풍력 발전은 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 그중 더 친숙한 유형은 육상 풍력 발전입니다. 고속도로를 달리다 보면 가끔씩 눈에 띄는, 우뚝 솟은 하얀 풍력 터빈들이 바로 이 범주에 속합니다.
덜 잘 알려진 유형은 해상 풍력으로, 풍력 터빈을 수역, 주로 바다에 설치하는 방식입니다. 이러한 유형의 풍력은 육상 풍력에 비해 두 가지 장점이 있습니다. 첫째, 바다 위에서는 육지보다 풍속이 더 빠르고 일정한 경향이 있어 터빈 한 대당 더 많은 에너지를 생산할 수 있으며, 전력 공급도 더 안정적입니다. 둘째, 해상 풍력 터빈은 주민들에게 미치는 영향이 적습니다. 즉, 육상 풍력 터빈에 비해 시각적 영향과 소음 문제가 덜 심각합니다.
이러한 장점에도 불구하고, 해상 풍력 발전에는 상당한 어려움이 따릅니다. 이 기술은 육상 풍력 발전보다 비용이 더 많이 들고, 터빈 설치를 위한 공급망이 더 복잡하며 덜 발달해 있을 뿐만 아니라, 극복해야 할 기술적 문제도 더 많습니다.
EPO/IRENA 2023년 보고서
2023년 말, 유럽특허청(EPO)과 국제재생에너지기구(IRENA)는 해상 풍력 산업의 동향을 분석하기 위해 공동 특허 동향 보고서를발간했다. 이 보고서는 시장 참여자들이 연구 개발 자원을 집중하고 있는 기술 분야에 대한 통찰을 제공한다.
2002년부터 2022년까지 해상 풍력과 관련된 특허 패밀리가 17,000건 공개되었다. 또한 이 기간 동안 해상 풍력과 관련된 특허 출원 건수는 연평균 18% 증가했다.
혁신을 통해 어려움을 극복하기
EPO/IRENA 보고서는 7가지의 서로 다른 기술 개념 그룹을 제시하고 있습니다. 여기서는 그중 두 가지를 살펴보며, 업계가 직면한 과제를 어떻게 극복해 나가고 있는지 알아보겠습니다.
고정식 및 부유식 기초
해상 풍력 발전 단지의 주된 형태는 해저에 고정된 고정식 터빈이다. 그러나 전 세계 해상 풍력 자원의 80%는 수심 60미터 이상의 해역에 위치해 있다. 이러한 수심에서 고정식 터빈을 사용하는 데는 상당한 기술적·경제적 어려움이 따른다.
풍력 터빈용 부유식 기초는 풍력 터빈을 고정하는 부유식 플랫폼을 활용하여 고정식 터빈이 직면한 문제들을 해결하고자 하는 기술입니다. 특허 출원 현황을 보면, 이러한 잠재적 해결책에 투입되는 자원이 증가하고 있음을 알 수 있습니다. 부유식 기초 관련 특허는 2002년 이후 10배 가까이 증가했으며, 2022년 해상 풍력 기초 관련 특허 출원 건수의 80%를 차지했습니다.
부유식 풍력 터빈의 도입은 고정식 기초 터빈이 적합하지 않은 시장을 개척할 수 있는 기회를 제공합니다. 특히 미국 서부 해안은 얕은 대륙붕이 거의 없어, 부유식 시스템을 활용하여 시장을 확대할 수 있는 대표적인 사례입니다. 지난 20년 동안 부유식 기초 기술 분야에서 출원된 특허 건수에서 미국이 세계 1위를 차지한 점을 고려할 때, 특허 출원 데이터도 이러한 추세를 반영하고 있는 것으로 보입니다.
에너지 저장
생성된 에너지를 저장할 수 있다면 에너지 공급을 보다 유연하게 할 수 있습니다. 풍력 발전은 에너지 생산량이 일정하지 않기 때문에, 생산량이 많은 시기에 발생하는 잉여 에너지를 저장할 수 있는 수단에 대한 업계의 수요가 있습니다.
해상 풍력 발전소와 연계된 에너지 저장 솔루션 관련 국제 특허 패밀리(IPF)의 수는 지난 4년 동안 4배로 증가했다. 이는 주로 수소 생산용 전기분해 장치 분야의 혁신에 힘입은 결과로, 2022년 에너지 저장 분야에서 출원된 IPF의 63%가 해상 현장용 전기분해 장치와 관련된 것이었다.
해상 수소는 각국이 석유 및 가스 에너지원에서 점차 벗어나면서 방치될 수 있는 기존 석유·가스 인프라를 재활용할 수 있다는 추가적인 이점을 가지고 있습니다. 가이드하우스(Guidehouse)와 에너시(Enersea)가 2023년에 실시한 연구에 따르면, 이러한 재사용 방안은 빠르면 2030년부터 북해에서 실현될 수 있을 것으로 나타났습니다. 이러한 재사용은 비용 효율적일 뿐만 아니라(비용을 최대 90%까지 절감할 수 있음), 새로운 파이프라인 설치로 인한 환경적 영향을 제거해 줍니다.
미래의 혁신
해상 풍력 기술은 기술 발전이 급속히 이루어지고 있는 산업으로, 시장 참여자들은 직면한 과제를 극복하기 위해 끊임없이 혁신을 거듭하고 있습니다. 해상 풍력이 기후 변화 대응에 중요한 역할을 하려면, 이러한 혁신과 이를 촉진하는 특허 보호가 분명 중요한 요소가 될 것입니다.
Barker Brettell에는 에너지 분야 전담 팀이 있습니다. 귀하의 발명을 보호할 수 있는 방안에 대해 상담을 원하시면, 본 글의 저자나 평소 거래하시는 Barker Brettell 특허 변리사에게 연락해 주시기 바랍니다.
“부유식 기초에 관한 특허는 2002년 이후 10배나 증가했으며, 2022년 해상 풍력 기초 분야에서 출원된 특허의 80%를 차지했다.”
