해상풍력 A to Z

※ 감수인 의견 이번에 처음 기고해 주시는 LePain 님입니다. 역시나 블로그에서 많은 이웃이 애독하고 있는 분입니다. 보고서 올려주셔서 정말 감사 드립니다.   용어 : 뭐든 처음 공부할 때는 용어부터... LCOE는 Levelized Cost of Energy의 약자로, 이는 에너지 프로젝트의 전체 수명 동안의 단위당 총 비용을 나타내는 경제학적인 용어입니다. LCOE는 특정 에너지 소스에서 전기를 생산하는 데 필요한 모든 비용을 고려하여, 이를 시간 동안 생산된 총 전력량으로 나누어 계산. CAPEX (Capital Expenditure, 자본지출): 이는 기업이 물리적 자산을 구매하거나 기존 자산을 업그레이드 또는 유지 보수하는 데 드는 비용을 나타냅니다. 예를 들어, 건물, 땅, 장비, 기계, 차량 및 기타 대형 또는 장기적인 투자가 이에 해당합니다.  OPEX (Operating Expenditure, 운영지출): 이는 일상적인 운영에 필요한 비용을 나타냅니다. 임금, 임대료, 유틸리티 비용, 원재료, 판매 및 마케팅 비용 등이 포함됩니다.   요약 2030년까지 해상풍력 시장의 규모는 2021년 대비 최소 5배 성장할 것으로 전망 50% 이상의 Growth는 유럽에서 담당할 예정 미국 또한 IRA 법안으로 급격하게 성장하는 시장이 형성될 것으로 전망  해상풍력 시장이 커질 수 밖에 없는 이유, 해상풍력에 맞춰 터빈의 대형화가 갖는 함의 그리고 투자포인트를 알아보려고 함  해상풍력 특징 환경 및 주민들의 반발이 없으므로 풍력 단지 조성에 대한 승인 허가가 쉬움 LCOE 관점에서 터빈을 최대한 크게 지어야 CAPEX와 OPEX를 동시에 줄일 수 있고, 먼 해상으로 갈수록 양질의 바람이 꾸준하게 잘 불어 효율이 좋음 투자비가 아직까지는 높음 해상 풍력이 해양 생물에 끼치는 영향이 아직 충분하게 조사되지 않음 최근 러시아로 인해 대두된 에너지난으로 유럽에서는 패스트트랙으로 풍력단지의 타당성 조사 및 조기 착공을 지원하는 법안이 제정되었음. 해상풍력 설치 순서  해상으로 나가 하부구조물(Foundation)을 설치하고 전력을 송전하기 위한 Cable을 해저에 깐 다음 Substation에서 지상의 Power Station으로 생산된 전기를 보낸뒤 그리드를 통해 공급 특징 : 변압기, 해저 케이블(전선)의 업황도 같이 좋아지는 그림 해상풍력 방향#1 : CAPEX와 OPEX를 모두 줄이려면 아래 조건을 만족해야 인허가가 상대적으로 빠르고 바람이 잘 부는 먼 해안 규모가 큰 Wind Farm 조성 (프로젝트의 대형화) 대형 터빈으로 설치되는 풍력타워의 n수 줄이기 해상풍력 방향#2 : CAPEX와 OPEX를 줄이려면(=LCOE를 낮추려면) 풍력 터빈의 크기가 커야 함 풍력 타워와 블레이드의 크기가 커야 함 WTIV(Wind turbine installation vessel) 선박(바다의 해상풍력 공장) 의 크기가 커야 함 해상풍력 방향 한줄 요약 : 멀리, 깊이, 크게 지는 방향임 해상풍력을 왜 지금 주목해야 하나 재생에너지 시장 자체가 커지는 것은 속도의 문제지 방향성은 이미 정해졌다고 생각 에너지 문제가 안보의 문제로 인식됨 천연가스 가격이 급락했음에도, 조선소의 백로그가 거의 27년까지 가득 차 감에도 LNG관련된 프로젝트는 계속 나오고 있고 이것은 이제 각국 입장에서 LNG는 경제가 아닌 안보의 논리로 본다고 해석 대만에서 해상풍력이 점점 커지는 이유도 TSMC때문 우크라이나 침공 이후, 에너지 보안에 의해 재생 에너지 자체가 가속화되고 있다고 판단 베트남, 필리핀, 일본, 유럽, 미국 등에서 풍력시장에 굉장히 강한 드라이브를 걸고 있음 코로나로 인한 투자 및 공급망 붕괴 15~21년 연평균 5GW 정도의 FID를 22년 0.8 GW에 그침 (10년내 최저) 메가와트급 큰 프로젝트가 22년에서 23-24년으로 많이 연기됨 환경문제와 사회적 문제로 인해 인허가가 길어졌고, 줄이기 위해 BESS와 REPOWEREU 법안이 만들어졌음 전세계적으로 최종 Net Zero 시나리오에서 토탈 602GW의 해상풍력 발전 계획을 가지고 있음 장기 계획을 통해 유추하면 2024년부터 본격 진행할 것으로 판단 위험 기본적으로 정부의 정책에 민감하게 영향을 받음 정부가 Drive를 강하게 거는 산업의 경우 투자자의 입장에서는 꾸준히 팔로업하여 기회를 포착해야 함      *앱을 설치하시면, 구독하시는 크리에이터에 대한 새글 알림을 받아보실 수 있습니다.  '오렌지보드' 로 검색하셔서 설치 부탁 드립니다. Orangeboard.CT가 작성한 글에 댓글로 피드백 주시면, 고객 본인이 원하는 기능이 적용될 수 있습니다. 참여 부탁 드립니다.

 

2030년까지 해상풍력 시장의 규모는 2021년 대비 최소 5배 성장할 것으로 전망하고 있습니다.

그리고 증가되는 Capacity의 50% 이상의 Growth는 유럽에서 담당할 예정이고, 미국 또한 IRA 법안으로 급격하게 성장하는 시장이 형성될 것으로 전망됩니다.

이러한 Net Zero의 정책 방향을 보면 2050년 완전한 Net Zero, 그리고 2030년이 1차 중간 점검 정도의 마일스톤을 갖게끔 정책을 짜놨습니다.

그렇다면 앞으로 투자자의 입장에서 해상풍력 시장이 커질 수 밖에 없는 이유와 해상풍력에 맞춰 터빈의 대형화가 갖는 함의 그리고 그 안에서 투자포인트까지 알아보도록 하겠습니다.

 

[0] 해상풍력으로 가야하는 당위성

먼저 해상풍력의 장점과 단점에 대해 간단하게 요약해보겠습니다.

 

장점

1) 환경 및 주민들의 반발이 없으므로 풍력 단지 조성에 대한 승인 허가가 쉬움 (저주파, 전자파 등 문제)

2) LCOE 관점에서 터빈을 최대한 크게 지어야 CAPEX와 OPEX를 동시에 줄일 수 있고, 먼 해상으로 갈수록 양질의 바람이 꾸준하게 잘 불기 때문에 발전의 입장에서도 좋은 옵션임.

 

단점

1) 투자비가 아직까지는 높음.

2) 해상 풍력이 해양 생물에 끼치는 영향이 아직 충분하게 조사되지 않음.

 

최근 러시아로 인해 대두된 에너지난으로 유럽에서는 패스트트랙으로 풍력단지의 타당성 조사 및 조기 착공을 지원하는 법안이 제정되었음.

 

 

 출처; Neti 사업보고서

 

 

[1] 해상풍력 단지 조성

 

 

 출처; Neti IR

 

해상풍력의 경우 위 그림과 같이 구성이 됩니다. 해상으로 나가 Foundation을 설치하고 전력을 송전하기 위한 Cable을 해저에 깐 다음 Substation에서 지상의 Power Station으로 생산된 전기를 보낸뒤 그리드를 통해 공급이 됩니다.

따라서 신재생의 급격한 확장과 함께 변압기, 해저 케이블(전선)의 업황도 같이 좋아질 수 밖에 없는 그림입니다.

 

다음으로는 해상 풍력 단지의 각 구성 요소에 대해 살펴보겠습니다.

1. 하부구조물 (Foundation)

 

 

출처; Neti IR

수심에 따라 이렇게 나뉘고 Jacket 타입을 설치하기에도 깊은 바다 (65m 이상)에서는 부유식으로 설치합니다.

부유식은 둥둥 떠다니는 플랫폼을 케이블을 이용해서 해저 바닥에 고정시켜놓는 것이지만 아직 상용화가 되지 않았습니다.

 

가장 난이도가 쉬운 (근해바다) pile을 박을 곳이 고갈되어, 더 깊은 바다로 나가 monopile과 pin pile 형태의 하부구조가 증가하고 있습니다. 보통 해상풍력을 얉은 수심의 근해부터 설치해서 더 설치할 입지가 부족해지고 있습니다. 즉, 이미 얉은 바다의 좋은 입지는 해상풍력이 포화상태라고 볼 수 있습니다.

​

정리하자면 터빈의 크기와 수심은 비례해서 늘어납니다.

"수심이 깊어진다 -> 해안에서 멀리 떨어져 있다."

어민들과 이해 상충 이슈도 적고 깊은 바다라 투자비를 절감하기 위해 터빈과 프로젝트 규모를 대형화하는게 디벨로퍼 입장에서 유리하다.

​

따라서 터빈의 크기와 수심이 증가하면 설치되는 Foundation의 크기도 커져야 한다.

 

더 큰 터빈 + 더 깊은 수심은 하중을 더 많이 발생시키게 되고 -> 더 깊게 박거나 더 큰 지름의 모노파일이 필요하게 됩니다.

모노파일이 커지면 철강 가격 상승에 영향도 많이 받고 비싸지므로 경제성이 저하 됩니다. 또한 땅에 박는 과정에서 돌고래 폐사 등의 이슈가 있습니다.

그래서 대안으로 나온게 Jacket 형태입니다. 다만 모노파일과 재켓형태중 어느게 Major가 될지는 아직은 모르는 상태입니다.

 

2. 풍력 타워 & 블레이드

타워역시 해상풍력으로 가서 터빈이 대형화 됨에 따라 크기와 두께모두 두꺼워져야 됩니다.

그리고 해상 풍력용 타워를 위해서는 해상 풍력 타워 전용 공장이 있어야 됩니다. 육상용 하던 공장에서 해상용 타워를 만들 순 없습니다. 따라서 해상풍력의 성장을 본다면 해상풍력 타워 공장이 있는 곳에 투자를 해야 합니다. 

위와 같이 먼 바다로 나갈수록 터빈과 타워가 커지는 것을 알 수 있습니다. 터빈의 대형화가 이뤄질 수 밖에 없는 당위성과 함의에 대해서는 후술하도록 하겠습니다.

해상풍력용 타워와 로터(블레이드), 터빈등을 설치하려면 바다위에서 Foundation을 설치한 후 거기 위에 설치하게 되는데 여기 사용되는 선박이 WTIV라고 부릅니다.

 

출처; Neti

 

출처; Neti

위 사진과 같이 WTIV를 바다에 고정시킨 뒤, Crane을 이용해 설치하게 됩니다.

 

3. 터빈

결국 풍력 발전에서 터빈이 가장 중요하고 진입장벽도 높고 핵심입니다.

풍력 = 터빈이라고 봐도 무방합니다. 하부구조물과 타워가 커지는 이유도 바로 이 터빈이 커지기 때문입니다.

출처; Neti

 

 

 

그렇다면 터빈 대형과가 갖는 함의와 왜 디벨로퍼들은 터빈 대형화에 총력을 기울일까요?

바로 LCOE를 낮춰 수익성을 극대화하기 위함입니다.

 

풍력 단지를 조성할 때, 현재 트랜드는

1) 인허가가 상대적으로 빠르고 바람이 잘 부는 먼 해안

2) 규모가 큰 Wind Farm 조성 (프로젝트의 대형화)

3) 대형 터빈으로 설치되는 풍력타워의 n수 줄이기

 

풍력단지를 조성할 때, 4MW 터빈 400개를 설치하는 것보다 16MW 터빈 100개를 박는 것이 설치 단가가 더 쌉니다. 그리고 고장날 확률도 1/4로 줄어들게 됩니다. Cable 구성 및 Foundation 구성, 설치횟수가 감소함에 따라 Manhour 소모도 줄어들게 됩니다. 

결론적으로 CAPEX와 OPEX를 모두 줄이는 방향이며 발전의 효율와 용량은 늘어나게 됩니다.

그렇다면 이렇게 터빈의 대형화에 따라 늘어나는 것은 무엇이 있을까요?

1) 풍력 터빈의 크기

2) 풍력 타워와 블레이드의 크기

3) WTIV 선박의 크기

 

위의 3가지에 대해 간단하게 코멘트를 해보자면,

1번 터빈메이커의 경우 디벨로퍼에게 영향을 많이 받게 됩니다.

풍력 타워의 구조는 터빈사가 블레이드, 터빈, 너셀등을 내재화하고 하부구조물과 타워 같은 것들을 외주화를 합니다. 따라서 터빈 메이커의 경우 외주업체와 디벨로퍼 사이에서 C가 오르는만큼 P를 못올리며 가격전가에 실패하는 모습을 보여줍니다.

 

현재 IRA나 유럽의 REpowerEU 등과 같은 법안으로 보조를 해주고 있지만 고금리 환경, 인플레이션, 코로나로 인한 공급망 붕괴에 따라 디벨로퍼들이 받아주지 못하면 21,22년과 같이 전가를 못하고 적자를 기록할 수 있습니다.

 

 

출처; Neti

최근에서야 터빈 가격을 전가하고 있습니다. 이 또한 러-우 전쟁으로 천연가스 가격이 상승하면서 돈을 많이 땡긴 디벨로퍼들이 가격을 이제서야 받아주고 있다고 해석이 됩니다.

2번 타워의 경우 개인적으로 해상 풍력뿐 아니라 육상 풍력 포함 가장 안정적으로 포지셔닝이 된 BM을 보유하고 있다고 생각을 합니다. 블레이드의 경우 터빈사에서 보통 내재화를 하니 제외하도록 하겠습니다.

 

위 그림과 같이 터빈의 대형화로 감에 따라 풍력타워가 길고 두꺼워지는 것을 알 수 있고, 이러한 요소는 P가 올라가는 요소이기 때문에 P와 Q의 상승을 동시에 누릴 수 있는 쪽이 풍력타워라고 생각합니다.

 

 

터빈은 시간이 지나면서 계속 커지는 추세이며 그에 따라 Rotor의 크기도 같이 커지는 것을 알 수 있습니다.

해상 풍력의 터빈 설계수명이 25년 정도이기 때문에 해상풍력 단지도 25년의 수명을 갖습니다.

Major 터빈사 (SGRE, GE, Vestas 등)의 로드맵을 확인해봐도 터빈 대형화에 힘을 쏟고 있습니다.

디벨로퍼 입장에서 LCOE를 급격하게 낮출 수 있는 대형 터빈을 빨리 상용화하는 터빈사부터 선택을 할 것이기 때문입니다.

 

 

출처; Neti

 

따라서 해상풍력의 경우 2030년으로 갈수록 해상풍력은 점점 멀리, 깊이, 크게 짓는다고 생각하면 됩니다.

2020년 평균 터빈의 크기가 유럽에서 약 7MW였고, 15MW 이상의 모델들이 2020년대 말에 나올 것으로 예상하고 있습니다.

터빈 뿐 아니라 프로젝트 규모 또한 2010년 200MW에서 2030년 1.2GW급 프로젝트에 도달을 하게 되고, 해안 거리의 경우 2010년 25km에서 2030년 80km에 이를 것으로 예상하고 있습니다.

Foundation 설치 깊이의 경우도 2030년엔 50m에 이를것으로 예상하고 있습니다.

 

위 그림을 보면 2025년부터 본격 대용량 터빈의 수요가 증가함을 알 수 있습니다. 이는 대형 터빈의 상용화와도 맞물려있습니다.

 

 

그리고 해상풍력 리서치 기관인 H-BLIX 또한 비슷하게 예측하고 있습니다.

 

최종적으로 정리해보자면, 터빈 사이즈와 프로젝트 크기는 역사적으로 동행을 해왔고, 각 정부의 에너지 독립을 위한 풍력 설치 계획과 그것을 경제성있게 달성하고자 하는 디벨로퍼의 니즈가 맞물린 결과라고 할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

[2] 해상풍력을 왜 지금 주목해야 되는가?

먼저 재생에너지 시장 자체가 커지는 것에는 속도의 문제지 방향성은 이미 정해졌다고 생각합니다.

 

해상풍력 시장의 경우 각 조사기관마다 약간의 편차는 존재하지만 대체로 비슷하게 2030년까지 매년 급격히 성장하는 것으로 예측하고 있습니다.

천연가스 가격이 급락했음에도, 조선소의 백로그가 거의 27년까지 가득 차 감에도 LNG관련된 프로젝트는 계속 나오고 있고 이것은 이제 각국 입장에서 LNG는 경제가 아닌 안보의 논리로 본다고 해석이 됩니다.

러시아의 자원의 무기화 갑질을 당한 유럽은 신재생 관련 투자를 멈추지 않을 확률이 높습니다. 더구나 독일의 경우 원전의 가동조차 멈춰버렸습니다.

 

 

따라서 독일은 LNG와 석탄화력으로 에너지 전환의 브릿지로서 사용을 하고, 신재생 간헐성을 방지하기 위한 Back-up으로 사용을 하면서 신재생의 캐파를 늘리고 ESS 관련 설비에도 계속 투자를 할 것이라 생각합니다.

 

우리나라 기업들도 RE100의 압박을 계속 받고 있고, 세계 글로벌 기업도 RE100 달성을 발표하고 있습니다.

대만에서 해상풍력이 점점 커지는 이유도 TSMC때문입니다.

 

 

 

그 외 베트남, 필리핀, 일본, 유럽, 미국 등에서 풍력시장에 굉장히 강한 드라이브를 걸고 있습니다.

 

해상풍력의 시장의 경우 유럽과 미국이 리딩하는 산업이 될 것이며, 태양광 대비 풍력 Capa의 설치 Growth가 굉장히 크기 때문에 풍력시장, 특히 해상풍력시장을 주목해야 됩니다.

 

인플레 환경에서의 급격한 금리 인상으로 인한 자금 조달의 어려움, 프로젝트 비용 증가, 공급망 붕괴 등으로 힘든시기를 보냈습니다. 아래에 그 이유에 대해 잘 정리가 되어있으니 참고하시기 바랍니다.

 

특히 코로나로 인한 Capex및 공급망 붕괴는 15~21년 연평균 5GW 정도의 FID를 22년 0.8 GW에 그치게 했습니다. (10년내 최저)

그리고 메가와트급 큰 프로젝트가 22년에서 23-24년으로 많이 연기가 되었습니다.

COVID의 영향으로 FID가 24년으로 많이 이연되었고, 미국에서 Park Ciry Wind 프로젝트 역시 공급망 병목과 높은 원자재 가격으로 인해 일정이 조율되었습니다.

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환경문제와 사회적 문제로 인해 인허가가 계속 길어졌고, 이것을 짧게 하기 위해 BESS와 REPOWEREU 법안이 만들어졌습니다.

영국: 18개월~3년 -> 1년이내

프랑스: 2년이내

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단기적인 둔화와는 대조적으로, 위에서 논의한 가속화 정책에 힘입어 해상풍력에 대한 장기 전망이 높아졌고 22년에만 디벨로퍼와 70GW 이상의 부지 독점 계약이 체결 되었습니다.

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우크라이나 침공 이후 재생 가능한 에너지 보안에 의해 해상 풍력 뿐 아니라 재생 에너지 자체가 가속화가 걸리고 있다고 할 수 있습니다.

 

전세계적으로 최종 Net Zero 시나리오에서 토탈 602GW의 해상풍력 발전 계획을 가지고 있습니다.

 

4C Offshore를 참조한 해상풍력 설치 계획(위)와 H-BLIX에서 예상한 해상풍력 설치 계획(아래)를 보아도 24년부터 급격한 변화를 감지할 수 있습니다. 참고로 중국의 경우 폐쇄적인 시장이므로 따로 보아야 합니다.

 

[3] 리스크

풍력 산업의 성장의 경우 기본적으로 정부의 정책에 민감하게 영향을 받습니다. 미국에서 풍력을 지원하는 IRA법안 같은 경우에도 신재생 보조금에 Cap이 씌워질 수 있다는 뉴스가 나오고 있고, 급락한 천연가스로 인해 신재생 투자에 제동이 걸리고 있다는 소식도 들리고 있습니다.

하지만 해상풍력의 경우 미국보다는 유럽이 리딩하고 있고, 2030년 Growth의 50% 이상을 유럽이 담당하게 될 것입니다. 러시아의 에너지 횡포에 따라 에너지 독립을 위한 정부정책은 Slow해질지언정 방향은 정해졌다고 생각합니다.

따라서 이렇게 정부가 큰 축으로 Drive를 강하게 거는 산업의 경우 투자자의 입장에서는 꾸준히 팔로업하여 기회를 포착해야 할 것입니다.

 

 

 

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