술 개발계획’에 이러한 기술적 추세를 반영하겠다”는 의사를 표명했다. 향후 10년 간 에너지시장의

변화를 선도할 10대 청정에너지 유망기술을 자세히 소개한다.

1

미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

2014 July + 23

한전과 국내 기업들은 공동으로 ‘제주 HVDC 실증단

지(스마트센터)’를 지난해 말 구축, HVDC 핵심설비

에 대한 장기운전 시험 및 초전도케이블을 HVDC 설

비와 연계하는 방안 등에 대해서도 연구를 진행해 나

갈 계획이다.

특히 한전은 국내 HVDC 기술 자립을 위해 알스톰

그리드(Alstom Grid)와 합작사인 ‘KEPCO 알스톰 파워

일렉트로닉스 시스템즈(KEPCO Alstom Power Elec-

tronics Systems, KAPES)’를 설립하고, HVDC 프로젝

트를 진행하고 있다. 한전의 경우 올해 북당진~고덕

HVDC 사업을 진행키로 했는데, KAPES와는 변환소

건설사업(1,500MW급 2기)을 추진할 예정이다.

한편 우리나라를 포함한 동북아 시장에서는 슈퍼그

리드(Supergrid)를 위한 한·러-한·일-한·중 간

연계가 활발하게 논의되고 있는데, 이를 토대로 해외

진출도 검토할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

HVDC와 관련해 우리나라는 △계통해석 및 운영

(남북/동북아 계통연계를 대비한 국가간 HVDC 계획

및 해석 연구개발, 대규모 신재생에너지 연계 계통

해석기술 개발 등) △변환 기술(독자적인 대용량

HVDC 엔지니어링 기술 개발, 국내 제작사의 HVDC

기기 국산화, 국내 시장확보 및 대외 경쟁력 향상 등)

△송전기술(동북아 계통 및 신재생 계통 연계를 위한

800kV 초고압 DC 송전 기술, DC에 적합한 신소재

나노복합 DC 전력케이블 개발 등) 등에 대한 개발 노

력이 필요하다는 지적이다.

에너지저장장치

Advanced Energy Storage System

에너지저장시스템(ESS)은 생산된 전력을 리튬이온

전지와 같은 기존의 중소형 2차 전지를 대형화하거나

회전에너지, 압축공기 등 기타 방식으로 전력계통

(Grid)에 저장했다가 전력이 가장 필요한 시기에 공급

해 에너지 효율을 높이는 시스템을 의미한다. ESS는

배터리, 전력조절기(PCS)1), 전력관리시스템(PMS)2),

배터리관리시스템(BMS)3) 등으로 구성된다.

ESS는 전력 소비가 없을 때 전력을 저장했다가 전

력이 필요할 때 즉시 제공할 수 있어 부하 평준화

(Loading Leveling)를 통한 전력 운영의 최적화가

가능하다. 또한, ESS를 이용해 전력 예비력을 확보

하게 되면 여름·겨울철의 전력 피크 및 대규모 정전

사고 등에 효과적으로 대응이 가능하다. 무엇보다 태

양광, 풍력 등 외부 환경에 따라 출력 변동성이 심한

신재생에너지원을 ESS에 저장하였다가 고품질 전력

으로 전환하여 전력망에 공급할 수 있게 된다.

이러한 장점으로 인하여 일본, 미국 등 주요 선진

국들은 ESS에 대한 연구개발 및 실증을 활발하게 추

진 중이며 일부 상용화에 성공하는 등 사업화 단계에

진입한 상태이다. 특히, 일본의 경우에는 2011년 발

생한 대지진과 후쿠시마 원전 사태 이후 촉발된 전력

1) Power Conditioning System : 배터리의 출력을 원하는 형태의 전력으로 변환하는 설비2) Power Management System : 전력계통 내에서 다수의 분산전원, 전력저장장치 등을 가장 효율적이고 경제적으로 운용할 수 있도록

제어하기 위한 시스템3) Battery Management System : 배터리의 상태를 모니터링 하여 최적의 조건에서 유지·사용할 수 있도록 배터리 시스템을 자동으로

관리하고, 배터리 교체시기를 예측하고 문제의 배터리를 사전에 발견하는 시스템

1MWh 리튬이온배터리 내부 모습

2

창간 기획 1

24 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

대란으로 가정용 태양광 발전과 ESS를 연계한 시스

템에 대한 수요가 급증하고 있는 추세이다.

한전 측 자료에 따르면 전 세계 ESS 시장은 2020

년까지 29GW, 약 22조 원 수준으로 성장할 전망이

다. 특히 전 세계적으로 142개소의 ESS 설비가 운영

및 실증사업을 진행 중에 있는데, 이들 대부분은 피

크 감소용 ESS 실증을 중심으로 진행되고 있지만,

미국의 일부 전력회사에서는 주파수 조정(F/R)용

ESS도 상용화 단계에 있는 것으로 알려지고 있다.

국내에서는 현재 14개소(주파수 조정용 1개소, 피크

감소용 12개소, 신재생 출력 안정 1개소)의 ESS 설

비가 운영 및 실증 중에 있다.

특히 한전은 지난해 ‘창조경제 구현을 위한 ESS 종

합 추진계획’을 수립, 올해부터 2017년까지(4년간)

약 6,500억 원을 투자함으로써 ICT기술과 융합한

ESS설비를 단계적으로 설치키로 한 바 있다. 정부에

서도 올해 CAES(Compressed Air Energy Storage,

압축공기에너지저장) 실증사업에 정부 자금 700억 원

등 총 2,200억 원의 자금을 투입키로 결정한 바 있다.

ESS는 발전대응용 ESS, 송배전망 대응용 ESS,

수용가용 ESS 등으로 구분할 수 있는데, 각각 △첨

두부하대응 CAES, 주파수 추종용 ESS, 신재생 연계

형 ESS, CCPP 출력 증대용 ESS △송배전 안정화용

ESS, Lamping용 ESS, 전력품질 안정화용 ESS △

소용량 CAES(No-Emission CAES), 수요대응형 가

상발전 & ESS, 도심형 ESS 모델 등을 포함한다.

바이오연료

Advanced biofuels technology for transport

바이오연료 기술은 바이오매스, 폐기물 등의 자원

을 생물학적·화학적 전환기술을 적용하거나 저등급

석탄, 메탄가스 등으로부터 화석연료를 생산하는 기

술을 의미하며, 가격 경쟁력이 있는 연료 개발을 통

한 세계 시장 선점 및 내수시장 강화와 함께 수출 주

도형 산업을 육성하는데 이바지할 것으로 보인다. 바

이오연료에는 바이오디젤을 비롯해 바이오알콜, 수

소, 에탄올 등이 있는데, 바이오디젤의 경우 이산화

탄소로부터 만들어져 환경친화적이며, 액상 연료이

기 때문에 기존의 연료 인프라를 그대로 사용할 수

있는 장점이 있다.

바이오연료 분야 유망 기술로는 바이오항공유 생

산기술, 저급원유 정제기술, Bio-DME (Dimethyl-

ether, 천연가스·바이오매스 등의 열분해 합성가스

에서 추출한 화합물) 생산 기술 등을 들 수 있다.

최근 온실가스 저감(탄소세), 규제 제한 등의 환경

적 요인으로 인해 바이오항공유 개발 필요성이 높아

지고 있다. 또 국내의 경우 도입 원유의 80%가 두바

이유에 의존하고 가운데, 저급화 및 타산지 원유 도

입의 필요성으로 인해 고산가 원유의 DB화 및 정제

촉매 기술 개발 등을 추진하고 있다. 아울러 바이오

매스를 원료로 한 DME 생산 기술 등을 통해 디젤유

를 대체하고, 또 LPG-DME 혼합연료로 활용할 수

있다.

조사자문업체인 Cleanedge가 지난해 초 발표한

자료에 따르면 바이오연료 시장(에탄올과 바이오디

젤 글로벌 생산과 총판매 가격)은 2011년 830억 달

러에서 2012년 952억 달러로 증가했고, 2022년에는

1,777억 달러에 이를 전망이다.

SK케이칼의 바이오디젤 생산설비

3

미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

2014 July + 25

마이크로그리드

Microgrid

마이크로그리드(Microgrid)는 분산 에너지원을 수

용해서 소규모 단위로 에너지의 공급과 수요를 관리

하는 지역 전력망이라고 할 수 있다. 즉 단순히 신재

생에너지원뿐만 아니라 다양한 분산 에너지원을 경

제적으로 조합해 해당 구역에 필요한 에너지를 경제

적으로 공급하는 지역적 그리드이다. 마이크로그리

드는 탄소절감에 기여할 수 있는 신재생에너지의 사

용, 에너지 비용 절감, 그리고 정전 없는 원활한 전력

공급이 가능하다는 장점 때문에 세계적으로 국가 차

원에서 연구·개발에 박차를 가하고 있다.

마이크로그리드는 독립형, 계통연계형 두 가지로 대

별된다. 독립형 마이크로그리드는 대규모 그리드의 규

모를 축소시킨 것과 같아 많은 기술적인 요소들이 유

사하다고 할 수 있다. 하지만 기존의 발전설비뿐만 아

니라 신재생발전설비와 ESS가 전력전자시스템을 매

개로 설치된다는 점에서 기존의 그리드와는 차별적이

다. 반면 계통연계형 마이크로그리드는 일반 그리드와

통합 운영되는 방식인데, 이때 마이크로그리드는 일반

그리그 계통에 대해 예측 가능한 부하로 작용하거나

발전기로 작용할 수 있도록 설계되고 운전된다.

마이크로그리드는 내부 발전원으로서 소규모의 신

재생에너지 전원과 가스 기반의 소형 열병합발전을

설치해 열과 전기를 동시에 수용가에 공급할 수 있으

며, ESS를 통해 경제적인 에너지 사용이 가능하다.

또 전력계통 운영 측면에서 송·배전 손실 저감, 에

너지 효율 향상 등의 이익을 제공할 수 있다.

에너지 분야 컨설팅 기업인 Navigant Research가

마이크로그리드 실증 사이트 구성도

KEPCO

22.9kV/380V

STS

Micro-grid EMS

Gateway

ACB1

ACB2

PCS

Battery(50kWh)

PV3(30kW)

WindTurbine(3kW)

MicroTurbine(60kW)

e-주택/기숙사(30~50kW)(확장시 고려)

Load Bank2(0~50kW)

UPQC(200kVA)

PV1(30kW)

PV2(10kW)

SensitiveLoads

AdjustableLoads

N-1시험동

Load Bank1(0~50kW)

Electricity

Communication

Zone A

Zone B

EV(30~50kW)Sheddable

Loads

PCS PCS

PCS PCS

Charger

4

창간 기획 1

26 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

2013년 발표한 보고서에 따르면 현재 세계적으로 계

획 또는 개발·운영 중인 마이크로그리드 관련 프로

젝트는 405개에 달한다. 하지만 아직까지 전 세계적

으로 상용화한 사례는 없는 것으로 조사되고 있으며,

대부분 실험 및 실증단계에 머물러 있는 수준이다.

또한, 보고서에서는 시장 규모가 2013년 기준으로

연간 83억 달러에서 2020년 연간 매출 400억 달러

로 증가할 것으로 전망하고 있다.

마이크로그리드가 신재생에너지 등 분산전원의 안

정적인 계통연계 및 전원공급, 에너지 효율 증대 필

요성 제고, 광역 정전에 대한 해법 제시 등 다양한 요

구를 충분히 해소할 수 있어 향후 전력시장에서의 부

각 가능성은 매우 높다. 핵심기술로는 통신연계, 운

영시스템, 제어기기 기술 등이 있다.

탄소포집 및 저장

Utilization of CO2

석탄화력발전은 가격적인 측면에서 매력적인 전력공

급원이나 지구온난화의 주범으로 지목되고 있는 온실

가스 배출이 항상 문제점으로 제기된다. 그러나 경제적

이면서도 안정적인 전력공급을 위해서는 석탄화력발전

에 대한 의존도를 줄일 수 없는 입장이다. 따라서 현재

기존 화석연료 중심의 전력공급 구조를 유지하면서도

온실가스를 감축할 수 있는 대안이 필요하다.

이러한 고민을 해결해 줄 수 있는 대안이 바로 탄

소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture & Storage)

기술이다. 이는 화력발전소, 제철소 등에서 대량 발

생하는 이산화탄소를 포집, 압축, 수송해 해양지중에

안전하게 저장하거나 화학적·생물학적 방법을 통해

화학소재 또는 바이오연료 등으로 전환해 재활용하

는 기술을 의미한다. 즉 화력발전소 등에서 배출·포

집된 대량의 이산화탄소를 유용물질로 전환해 재이

용함으로써 대규모 저장소 건설·운영의 한계를 보

완하는 등 미래 신시장 창출이 가능하다는 지적이다.

우리 정부의 경우 순수 국내 기술로 이산화탄소 포

집 플랜트를 한국남부발전 하동화력 8호기에 성공적

으로 설치하고 지난 4월 준공식을 개최한 바 있다.

이번에 준공된 10MW 연소 후 건식 이산화탄소 포집

파일럿 플랜트는 세계 최초로 화력발전소에 적용된

포집 설비로 민관 합동 기술개발 노력을 통해 일궈낸

값진 성과이다. 정부는 이번 파일럿 플랜트 사업성과

에 대해 전문기관 검증을 거쳐 평가한 이후, 100~

300MW급으로 확대해 대규모 통합실증 프로젝트 추

진을 검토할 계획이다.

한편 세계에너지기구가 2010년 전망한 자료에 따르

면 2050년까지 세계 온실가스 감축량의 약 19%를 CCS

가 담당할 것으로 전망된다. 또 CCS 플랜트 시장은

이산화탄소 전환 이용 기술 개념도

플라스틱 분말

화학제품 원료

고분자 필름

화학적 전환공정

CO2 포집

수송 미세조류 배양

바이오 연료

사료

의약품 식품 등

5

미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

2014 July + 27

2020년 100기에서 2030년 850기로 증가한 뒤 2050년

에는 3,400기로 급속히 성장할 것으로 전망했다.

특히 정부가 2010년 발표한 ‘국가 CCS 종합 추진

계획(안)’에 따르면 미국, 일본 등 G8 정상은 지난

2008년 2020년까지 CCS 상용화 추진에 합의하고,

CCS 상용화를 위한 대규모 실증과 비용 저감을 위한

차세대 기술개발을 본격 추진 중에 있다.

세계 9위의 온실가스 배출국인 우리나라도 2020

년 이산화탄소 배출 전망치 대비 30% 감축을 목표로

설정하고, 그 목표 달성 수단으로 CCS 도입을 강화

해 나가고 있다. 특히 정부는 장기적 관점에서 포집

된 대량의 이산화탄소를 화학적·생물학적으로 전환

해 이용할 수 있는 새로운 개념의 한계돌파형 원천기

술 개발을 추진하고 있다. 이는 이산화탄소를 원료로

유용물질을 생산하거나 유독한 화학공정을 대체하는

원천기술과 최신 바이오기술을 활용한 고효율 바이

오디젤 생산기술 개발을 목표로 한다.

초고효율 태양광 발전

Ultra-efficient solar power

초고효율 태양광 발전은 염료감응, 집광형, 유기태

양전지 등 기존 기술 대비 혁신적으로 효율을 높이면

서도 제작단가는 낮춘 태양전지 기술이다.

염료감응형 태양전지는 유리와 유리 사이에 특수

한 염료를 발라 마치 식물이 광합성을 하듯 태양광을

전기로 전환시키는 기술을 적용한 태양전지다. 기존

의 실리콘 전지에 비해 원재료 및 공정, 설비비가 저

렴할 뿐만 아니라 흐린 날씨에서도 발전효율이 높은

것이 장점이다. 또한 단일 색상만 가능한 실리콘 전

지와 달리 염료를 사용해 다양한 색상의 제품을 제작

할 수 있고, 건물의 곡선 면에도 적용이 가능하다는

점에서 각광받고 있는 분야이다. 현재 전 세계 연구

자들은 염료감응형 태양전지의 효율을 높이고, 이를

상용화하기 위한 연구를 본격화하고 있다.

집광형 태양전지는 렌즈와 같은 광학소자나 기구를

이용해 태양광을 집광하여 발전하는 태양전지로서,

고효율이며 소모 소재가 적어 자원효율이 높고 환경

보전성이 매우 우수하다. 특히 가격이 저렴한 플라스

틱 렌즈나 알루미늄 코팅 거울을 이용해 태양광의 집

광도가 높을수록 사용면적을 줄일 수 있어 태양전지

모듈 제조단가를 대폭 낮출 수 있다는 장점이 있다.

유기태양전지는 유기반도체 등 전기가 흐르는 유

기화합물을 사용해 제조한 태양전지로 유연성, 경량

화를 바탕으로 차별화된 신시장 창출이 기대되는 분

야이다. 유기태양전지는 플러렌 유도체, 전도성 고분

자, 금속산화물 등 다양한 종류의 나노소재를 혼합하

거나 층층이 쌓아 제작하는데, 그 중 플러렌 유도체

는 전자와 정공을 각기 다른 방향으로 이동시켜 광활

성층에서 생성된 전하의 재결합을 차단하여 태양전

지의 효율을 향상시킨다.

이건창호가 국내 최초로 염료감응형 태양전지를 적용해 개발한 고단열 건물일체형 태양광발전 시스템 창호 제품

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창간 기획 1

28 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

에너지 전문조사기관인 SNE리서치가 2012년 발

표한 보고서에 따르면 염료감응형 태양전지 시장 규

모는 2012년 1억3,000만 달러를 시작으로 2015년 2

억9,600만 달러, 2016년 4억3,600만 달러, 2020년

9억800만 달러 등 연평균 약 33.9% 성장할 것으로

내다봤다.

SNE리서치는 집광형 태양전지와 관련, 2012년

505MW, 2015년 1.4GW 규모의 설치량을 보일 전

망이며, 이후에도 꾸준한 성장률을 보여 2020년에는

3.9GW 규모가 설치될 것으로 전망했다.

또한, 2011년에는 시장분석 리포트를 통해 유기태

양전지 분야에 대해 2016년까지 연간 187% 가량의

고도성장을 기록할 것이란 전망도 내놓은 바 있다.

해외에서의 지원화 정책 사례를 보면, 독일, EU, 일

본, 미국 등의 선진국에서는 2003년부터 유기태양전

지의 상업화를 위한 정부차원의 지원이 시작돼 상용

화를 위한 노력이 계속되고 있다.

이러한 초고효율 태양광발전 분야는 초고효율화

및 저가화를 통한 장점을 바탕으로 향후 태양광 응용

분야 확대는 물론, 기술추격형에서 기술선도형 산업

으로의 전환도 기대된다.

해상풍력

Advanced offshore wind turbine technology

해상풍력 분야에서는 효율증대 및 비용절감을 위한

초대형 해상풍력 터빈개발 등 궁극적으로 발전단가를

최소화할 수 있는 기술이 유망기술로 선정됐다. 기후

변화, 화석연료의 고갈 등으로 다양한 신재생에너지

분야들이 각광을 받고 있지만, 그 중에서도 풍력발전

은 경제성과 효율성 면에서 가장 우수한 면모를 자랑

하며 신재생에너지 분야를 이끌어 나가고 있다.

특히 풍력발전의 경우 그동안 시장을 이끌어 왔던

육상풍력이 환경파괴, 소음·진동으로 인한 민원 등

의 한계를 속속 드러내면서, 환경파괴 및 민원을 최

소화할 수 있고, 또 대규모 단지 조성이 가능한 해상

풍력이 새로운 시장으로 급부상하고 있다.

최근 한전이 발표한 자료에 따르면 해상풍력 시장

의 경우 ‘UK Round Ⅲ’가 시작되는 2014년 이후 본

격적으로 성장할 것으로 예상된다. 특히 2020년까지

연평균성장률(CAGR)은 32%에 이를 것으로 내다봤

는데, 2020년 해상풍력 설비 용량은 52GW로 예상

되며, 2030년에는 1,100GW에 이를 것이라는 전망

이다.

해상풍력 시장 역시 영국·독일·네덜란드·덴마

크 등 유럽이 주도하고 있으며 중국이 세계 최대의

시장으로 떠오르고 있는 상황이다. 그러나 우리나라

는 해상풍력 단지 개발과 관련해 아직 초기 단계에

있다. 특히 자원평가, 단지설계, 터빈시스템 등 해상

풍력과 관련한 국내 기술수준은 80%로 높은 편이나,

국산화율은 20%로 매우 낮다. 하지만 해상풍력의 경

우 우리나라가 경쟁력을 갖고 있는 조선 중공업, 해

양플랜트, 건설, 전기, IT 등 연관 산업과 접목 시 조

기에 세계 시장 선점이 가능한 분야라는 분석이다.

이와 관련, 지난 2011년 우리 정부는 2020년 세계

제주 김녕풍력발전실증단지에서 실증 중인 해상풍력 시스템

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미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

2014 July + 29

해상풍력 3대 강국으로 부상한 후 2030년에 세계 시

장 점유율 20%를 달성한다는 목표를 세운 바 있다.

해상풍력 분야 중 CEM에서 제시한 해상풍력 관련

핵심기술 분야는 △로터 블레이드(출력 증대 및 로터

직경의 최적화, 설계 표준화 및 제조 프로세스 향상,

블레이드 소재 개발) △기어박스 및 동력장치(기어박

스 설계 기술 및 신뢰성 향상, 드라이브 트레인 구동

방식 개선) △초전도발전 직접구동 기술(상전도 및

초전도 발전기 대용량화, 대용량 상전도 및 초전도

발전기 신뢰성 향상, 변압기 및 전력변환기 소형·경

량화) 등이다.

신재생에너지 하이브리드 시스템

Hybrid renewable energy system

신재생에너지 하이브리드 시스템은 다양한 신재생

에너지 발전과 디젤 발전, 열병합 발전 등 기존 발전

원들의 결합을 통해 에너지 효율, 경제성, 신뢰성을

높이는 기술로, 신재생에너지 시장 규모 및 경제성을

크게 늘릴 것으로 기대되는 분야이다.

CEM에서는 핵심 분야로 크게 3가지를 제시하고

있는데, 먼저 ‘태양광+지열 융복합발전’은 시간에 따

른 출력이 비교적 일정한 지열이 기저전력을, 태양광

이 피크부하를 담당해 안정적인 전력을 공급하는 시

스템을 말한다. 지열은 시간에 따른 출력이 비교적

일정하고 태양광은 피크 부하 시기와 거의 일치해 상

호보완적 결합이 가능하다는 설명이다.

다음으로 ‘풍력+태양광 융복합발전’은 풍력과 태양

광발전을 한 장소에 하나의 시스템으로 결합하는 방

식으로 인프라의 효율적 활용 및 안전정인 전력 공급

시스템 구축이 가능하다. 풍력 날개의 그림자에 의한

태양광 발전 손실은 2% 이하로 실질적인 손실이 거

의 없는 수준이다.

세 번째로 ‘태양열+지열 융복합발전’은 태양열과

지열을 병합해 주거건물의 온수급탕과 난방 및 냉방

을 100% 신재생에너지로 공급하는 시스템을 말한다.

지난해 LG경제연구원이 발표한 보고서에 따르면

신재생에너지 하이브리드 시스템은 하나의 트렌드로

확실히 자리매김하고 있고, 신재생에너지 자체의 확

산은 물론 기존 석탄이나 가스 화력발전의 모습을 달

대림산업이 태양광, 지열 등 신재생에너지를 이용해 시공한 삼척그린파워 직원 사택 개념도

폐열회수형환기시스템

복합단열공법

지열시스템

태양광발전시스템

고기밀 복층유리

냉·난방축열조급탕축열조

바닥난방

냉방팬코일급탕

지열히트펌프

암반층

토사층

8

창간 기획 1

30 + Journal of the Electric World / Monthly Magazine

라지게 할 것으로 보인다. 나아가 에너지 안보나 안

정성 측면에서 궁극적인 형태로 평가되는 분산형 전

력 체계의 정착에도 한 몫 할 것이라는 예측이다.

보고서에서는 원자력이나 화력발전의 위세가 꺾

이지 않는 현 상황에서 신재생에너지 하이브리드 시

스템이 재생에너지 산업 성장의 새로운 동력으로 평

가받을 것으로 전망됐다. 특히 LG경제연구원은 신

재생에너지 하이브리드 시스템의 경우 하이브리드

기술 자체뿐 아니라 저장기기, 통합 에너지관리 솔

루션 및 관련 서비스 등에 이르기까지 광범위한 산

업적 파급 효과도 기대해볼 수 있으며, 지역 기반의

분산형 발전 플랜트까지 고려한다면 고용 창출은 물

론 지역 사회의 성장에도 기여할 수 있을 것으로 전

망했다.

빅데이터 에너지관리 시스템

IoT energy management system

빅데이터 에너지관리 시스템은 에너지를 사용하는

모든 환경을 계측하고 분석해 주변 설비·기기를 제

어함으로써, 최소한의 에너지로 최적의 환경을 구현

하는 기술을 의미한다. 건물, 산업 등 에너지 다소비

분야의 효율화를 통해 국가 에너지 사용량을 줄일 수

있고, 새로운 에너지 절감 비즈니스모델 발굴을 통해

新 수요관리 산업 창출도 가능하다.

사물인터넷(Internet of Things) 기술은 어떠한

사물이 인터넷을 통해 다양한 기기와 스마트하게 연

결되어 정보를 교류할 수 있는 것을 말하는데, 가전

제품, 전자기기뿐만 아니라 헬스케어, 원격검침, 스

마트 홈·빌딩·팩토리, 스마트카 등 다양한 분야에

서 사물을 네트워크로 연결해 정보를 공유할 수 있게

해 준다. 사물인터넷을 기반으로 에너지관리 시스템

을 구축하게 되면 불필요한 에너지 소비를 자동으로

줄여줌으로써 소비 효율을 극대화할 수 있게 된다.

해당 분야의 핵심 기술로는 스마트 홈·빌딩, 스마

트 팩토리 분야가 제시됐다. 스마트 홈·빌딩 분야는

거주자의 행동감정 및 제반환경을 파악해 조명, 냉난

방 등 설비 제어를 통해 최소한의 에너지로 최적의

실내 환경을 구현하는 기술을 의미한다.

스마트 팩토리 분야는 사물인터넷에 기반해 모든

공정 요소를 측정·분석·제어함으로써 산업기기,

공정 및 산업단지의 에너지 최적화를 구현하는 기술

을 의미한다. 최근 산업통상자원부는 2020년까지 1

만개 공장에 대해 IT·SW, 사물인터넷 등과의 융합

을 통해 생산 전 과정을 지능화·최적화하는 ‘스마트

화’를 추진키로 결정한 바 있다.

지열 시스템

Advanced thermal storage

지열 시스템은 산업폐열, 지열, 태양열과 같은 열

원 기반의 에너지를 다른 형태로 변환하지 않고 그대

로 저장해 뒀다가 용도에 따라 냉난방용 열원 공급

및 전력 생산에 활용하는 기술을 말한다.

핵심 기술로는 다음 3가지가 제시됐다. 먼저 지하

열에너지 저장 기술은 냉수와 온수를 깊은 지하에 저

장해 필요에 따라 활용하는 기술로, 온수는 동절기

난방용으로, 냉수는 하절기 냉방용 목적으로 사용이

가능하다. 둘째 열전발전 기술은 열에너지를 직접 전

기 에너지로 변환하는 방법으로, 열의 이동성 에너지

를 전기에너지로 변환해 사용하기 때문에 자연·인

공 등의 모든 열원의 사용이 가능한 장점이 있다. 세

번째인 건물용 열에너지 저장시스템 기술은 전력사

용이 낮은 심야시간에 냉동기 등을 가동하여 냉열을

저장했다가, 에너지수요가 높은 주간에 냉방으로 사

용하는 기술이다.

지열 시스템의 경우 태양열 이용 등의 불규칙적 환

경조건을 보완해 통합적 자원으로 사용함으로써 온

실가스 저감 등 친환경적인 에너지의 이용이 가능함

에 따라 미래 발전가능성이 기대되는 분야이다.

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미래를 선도할 10대 청정에너지 기술

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