희토류 및 풍력 발전: 탄소 중립 촉진 [SMM 희토류 포럼]

5월 29일, 에서 골드윈드 사이언스&테크놀로지 유한공사 R&D 센터 모터 기술 부서의 가오야저우 이사는 "희토류 & 풍력 발전: 탄소 중립 실현에 기여"라는 주제를 발표했습니다.

풍력 발전 산업 발전 동향

[풍력 발전 산업 동향] 글로벌 풍력 발전 산업은 중국으로 향하며, 탄소 중립 시대로 과감히 나아가고 있습니다

• 명확한 "이중 탄소" 목표를 가지고 풍력 발전 시장은 역사적 기회의 시기에 접어들었습니다. "14차 5개년 계획" 기간 동안의 누적 신규 설치는 2억 5천만~3억 kW에 달할 것이며, 이는 "13차 5개년 계획" 기간에 비해 80% 증가한 수치로, 연평균 설치량은 50~60GW입니다.

• 2030년까지 설치는 최소 8억 kW에, 2060년까지 최소 30억 kW에 이를 것으로 예상되어, 풍력 발전이 향후 40년 동안 빠르고 지속적으로 발전할 것임을 나타냅니다!

[풍력 발전 산업 동향] 중국, 풍력 및 태양광 설비가 화력 발전 능가

2025년 1분기, 중국의 풍력 및 태양광 발전 신규 설치 용량은 총 7천 433만 kW에 달했으며, 누적 설비는 14억 8천 200만 kW(풍력 5억 3천 600만 kW, 태양광 9억 4천 600만 kW 포함)에 도달하여, 처음으로 화력 발전 설비(14억 5천 100만 kW)를 초과했습니다. 앞으로 풍력 및 태양광 신규 설비가 지속적으로 빠르게 증가함에 따라, 풍력 및 태양광 설비가 화력 발전 설비를 초과하는 것이 일반적인 추세가 될 것입니다.

1분기 풍력과 태양광의 총 발전량은 5천 364억 kWh에 달해 사회 전체 전력 소비량의 22.5%를 차지했으며, 비화석 에너지 발전량 비중은 39.8%였습니다.

1분기 풍력과 태양광의 총 발전량은 전년 동기 대비 1천 110억 kWh 증가하여, 사회 전체 전력 소비 증가량(582억 kWh)을 크게 상회했습니다.

[풍력 발전 산업 동향] 사회 경제에서 중추적 역할 수행 중인 풍력

연간 생산액 약 6천억 위안, 고용 기반 약 250만 명.

완전한 산업 체인: 풍력 자원 평가, 풍력 단지 개발 및 건설, 장비 제조, 기술 서비스, 시험 및 인증, 투자 및 금융 서비스 등을 포함합니다.

관련 산업으로의 환류: 소재 기술, 시험·검사, 중량물 운송 등 분야의 발전과 획기적 진전을 견인한다.

[풍력 산업 동향] 중국, 세계 최대 풍력 발전 설비 제조 기지로 부상

중국은 풍력 발전기 부품 및 완제품 생산에서 전 세계 시장 점유율의 50%를 차지하며, 발전기, 허브, 프레임, 블레이드, 기어박스, 베어링 등 핵심 부품 및 주조·단조품은 전 세계 생산량의 70%를 점유하고 있다.

[풍력 산업 동향] 소재, 기술, 표준, 모델의 혁신이 일상화되고 있다

풍력 발전기의 가격이 지속적으로 하락함에 따라, 업계는 '바람'-'터빈'-'풍력 단지'-'계통'의 네 가지 영역에서 새로운 이론, 신소재, 신공정, 핵심 부품 및 아키텍처의 기술 혁신을 통해 새로운 기술 체계를 구축하고 있다.

"풍력 산업 동향" 풍력 발전기의 주요 추세: 대형 로터, 대용량화

• 주요 추세 - 대형 로터 및 대용량화: 중국의 풍력 에너지 자원 개발 및 활용 범위가 지속적으로 확대됨에 따라, 중국 동남부 지역의 저풍속 자원 개발이 중요한 추세로 부상했다. 풍력 발전기의 기술 발전 또한 이러한 수요에 점차 부합하여 대형 로터 및 대용량화 추세를 보이고 있다.

• 2024년, 세계 최장인 GW147m 블레이드가 단 한 번의 정적 테스트를 통과했다. 2022년부터 2024년까지 풍력 발전기의 단일 기종 용량은 16MW에서 26MW로 증가했으며, Goldwind의 16MW 발전기는 이미 대규모 해상 운전을 실현했다.

"풍력 산업 동향" 풍력 발전기의 주요 추세: 더 높은 타워

• 주요 추세 - 대형 로터 및 더 높은 타워: 중국의 풍력 에너지 자원 개발 및 활용 범위가 지속적으로 확대됨에 따라, 중국 동남부 지역의 저풍속 자원 개발이 중요한 추세로 부상했다. 풍력 발전기의 기술 발전 또한 이러한 수요에 점차 부합하여 대형 로터 및 더 높은 타워 추세를 보이고 있다. 타워 높이 측면에서, 2013년 Goldwind(골드윈드)가 강철-콘크리트 하이브리드 타워 구조 실험을 시작한 이래, 고연성 강철 타워 및 하이브리드 타워 기술은 타워 기초 높이를 지속적으로 높여왔다. 국내 타워 기준 높이는 2015년 120m(강철 연성 타워)에서 2024년 185m(강철-콘크리트 하이브리드 타워)로 증가했다.

“풍력 산업 동향” 노후 설비 개조 및 교체 시장의 광범위한 전망

• 사후 서비스 시장 규모 전망: 풍력 사후 서비스 시장은 향후 3년간 보증 만료 용량이 급증하며 황금기에 접어들 것으로 예상된다. 풍력 기술 업그레이드가 가속화되면서 노후 터빈의 개조 및 교체 수요가 커져 전망이 밝다. 2024년까지 누적 보증 만료 용량은 229GW에 달할 것으로 추산되며, 사후 서비스 전체 시장 규모는 약 310억 위안이다. 2024년 운영·유지보수 개방률 25%로 계산하면 실질 개방 시장 규모는 약 200억 위안이 될 전망이다.

• 정책 지원: 국가에너지국은 “풍력발전단지 개조·업그레이드·폐기 관리 방법”에 대한 의견 수렴 초안을 발표하여, 노후 풍력 터빈의 기술 개조 및 업그레이드에 명확하고 추적 가능한 정책 지원을 공식 제공했다. 단일 용량 1.5메가와트(MW) 미만 또는 15년 이상 운영된 풍력발전단지의 체계적 업그레이드 및 최적화를 장려한다.

도전과 수요

“도전과 수요” 풍력 터빈 입찰가 지속 하락과 희토류 가격 급등

• 풍력 터빈 시장 가격 동향: 2021년 이후 중국 육상 풍력 시장은 점차 저가 경쟁 단계에 진입했다. 2024년 11월 기준, 육상 풍력 터빈(타워 포함)의 최저 시장 가격은 1,355위안/kW(자료 출처: 펑망에너지)였다.

• 프라세오디뮴-네오디뮴 금속 산화물 가격 동향: 2021년부터 2022년까지 약 3배 가격 폭등으로 인해 직접구동 영구자석 풍력 기술에 막대한 비용 부담이 발생했고, 이는 중속 영구자석 풍력 및 고속 이중여자 유도발전기(DFIG) 풍력 기술 경로로의 빠른 전환을 촉진했다. 2024년 후퇴가 있었지만, 중속 산업 체인과 인도 리듬의 주기로 인해 직구동 기술 노선은 단기간에 역전되기 어렵다.

"도전과 요구" - 다양한 풍력 기술 노선의 적합 시나리오

• 기어박스가 없는 저속 모터: 영구자석 동기 발전기(PMSG)와 전기 여자 발전기(EEG), 정격 속도는 7.5rpm에서 15rpm 범위.

• 저전달비(40-80) 기어박스와 매칭된 PMSG, 정격 속도는 200rpm에서 600rpm 범위.

• 고전달비(100-150) 기어박스와 매칭된 모터: 이중여자 유도 발전기(DFIG), 농형 유도 발전기(SCIG) 및 PMSG, 정격 속도는 1700rpm에서 1800rpm 범위.

• DFIG는 현재 육상 풍력에서 가장 경제적인 기술 노선임; 중속 PMSG는 현재 해상 풍력에 가장 적합한 기술 노선임; 직구동 PMSG는 가장 신뢰할 수 있는 기술 노선임(지멘스 해상 유닛).

"도전과 요구" - 직구동 모터의 비즈니스 모델 혁신과 가치 잠재력

• 5.2MW 직구동 및 5.3MW 세미 직구동 모터의 잔존 가치를 비교하고, 직접 판매 및 스크랩 시장 처리 모델, 타워 해체 및 운송 비용을 고려할 때, 직구동 모터의 회수 가능 수익은 52만 위안인 반면, 세미 직구동 모터는 -44만 위안임. 구리와 희토류 재료가 잔존 가치의 가장 큰 부분을 차지하며 80%를 초과함.

• 희토류는 재생 불가능한 원소로, 상당한 시장 가치와 응용 전망을 가지고 있음. 가공된 Pr-Nd 합금 제품으로 폐기하면 대당 7만 위안 이상의 추가 이익이 발생함.

• 전문적인 풍력 터빈 모터 재활용 산업 체인 및 계약화된 모터 재활용 가치와 같은 혁신적인 비즈니스 모델은 업계 내에서 육성되고 유도되어야 함.

또한, Goldwind의 영구자석 모터에 대한 상세한 논의를 제공함.