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중소기업 기술로드맵 조회결과

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소형풍력발전기
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

소형풍력발전기 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 국내 신재생에너지 설비 인증관련 범과 설비 인증기관인 한국에너지공단 인증 기준에 의해 회전자 면적 200m2 미만 정격용량 30kW미만을 소형풍력터빈으로 정의하며 용도상으로 독립전원용 또는 계통연계형으로 구분
  • 범위 : 소형풍력터빈의 핵심부품은 블레이드, 발전기, 전력변환장치 및 연계장치, 지지 타워로 구성
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
소형
풍력발전기
시스템
조합설계
블레이드, 발전기, 전력변환장치, 요제어장치, 강 구조물, 안전·제어장치, 모니터링시스템, 시스템 조합기술, 운전점 최적화 설계 기술
시스템 해석
S/W
블레이드 공력해석, 유동해석, 블레이드 및 강 구조물 구조해석, 시스템하중해석, 동기 발전기 전자기장해석, 열적해석 등
자원조사 및
성능 시험장치
풍속계, 풍향계, 데이터로거, 전력변환기, DAQ, 측정 시험기술 등
복합발전 EMS, BMS, ESS연계기술, 복합발전알고리즘, 전력안정화장치, 복합발전시스템 제어기술
전력변환 및
연계장치
계통연계형 인버터, 계통안전차단 장치, 독립형 인버터, 축전지 충전기, 고속스위칭 인버터/컨버터 등, 예비 부하 제어기술
시공 및
유지관리기술
소형 풍력터빈 토목시공 기술, 상태감시 기술, 성능 유지관리 기술, 안전관리 기술, 통합 관리기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
소형
풍력발전기
블레이드 금형설계기술, 엔지니어링플라스틱 사출기술, RTM성형기술, 적층 및 경량화기술, 공력설계기술, 구조설계기술, 구조시험기술
발전기 코어발전기, 코어리스발전기 슬롯리스발전기, 소재부품가공기술, 경량소재기술, 코어제작기술, 코깅저감기술, 전자기장해석기술
전력변환
및 연계장치
계통연계형 인버터, 축전지 충전기, 고속스위칭제어기술, 방열설계기술
MPPT기술 제어장치 피치제어기술, 요제어기술, 과풍속제어기술, Surge Protection 기술
기초 및 타워 타워설계기술, 공진저감기술, 기초설계기술, 시공기술, 타워경량화기술
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

2015년 말까지 전 세계적으로 누적설치대수가 최소한 990,966대가 설치되었으며 2014년도 944,848대에 비해 5% 성장률을 보이고 있어 2014년도 8% 2013년도 7% 에 비해 소폭 증가하였음

[ 소형풍력터빈 누적설치용량 및 설치대수 ]

* 자료 : “2017 Small Wind World Report", WWEA June 2017

설치대수로 보면 중국이 지속적으로 시장을 주도하고 있으며 2015년도에만 43,000개의 소형터빈이 설치되었고 전 세계의 누적설치대수의 74%를 차지하고 있고 2015년도에는 93%의 점유율을 차지하고 있음
미국은 2015년 1,695대가 신규 설치되어 총 누적설치대수가 160,995대로 중국에 이어 2위 시장을 형성하고 있음
영국은 2012년 11월 도입된 신규 FIT가격 하락정책의 영향으로 2013년 500대의 신규설치에 머물렀다가 2014년도에 2,237대 신규설치가 이루어지면서 시장이 다시 안정을 찾을 것으로 예상하였으나 2015년에는 277대 신규 설치되는데 그쳐 장이 급속하게 위축되고 있음
2015년 소형풍력터빈의 발전용량에 있어서는 2014년 840MW에서 2015년 948MW로 15%의 성장률을 보이고 있어 신규설치 되는 소형풍력터빈의 용량이 지속적으로 증가

설치용량측면에서는 중국이 44%, 미국이 25%, 영국이 15%의 점유율을 보이고 있어 중국은 소용량의 풍력터빈이 미국과 유럽은 보다 용량이 큰 풍력터빈시장이 형성되고 있음

[ 세계 소형풍력 총 누적 설치용량 및 설치대수 점유율 ]

세계 소형풍력 총 누적 설치용량 및 설치대수 점유율

* 자료 : “2017 Small Wind World Report", WWEA June 2017

[ 국가별 총 누적 설치용량 및 설치대수 ]

국가별 총 누적 설치용량 및 설치대수

* 자료 : “2017 Small Wind World Report", WWEA June 2017

독일, 캐나다, 일본, 아르헨티나 등은 중간규모의 시장을 형성하고 있으며 시장규모는 7,000~ 14,500대 수준임
소형풍력시장은 발전차액지원제도(Feed in Tariff)의 시행여부에 따라 시장형성이 크게 영향을 받고 있음

특히 일본은 20kW미만의 소형풍력터빈에 대해서 세계에서 가장 높은 kWh당 0.464유로의 발전차액지원 제도를 시행하고 있고 일본시장을 진출하기 위해 ClassNK 인증을 획득한 소형풍력터빈이 지속적으로 늘고 있는 상황

[ 2017년 세계 소형풍력터빈 발전차액 기준금액 ]

2017년 세계 소형풍력터빈 발전차액 기준금액

* 자료 : “2017 Small Wind World Report", WWEA June 2017

세계적으로 평균 소형풍력발전용량의 증가세가 지속되고 있는데 2010년에 평균용량은 0.66kW, 2011년 0.77kW, 2012년 0.84kW, 2013년 0.85kW, 2014년 0.87kW였으며 2015년에는 0.96kW에 이르고 있음
국가별 평균발전용량은 중국이 0.56kW, 미국은 1.4kW, 영국은 5.1kW, 이탈리아는 37.1kW임

장기적으로 2016년부터 2020년까지 소형풍력시장은 최소 12% 성장이 기대되며 매년 약 270MW의 소형풍력터빈이 신규설치 될 것으로 예상되어 누적설치용량이 2020년에는 1.9GW에 도달할 것으로 전망되고 있음

[ 2009-2020 세계 소형풍력시장 예측 ]

2009-2020 세계 소형풍력시장 예측

* 자료 : “2017 Small Wind World Report", WWEA June 2017

[ 소형풍력발전기 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억달러, %)

대기오염 방지설비 세계 시장 규모 및 전망
구분주요품목‘15‘16‘17‘18‘19‘20CAGR('13~'15)
세계시장 블레이드 1,740 1,950 2,340 2,714 3,148 3,652 16
발전기 1,160 1,300 1,560 1,797 2,070 2,385 15.2
구동제어계 870 975 1,170 1,357 1,574 1,826 16
지지구조타워 2,030 2,275 2,730 3,167 3,674 4,262 16
중형 풍력 발전
시스템
17,800 20,500 23,600 27,140 31,211 35,893 15
소형 풍력발전기 310 350 400 460 529 607 14.9
합계
(상기6개품목)
23,910 27,350 31,800 36,635 42,204 48,618 15.2
풍력시장 규모 60,000 69,000 79,000 91,000 104,832 120,766 15.2

* 자료: 2015 Small Wind World Report(WWEA, 2015) / 환율:1,100원/USD BTM Consult ApS(세계시장규모)을 바탕으로 전망 추정. 세계 풍력발전 시장규모에 대해 중소형풍력발전 분야가 40% 점유하며, 그중에서 75%가 중소형풍력발전시스템, 24%가 부품, 약1.0% 내외가 소형 풍력발전기가 점유하는 것으로 가정하여 추정

[ 대기관리 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 억 달러, %)

대기관리 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR('13~'15)
세계시장 350 400 460 529 607 697 14.9

* 자료: 2015 Small Wind World Report(WWEA, 2015) / 환율:1,100원/USD BTM Consult ApS(세계시장규모)을 바탕으로 전망 추정. 세계 풍력발전 시장규모에 대해 중소형풍력발전 분야가 40% 점유하며, 그중에서 75%가 중소형풍력발전시스템, 24%가 부품, 약1.0% 내외가 소형 풍력발전기가 점유하는 것으로 가정하여 추정

나. 국내시장
국내업체 및 제품 현황을 살펴보면 국내 소형풍력터빈 업체의 규모는 10여개의 제작사와 20여개의 부품 업체가 생산 활동을 지속하고 있는 상황
국내 소형풍력시장은 한국에너지공단의 신재생에너지 보급사업과 관공서를 중심으로 한 단발성 프로젝트에 국한되며 민간사업은 전무한 실정이고 시장규모는 20억 원 이내임
한국에너지공단의 신재생에너지 보급사업 중 융·복합 지원 사업이 2013년 이후 지속적으로 추진됨에 따라 지자체를 중심으로 소형풍력터빈이 꾸준히 설치되고 있으나 높은 제품단가와 설치사이트 부족으로 에너지원별 점유율이 크게 낮은 상황
국내 소형풍력터빈 제작업체는 불안정한 국내 시장규모로 인해 안정적인 연구개발에 치중할 수 있는 여건형성이 미진하여, 주로 단품 형태로 개발이 진행되고 있으며 개발 용량도 주로 10kW 이내임

국내 소형풍력시장의 성장을 위해서는 정부 보급 사업으로 제품설치 시 보조금을 지원하는 방식을 탈피하여 민간시장이 활성화 될 수 있는 지원책이 요구되며 FIT(Feed In Tariff) 도입이나 REC(Renewable Energy Certificate)가중치 조정으로 민간발전사업 육성이 필요함

[ 소형풍력발전기 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억원, %)

소형풍력발전기 분야의 국내 시장규모 및 전망
구분주요품목‘15‘16‘17‘18‘19‘20CAGR('13~'15)
국내시장 블레이드 52 63 75 90 108 130 20.1
발전기 35 42 50 60 72 87 20.1
구동제어계 26 32 38 46 55 66 20.1
지지구조타워 61 74 88 106 127 153 20.1
중형 풍력
발전 시스템
520 600 720 865 1,039 1,248 20.1
소형
풍력발전기
9.4 12.2 16 21 27 36 30.7
합계
(상기6개품목)
703 823 987 1,188 1,429 1,719 20

* 자료: 신재생에너지 R&DD 전략 2030(분야별 비율 추정) 중소형풍력발전 분야가 40% 점유하며, 그중에서 75%가 중소형풍력발전시스템, 24%가 부품, 약1.0% 내외가 소형 풍력발전기가 점유하는 것으로 가정하여 추정

[ 소형풍력발전기 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

대기관리 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR('13~'15)
국내시장 12.2 16 21 27 36 47 30.7

* 자료 : 신재생에너지 R&DD 전략 2030(분야별 비율 추정) 중소형풍력발전 분야가 40% 점유하며, 그중에서 75%가 중소형풍력발전시스템, 24%가 부품, 약1.0% 내외가 소형 풍력발전기가 점유하는 것으로 가정하여 추정

4.기술분석
가. 기술환경 분석

한국에너지기술평가원에서는 소형풍력업체의 인력 및 인프라 부족으로 인한 기술개발의 어려움을 해소하고 제품의 경쟁력을 높이기 위해 2015년 전략과제로 소형풍력 최적 엔지니어링 과제 공모하여 강원대학교가 주관기관으로 선정되었음

  • 강원대학교는 소형풍력 최적엔지니어링 기술센터를 설립하고 한국표준과학연구원, 광운대학교, 충남대학교, 한국기계전기전자시험연구원 등이 참여하여 해당분야에 연구를 수행 중임
  • 강원대학교는 2018년도 참여기업으로 (주)제이에이치에너지, GU주식회사, 삼원테크(주) 등을 선정하여 3차 년도 과제를 수행 중에 있음
  • 최적엔지니어링 기술은 공력해석, 구조해석, 구조시험, 발전기 최적화, 실증시험을 망라하며 시스템 매칭 및 계통연계기술을 포함하고 있음
  • 연구과제의 최종목표는 소형풍력터빈 제조사 10개 기업을 대상으로 종합 엔지니어링 기술지원 하며, 한국에너지공단의 설비인증을 6건 이상 획득하도록 지원하는 것임

한국에너지공단 신재생에너지설비 KS인증사업

  • 한국에너지공단은 2003년도부터 신재생에너지 보급확대와 산업육성을 지원하기 위해 신재생에너지 설비 인증제도를 시행하였으며 다수의 인증획득을 위한 기업의 부담과 소비자의 혼란을 해소하기 위한 정부의 인증통합정책 방침에 따라 2015년 7월 29일부터 KS인증제도로 전환하여 시행하고 있음
  • 신재생에너지설비 KS인증제도는 국가 신재생에너지정책 목표 달성을 위한 보조금을 투입하거나 의무적으로 설치할 필요성이 있는 신재생에너지 인증대상 설비의 제조공장심사 및 제품심사를 실시하여 정부가 규정한 인증심사기준과 제품의 성능 품질기준을 모두 충족하는 경우 인증서를 발급하고 KS마크 표시를 허용하는 국가 인증제도임
  • KS인증설비의 주요혜택은 정부 신재생에너지설비 설치지원 및 의무화사업, 신재생에너지 공급 의무화 제도(RPS) 등에 최우선 적용되며 국가기관, 지방자치단체, 공공기관 및 공공단체 물품 구매 및 용역조달에 우선구매 유도하고, 국가를 당사자로 하는 계약에 대한 지명 및 지명 경쟁입찰 등 입찰계약 특례를 부여하고 있음
  • 소형풍력터빈분야의 인증기관은 한국에너지공단이며 성능시험기관은 한국에너지기술연구원과 강원대학교이고 한국에너지공단의 공장심사와 성능시험기관의 성능시험을 거쳐 인증서를 발급하고 있음
  • 신재생에너지 설비 인증업무 운영규정 제10조에 의해 신재생에너지 국내 제조업체 중 중소기업에게 성능검사비용의 일부(80%)를 지원함으로써 산업활성화 및 보급확대를 도모함
  • 현재 국내 소형풍력터빈 신재생에너지 인증제품은 7개사 13개의 제품이며 그중 11개 제품이 국산이고 2개 제품이 영국제품임
  • 설비용량은 62W부터 10kW이며 수평축, 수직축 등 다양한 형태의 소형풍력터빈이 인증 제품으로 등록되어 있음
  • 초기 소형풍력터빈 인증제품은 3kW이하의 제품에 한하여 정부보조금을 지원하는 정부의 그린홈백만호 사업의 영향으로 3kW제품이 많이 출시되었지만 최근 발전량 증대의 요구로 인해 풍력터빈용량이 증가하고 있는 추세임
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 소형풍력발전기 분야 핵심요소기술 선정 ]

소형풍력발전기 분야 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술키워드
소형풍력터빈
부품 및
시스템
설계기술
소형풍력
터빈 최적화 기술
소형풍력터빈 핵심요소부품간의 최적화를 통한 최대 성능 구현 기술
소형풍력
터빈 설계 기술
고효율 및 고신뢰성을 갖는 소형풍력터빈 핵심부품 및 시스템 설계 기술
고효율 저코깅토크
영구자석형
동기식발전기의 개발기술
소형풍력터빈의 초기기동을 높이기 위한 발전기코깅토크 저감기술과 고효율 영구자석형 동기식발전기 설계 및 개발기술
진동, 소음방지
및 저감기술
소형풍력터빈 출력시 발생하는 고유 진동수 회피기술과 소음 방지 및 저감 기술
소형풍력터빈
제어 및
전력변환기술
소형풍력터빈 ESS연계
배터리 충전 및
제어회로장치
풍력터빈의 출력과 제어기능이 탑재된 배터리 Charger와 DC입력을 받는 ESS 연계기술
로터 고속회전제어
기능 포함하는
전력변환장치개발
발전기 demanded torque의 제어를 통한 로터 회전속도 제어기능을 포함한 고효율 전력변환장치 기술
전력변환시스템 소형풍력발전기의 출력을 수용가에 요구에 따라 안정적으로 공급하기 위한 전력변환 기술
성능평가기술 소형풍력
터빈 성능평가기술
다양한 형태를 갖는 소형풍력터빈의 출력성능, 내구성, 안전설계, 안전기능 등에 대한 성능평가 기술