(특집2) 포스코, 친환경 에너지 시대, 고성능·다기능 포스코 강재로 혁신 이끈다
(특집2) 포스코, 친환경 에너지 시대, 고성능·다기능 포스코 강재로 혁신 이끈다
  • 박재철 기자
  • 승인 2021.02.22 10:10
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글로벌 풍력 시장 확대에 친환경 솔루션 전략적 제공 

포스코 포스맥, 친환경에너지인 태양광 시장에서 각광

■ 포스코, 글로벌 풍력 시장 확대에 친환경 솔루션 전략적 제공 

포스코는 전 세계에서 각광받는 친환경 산업 중 하나인 풍력 산업의 활성화를 위해 발 벗고 나서고 있다. 최근 정부에서도 그린뉴딜의 첫 행보로 해상풍력을 택한 것과 일맥상통하는 부분이다.

Global Wind Energy Council 보고서에 따르면 글로벌 풍력 시장은 지난 2013년 이후 연평균 24%씩 크게 성장했다. 지난 2020년 새롭게 설치된 용량만 해도 76GW이며 2030년에는 신규 설치량이 92GW로 늘어날 전망이다. 2030년에는 해상풍력 비중이 35%로 크게 늘어날 것으로 전망되는데 바다는 육지보다 바람도 일정하면서 세기도 센 편이고, 일조권과 소음 문제도 해결할 수 있어 해상풍력의 인기가 높아지고 있다.

풍력발전기는 바람이 강하게 부는 곳에 주로 설치하는데 역으로 그 바람 때문에 구조물의 안전성이 필수다. 풍력발전기는 거대한 구조물인데다 가혹한 자연환경에 항상 노출돼 있고 구조물 꼭대기에 설치된 터빈은 아주 긴 시간 반복적으로 회전해야 하기 때문에 파손되거나 결함이 생길 위험이 있다. 이에 포스코는 풍력발전기를 위한 다양한 강재를 개발했다.

먼저 포스코는 터빈 속 모터의 전력 손실을 줄여 에너지 효율을 높이는 △무방향성 전기강판, 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 △풍력용강을 공급하고 있다.

일반적으로 풍력발전기는 20~25년의 수명을 갖도록 설계한다. 수명 기간 동안 반복적이고 다양한 방향과 크기의 바람, 파도에 노출된다. 이 때문에 스틸의 항복강도(Yield Strength)와 피로강도(Fatigue Strength)가 중요하다.

우선 항복강도는 소재가 외부의 힘을 받아도 변형을 일으키지 않고 견디는 힘을 말한다. 예를 들어 항복강도 335MPa이라 하면 소재에 355MPa의 응력이 발생해도 이 소재는 구부러지거나 변형이 생기지 않는다. 그런데 약한 응력이 반복적으로 가해 소재를 변형시킬 수 있는데 그걸 버티는 것이 피로강도라고 말한다. 피로강도가 90MPa라 하면 응력 변화량(최댓값-최솟값 차이) 90MPa를 2백만번 견딜 수 있다.

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

풍력발전기 하부구조용에는 주로 항복강도 355MPa, 피로강도 90MPa의 후판이 사용되고 있다. 이런 후판을 ‘풍력용강’이라고 한다.

풍력발전기에서도 가장 많은 하중을 받는 하부구조물에는 앞에서 언급했던 강도를 지닌 두께 70~100mm의 풍력용강을 사용한다. 바닷물을 견디기 위한 내식성도 갖춰야 하고 두께도 두껍다 보니 생산하기도 힘들지만 고객사 입장에서는 원가부담이 큰 걸림돌인 것. 이를 해결하기 위해 포스코는 고객이 원하는 품질을 보장하면서 원가경쟁력을 높이는 최적의 설계를 만들 수 있도록 솔루션을 진행했다. 바로 풍력발전시장의 트렌드인 ‘대형화’에 나선 것이다.

풍력발전기의 대형화는 터빈의 크기부터 타워를 더 높이 올려 우수한 풍질을 얻고 발전 효율을 증대시키기 위함이다. 최근 높이 190m 이상에 발전용량 8MW를 갖춘 발전기들이 바다에 세워지고 있다. 타워는 직경 5m에서 6m 이상으로 커지고 하부구조물 역시 직경이 주로 7m에서 8m 이상으로 대형화의 추세로 이어지고 있다.

이어 하부구조물의 경우 글로벌 에너지 기업들이 가장 인기 있는 방식으로 고정식인 모노파일(Monopile)을 택하고 있다. 모노파일은 경제성이 좋아 에너지기업들이 많이 채택하고 있다. 모노파일의 하부구조물은 바닷물 속에서 반복되는 진동, 부유체와의 충돌, 거친 파도 등과 같은 극한의 환경에서 타워를 지켜주는 버팀목 역할을 한다.

모노파일 형식으로 지어진 대표적인 곳으로는 영국의 Hornsea 해상풍력발전 단지가 있다. Hornsea는 1, 2차 단지를 합쳐서 총 339대(1차 174, 2차 165)의 발전기가 총 2.6GW의 발전 용량을 갖춘 세계 최대의 해상풍력 단지다. 발전기 1대당 기존 5~6MW급인 터빈 능력을 1차에서는 7MW, 2차에서는 8MW까지 늘리면서 구조물이 대형화된 것이다. 그래서 모노파일도 직경이 8m에 이르는데 이렇게 Hornsea 단지가 발전기 규모를 획기적으로 대형화할 수 있었던 데는 포스코의 솔루션이 주요했다.

이 발전 단지를 운영하는 글로벌 에너지기업 오스테드(Ørsted)는 단지의 운영효율을 높이기 위해 터빈 대형화를 추진했다. 여기에 포스코는 구조적 성능이 강하고 소재의 강도를 그보다 살짝 낮춰도 필요 하중을 충분히 버틸 수 있는 강재를 개발한 것이다.

신규 강재를 양산하는데 최소 6개월 이상이 소요되는 상황에서 포스코는 355MPa급 풍력용강과 275MPa 풍력용강을 동시에 생산했다. 슬라브까지는 기존에 생산했던 방식인 355MPa급으로 똑같이 만들고 압연 조건만 다르게 설정해 항복강도 S275MPa급의 퐁력용강을 만들어 고객사에 공급한 것.

이밖에 오스테드는 하부구조물을 제작할 때 용접 공수를 줄이기 위해서 사이즈가 아주 큰 ‘대단중강(大單重鋼, 1장당 무게가 24톤 이상인 후판)’도 필요로 했다. 이를 위해 포스코는 일반 후판을 적용하면서도 대단중강 모노파일과 동등한 강도를 가지는 설계안으로 오스테드에 역제안해 원가절감을 이뤄냈다. 아울러 하부 구조물뿐만 아니라 타워에 들어간 강재 역시 최적으로 이용될 수 있도록 포스코와 고객사는 몇 개월에 걸쳐 구조해석과 Mock-up 테스트를 함께 실시하고 용접 기술을 정립했다.

이렇게 포스코의 솔루션을 직접 경험한 오스테드는 2차 프로젝트에도 포스코에 강재 공급을 맡겼다. 이에 1,2차 통틀어 약 17만톤의 포스코 스틸이 Hornsea의 풍력발전기 제작에 사용됐다. 포스코 스틸이 들어간 Hornsea1 프로젝트를 기준으로 풍력발전기 1대는 연간 24.5GWh의 청정 전력을 공급한다. 이는 우리가 현재 사용하고 있는 화석연료를 포함해 발전하는 전기보다 11,400톤의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있다. 풍력발전기의 수명이 20년이라는 것을 감안했을 때 약 490GWh의 전기를 생산하고 이산화탄소를 약 23만톤 저감시킬 수 있는 것이다. 이는 매년 346그루의 소나무가 흡수하는 탄소를 줄이는 효과를 나타낸다.

포스코 관계자는 “풍력발전기 대형화라는 트렌드에 맞춰 대단중강 공급을 위한 설비 투자나 다양한 저감 솔루션을 고민하고 있다”며 “글로벌 풍력 시장이 빠르게 확대되는 만큼 친환경 솔루션을 전략적으로 제공할 계획”이라고 말했다.

이어 아시아 시장에서도 포스코는 해상풍력 시장을 공략 중이다. 대만의 경우 2025년까지 230억 달러를 투자해 무려 20여 개에 달하는 해상풍력 프로젝트를 진행한다. 포스코는 지난 2019년 초부터 대만의 주요 제작사들을 방문해 그들이 겪고 있는 기술적 문제점을 찾아냈다.

포스코의 안정적인 강재 품질과 공급 능력 외에도, 각 제작사들의 가려운 부분을 긁어주는 노하우를 패키지로 제공하는 솔루션 마케팅을 펼친 것. 실제 조관시 시행착오를 최소화하기 위한 조관시뮬레이션, 항복강도 460MPa 이상의 고강도강에 대한 용접 조건 등 고객마다 필요한 솔루션을 제공하고, 즉각 해결이 어려운 문제는 TFT를 구성해 공동으로 솔루션을 도출해냈다.

포스코 관계자는 “대만뿐 아니라 수년 내 큰 성장이 예상되는 미국, 베트남 등의 시장에서도 메인 공급사 자리를 꿰차기 위해 선제적인 마케팅 활동을 전개할 것”이라고 전했다.

■ 포스코 포스맥, 친환경에너지인 태양광 시장에서 각광

포스코가 부식에 강한 포스맥(PosMAC, POSCO Magnesium Alloy Coating Product)을 활용해 친환경에너지인 태양광 시장을 공략하고 있다.

한국수출입은행에서 발표한 최근 자료에 따르면 올해 세계 태양광 시장은 코로나19로 인해 역성장을 보일 것이란 예상과 달리 중국과 미국의 양호한 수요 증가로 140GW를 넘어설 전망이다.

국내 태양광 산업의 경우 정부가 지난해 7월 한국판 뉴딜 보고대회에서 태양광산업은 그 어느 때보다 높은 관심을 받았다. 녹색도시 전환, 제로에너지빌딩, 신재생에너지 보급 확대, 스마트 그린산단 등 모든 그린뉴딜 계획에서 태양광 산업이 활약을 예고했기 때문이다. BIPV와 수상태양광, 지붕형태양광 등 육상태양광에 비해 다소 주목도가 떨어졌던 태양광 산업이 폭발적인 성장세를 이어가고 있다.

수상 태양광도 잠재력이 풍부한 시장으로 인식된다. 세계은행은 2018년 9월 기준으로 세계 수상 태양광 누적 설치용량이 1.1GW규모라고 밝혔다. 수상 태양광 설치가 가능한 인공저수지 면적은 40만 이상으로 해당 저수지 수면의 1%만 활용해도 400GW 규모 발전이 가능할 것으로 예상했다.

수상 태양광=사진제공 포스코
수상 태양광=사진제공 포스코

포스맥은 포스코의 대표적인 월드프리미엄 제품(WTP)으로 아연, 알루미늄, 마그네슘을 함유한 초고내식 합금도금강판이다. 기존 용융아연도금 강판에 비해 부식 내성이 5배 이상 강해 일명 ‘부식에 강한 철’로 불리고 있다. 우수한 내식성 덕분에 옥외 시설물에 주로 사용되며 최근에는 태양광 시장에서 주목받고 있다.

태양광 구조물의 경우 한번 설치하면 오랜 시간 외부 환경에 노출되기 때문에 부식에 강한 소재가 필수이기 때문이다. 특히 우리나라처럼 여유 부지가 적은 지역에서 새로운 대안으로 떠오르는 수상 태양광은 입지 조건 특성상 포스맥과 같은 극한의 고내식 특성을 갖춘 소재가 아니면 건설 자체가 불가하다.

포스맥은 기존 용융아연도금 강판보다 내식이 강해 그만큼 염소, 강알카리성, 고온다습 등 가혹한 부식 환경에서 긴 제품의 사용 수명을 가질 수 있어 부식에 의한 재시공을 최소화할 수 있다. 이렇게 되면 재시공을 위한 추가 철강 제품 생산에 투입되는 연∙원료와 에너지, 공정상 발생되는 온실가스와 오염물질 배출 등이 상대적으로 줄어들기 때문에 친환경적인 경쟁력을 가질 수 있게 된다.

포스코 관계자는 “재시공에 투입되는 철강제품의 생산에 들어갈 연료·원료와, 공정에서 발생하는 온실가스·오염물질 배출이 줄어 친환경적 경쟁력을 가질 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 포스코의 포스맥은 국내 철강제품 최초로 미국의 UL(Underwriters’ Laboratories) Environment로부터 ‘환경성적표지(EPD)’ 인증을 지난 2018년에 획득한 바 있다. 환경성적표지 인증제도는 원재료의 채취, 공급, 제품의 생산부터 사용, 폐기 등 제품 생산 전 과정을 독립된 인증기관이 투명하게 측정해 제품이나 서비스가 환경에 미치는 영향을 수치화해 표시하는 제도다. 인증기준이 ISO 국제표준으로 제정돼 있기 때문에 글로벌 시장 진출에 필요하다.


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