진화하는 '풍력 발전'...GE, 빅데이터 기술 접목 GE launches Digital Wind Farm and its latest Turbine 2.3-116 in India: VIDEO
가장 빠른 성장 에너지원
기술력 강화로 효율 증대
GE, 디지털 정보 이용 효율 20% 증가
GE의 디지털 풍력발전
지난 5월 11일 미국 에너지정보국(EIA)이 발간한 '국제 에너지 전망 2016(International Energy Outlook 2016)'은 신재생에너지를 현재 세계에서 가장 빠르게 성장하고 있는 에너지원으로 지목하고 2012년부터 2040년까지 매년 평균 2.6% 증가할 것으로 예상했다.
사진설명 미국 로드아일랜드주 블록섬의 해상풍력발전단지에 GE의 풍력 터빈이 설치된 모습.
[사진 제공 = GE]
GE launches Digital Wind Farm and its latest Turbine 2.3-116 in India: VIDEO
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edited by kcontents 지금까지 신재생에너지는 주요 에너지원이 아닌 보완적 역할을 했다. 하지만 기술이 발전함에 따라 발전 단가가 감소하고 파리 유엔기후변화협약에서 온실가스 저감에 대한 압박이 지속되면서 신재생에너지는 주요 에너지원으로 부상하고 있다.
GE(제너럴일렉트릭)는 신재생에너지 중에서도 풍력을 새로운 전력원으로 주목하고 있다. 미국 에너지부는 앞으로 풍력 에너지 발전을 통해 미국 연간 전력 생산의 4배가 넘는 4000기가와트(GW) 정도의 전력을 생산할 것으로 전망했다.
미국 로드아일랜드주 블록섬에 해상 풍력발전단지를 건설하고 있는 기업인 딥워터 윈드의 제프리 그라이보스키 CEO는 "해상 풍력단지 덕분에 탄소 배출은 연간 약 4만t씩 줄어들 것"이라며 "이는 도로에서 자동차 15만대가 줄어드는 것과 같은 효과"라고 말하기도 했다. GE가 주로 활동하는 미국 터빈시장에는 지금까지 약 4만7000기의 지상 풍력터빈이 설치됐다. 알스톰 전력 및 전력망 사업 인수로 GE는 해상 풍력터빈 사업을 강화하는 한편 산업에서 가장 광범위하고 깊이 있는 재생에너지 포트폴리오를 소유하게 됐다. 앤더슨 소 젠슨 GE 해상풍력 부문 CEO는 "오늘날 해상풍력발전은 큰 잠재력을 지닌 작은 시장"이라며 "블록 아일랜드 프로젝트 등 GE는 에너지 역사를 새로 쓰고 있다"고 말했다. 매일경제 더비즈타임스팀은 GE가 디지털 기술을 통해 어떻게 풍력발전을 가장 효율적이면서 유망한 신재생에너지로 발전시켰는지에 대해 분석했다.
풍력 등 신재생에너지 발전 증가…기술력 강화로 효율 증대
실제 세계 곳곳에서 효율이 혁신적으로 향상된 신재생에너지 발전 단지가 설치되고 있다. 미국 대서양의 로드아일랜드주 블록섬(Block Island)은 대서양의 거친 바람으로 배들이 난파되고 해적들이 출몰하던 위험 지역이었다. 그러나 이제는 해상풍력단지 개발로 새로운 에너지 보고로 재탄생하고 있다.
미국에서 최초가 될 이 해상풍력발전단지는 세계 최대 규모의 해상풍력 전용 모델인 GE의 할리아드(Haliade) 풍력터빈 5대가 설치된다. 자유의 여신상 2배에 달하는 규모로 거대한 위용을 뽐낼 예정이다. 이 발전 단지는 2016년 말 완공되면 하루 평균 30메가와트(㎿)의 전력을 생산하게 된다. 약 1만7000가구에 전력을 공급할 수 있는 규모에 달한다. 블록섬은 미국 북동부의 해안 주거지 중 가장 전력 공급이 안정적인 지역이 될 것으로 기대된다.
또 이 풍력발전단지에 설치되는 풍력터빈은 GE의 최첨단 기술 6㎿급 영구자석식 발전기(permanent magnet generator)가 탑재돼 기존 해상풍력발전기에 비해 발전 효율이 15% 이상 향상된다. 이를 통해 블록섬 주민들은 전기료 부담을 40% 정도 줄이는 혜택을 누릴 수 있으며, 블록섬 전체는 현재 대부분의 전력 공급을 값비싼 디젤 연료에 의존하고 있는 연간 4만t에 달하는 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있다. 이는 15만대의 차량을 도로에서 줄이는 것과 같은 효과다.
독일, 프랑스, 덴마크 등 유럽 지역에서도 대규모 해상풍력발전단지 건설이 진행 중이다. GE는 독일의 메르쿠어(Merkur) 프로젝트에 66대의 할리아드 터빈을 공급할 예정이고 덴마크와 프랑스 여러 풍력단지에도 풍력 터빈을 공급할 계획이다. 또한 프랑스의 최대 에너지 기업이자 원자력 발전 기업인 EDF 또한 현재 신재생에너지 사업 확대를 통해 에너지원 다각화를 추진하고 있다.
사진설명 GE의 디지털 윈드 팜 개념도. [사진 제공 = GE]
빅데이터 기술 산업인터넷 활용한 '디지털 윈드 팜'
GE는 작년 5월 최초의 차세대 풍력 발전소 모델인 '디지털 윈드 팜' 개념을 도입했다. 빅데이터, 산업인터넷 등 디지털 소프트웨어 기술이 발전 산업에도 적용되는 것이다. 디지털 윈드 팜은 기존 풍력단지에서 한 걸음 더 나아가 센서와 클라우드, 빅데이터 분석 소프트웨어로 무장한 미래 발전의 로드맵을 보여준다. 디지털 윈드 팜은 발전소를 실제와 똑같이 가상에서 재현하는 '디지털 트윈'이라는 홀로그램 시뮬레이션 기술을 통해 설계 단계부터 설치 및 운영까지 시행착오를 최소화하고 최고의 효율을 낼 수 있도록 설계될 예정이다.
디지털 트윈이란 디지털 기술의 유연성을 활용해 발전단지의 풍향과 지형 등의 환경 데이터를 수집한 다음 이를 컴퓨터 프로그램에 입력해 쌍둥이처럼 동일한 조건을 갖추고 있는 가상의 풍력단지를 만들어내는 것이다. 이러한 가상 모델을 바탕으로 최대의 전력을 생산할 수 있는 이상적인 풍력 발전기 및 단지 설계가 가능하다. 특히 한국과 같이 지형이 복잡하고 돌풍 및 태풍이 빈번한 국가에서는 디지털 트윈을 통한 가상 발전소 설계가 운영 효율성 높이는 데 큰 도움이 될 것으로 예상된다.
디지털 풍력단지는 운영 단계에서 기계를 서로 연결해 자료를 수집하고 분석하는 '윈드 파워업(Wind PowerUp)'이라는 산업인터넷 솔루션을 활용해 실시간으로 발전소를 모니터링하고 출력을 극대화한다. 풍력발전기에 부착된 센서들이 온도나 풍향 등의 정보를 클라우드로 전송하면 발전소 운영자는 이 정보를 통해 발전단지 상황을 실시간으로 모니터링해 바람의 활용을 최적화할 수 있도록 풍력기 날개 각도를 조절하는 등 출력을 극대화한다. 발전소에 이 같은 디지털 기술이 적용되면 발전소 효율이 연간 최대 20% 향상될 것으로 예상된다. 실제로 지난해 GE의 디지털 윈드 팜을 적용한 미국 동부 풍력발전소는 연간 에너지 생산량이 16% 증가했다.
또한 기상 예측 및 사이버 보안 기술이 적용된 운영 시스템을 최근 출시했다. 이 소프트웨어를 적용해 각 단지의 수익성이 1~3% 증가할 것으로 기대하고 있다. 발전소와 같은 대규모 시설에서는 1%만 효율이 좋아져도 수익이 크게 늘어난다. 앤 맥엔티 GE풍력발전 사장은 "디지털 윈드 팜은 업계의 미래를 바꿔 놓고 있다"며 "새로운 소프트웨어를 통해 생산성을 향상시키고 자산(발전시설)의 전 생애 주기에 걸친 이윤 증대를 위해서 고객과 긴밀하게 협력하고 있다"고 말했다.
GE, 알스톰 인수 통해 발전 기술력 강화 및 사업 기반 확대
GE는 2015년 알스톰 전력 및 그리드 사업 부문을 인수해 세계 최고 수준의 종합 발전 역량을 확보했다.
이는 GE 역사상 최대 규모의 인수·합병으로 전 세계 에너지 업계의 이목을 끌었다. 이번 인수로 GE의 발전설비 출력은 50% 증가했고, 현재 총 1500GW의 전력을 생산한다. 이는 미국 전체에서 발생하는 전기 수요를 상회하는 발전 규모다. GE 관계자는 "알스톰 인수를 통해 GE는 발전소의 종합 설계 능력을 전반적으로 향상시키고 180개국 이상의 국가 고객들에 보다 통합적인 솔루션을 제공할 수 있게 됐다"고 전했다.
[김미연 기자] 매일경제
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