한국 전체 가구에 원활한 전기 공급을 위해 해상풍력발전 터빈은 총 몇 대가 필요할까?
한국 전체 가구가 생활에 필요한 전기를 모두 해상 풍력발전으로 충당하는 가까운 미래 세상을 상상해 보고자 한다. 이를 위해서는 총 몇 대의 해상 풍력 발전 터빈이 바다에 세워져야 할까?
2023년 11월 기준으로 한국의 총 가구 수는 2,273만 가구이다. 인구가 줄고 있음에도 2022년도에 비해 가구 수는 1.5% 증가했다. 혼자 생활하는 1인 가구가 증가하고 있는 것이 주요 원인이다.
2023년도 기준으로 한국 1가구 당 연간 11,347 킬로와트의 전기를 소비했다. 이를 시간으로 계산하면 1시간에 1.3 킬로와트의 전기를 각 가정에서 소비하고 있다.
2024년 9월 현재, 세상에서 가장 큰 해상 풍력발전 터빈이 설치된 곳은 중국에 있다. 하이난(Hainan) 섬에 설치된 Mingyang MySE 20MW 으로 알려진 세계 최대의 해상 풍력 터빈이다. 이 터빈의 최대 발전 용량은 시간 당 약 20메가와트(MW)에 달한다. (위 사진)
한국 기술은 아니지만, 위의 해상 풍력 터빈을 3면이 바다인 한국의 동해안-남해안-서해안을 감싸면서 설치한다고 가정해 보자. 한국 전체 가구가 소비할 전기를 안정적으로 생산하기 위해서 해상 풍력 터빈 총 몇 대가 필요할까?
한국 1가구 당 연간 평균 전력 소비량은 11,347 킬로와트(kWh)이다. 이 기준 값에 한국 전체 2,273만 가구를 곱하면 1년에 필요한 총 소비 전력은 2,578억 킬로와트kWh이다.
풍력 발전 터빈의 발전 용량 단위는 메가와트(MW)이다. 따라서 총 2578억 킬로와트(kWh)를 메가와트로 변환하면 한국이 필요한 연간 소비 전력은 2억 5,780만 메가와트(MWh)가 된다.
해상 풍력 발전 터빈 1개의 최대 발전 용량은 시간 당 20메가와트(MWh)이다. 그러나, 수시로 변하는 바다 바람의 속도를 감안하여 약 50퍼센트의 성능만 발휘한다고 가정해 본다.
이를 감안하면 풍력 터빈 1기의 연간 총 발전 용량은 87,600 메가와트(MWh=20MW*24시간*365일*0.5)가 된다. 이를 토대로 계산을 하면, 한국 전체 가구가 1년 동안 필요한 전기를 순수한 해상 풍력 발전 만으로 공급하려면 총 2,943개의 해상 풍력 터빈이 필요하다.
해상 풍력 터빈 발전 시설 설치에 소요되는 건설 기간과 비용은 얼마나 들까?
20메가와트 급 초대형 해상 풍력 발전 터빈 1기를 설치하는데 소요되는 평균 비용은 약 8천만 달러 (원화 약 1,000억 원)이다. 보편적으로 해상 풍력 터빈 1기 건설 비용의 범위는 대략 6천만 달러에서 1억 달러 (Range $60 million to $100 million) 전후이다.
해상에 풍력 발전 터빈 10기를 건설하면 1조 원, 100기를 건설하면 10조 원, 1,000기를 해상에 설치하는데에는 총 100조 원이 소요된다.
얼핏 생각하면 무척 큰 금액이지만, 원자력 발전소 하나를 건설하는데 약 32조가 들어가고, 건설 기간도 10년 이상, 핵 폐기물 관리에 기약없이 돈을 쏟아부어야 하는 것에 비하면 결코 비싸지 않다.
2035년을 목표로 1년에 100기씩 건설 완료를 목표로 차근차근 건설하면 되기 때문에, 매년 소요되는 예산은 10조 전후면 충분하리라 예상한다.
실질적인 해상 풍력발전 시설 건설 비용은 바다의 환경에 따라 달라진다. 한국의 경우에는 수심이 낮은 서해안은 동해안에 비해 당연히 건설 비용은 좀 더 저렴할 것이다.
해상풍력발전 건설 기간은 해양 생태 환경 조사 및 평가에서 기존 전력망과 연결까지 모두 포함하여 최대 3년이 소요된다.
행정 절차가 완료된 이후, 해상 풍력 발전 터빈 설치를 위한 실제 건설 기간은 최소 6개월에서 최대 1년이면 완료 가능하다.
해상 풍력 발전 터빈 설치에 필요한 건설 기술은 일반적인 생각보다 무척 발달되어 있다. 특히, 한국은 픙력 터빈 제작, 운반, 설치, 해저 케이블 설치, 기존 전력망 연결 기술을 모두 가지고 있는…세상에서 둘째가라면 무척 서러워 할 나라이다.
<참고문헌 References>
- Energy consumption in South Korea, Worlddata.info https://www.worlddata.info/asia/south-korea/energy-consumption.php
- South Korea: Energy Country Profile - Our World in Data. https://ourworldindata.org/energy/country/south-korea.
- Electricity market in South Korea - Statistics & Facts. https://www.statista.com/topics/10546/electricity-market-in-south-korea/
- Electric power consumption (kWh per capita) - Korea, Rep.. https://data.worldbank.org/indicator/EG.USE.ELEC.KH.PC?locations=KR.
- South Korea: electricity consumption per capita | Statista. https://www.statista.com/statistics/1367351/south-korea-electricity-consumption-per-capita/
- 2023 Population and Housing Census (Register-based Census) | https://kostat.go.kr/board.es?mid=a20107020000&bid=11739&act=view&list_no=432396
- South Korea: number of households 2023 - Statista. https://www.statista.com/statistics/1232439/south-korea-number-of-households/
- [Graphic News] Proportion of single-person households jumped to 42% in 2023. https://www.koreaherald.com
- Colossal 20-MW wind turbine is the largest on the planet (for now). https://newatlas.com/energy/world-largest-offshore-wind-turbine-20-mw-mingyang/
- Milestone Achieved: World's Largest Offshore Wind Turbine Successfully .... https://finance.yahoo.com/news/milestone-achieved-worlds-largest-offshore-084400939.html.
- World’s Largest, Most Powerful Wind Turbine Stands Complete https://www.offshorewind.biz/2021/11/12/worlds-largest-most-powerful-wind-turbine-stands-complete
- International Renewable Energy Agency, "RENEWABLE POWER GENERATION COSTS IN 2022", https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2023/Aug/IRENA_Renewable_power_generation_costs_in_2022.pdf