신재생에너지 - Part 2. 수상태양광발전과 해양에너지

지구를 지키는 맑은 힘, 신재생에너지

                                                                                                 Clean Energy

지구온난화로 이상기후와 생태계 변화가 심각해지면서 미래를 준비하고자 하는 세계 각국의 움직임이 활발하다. 지속 가능한 에너지로서 신재생에너지가 부상하며 미래의 성장 동력 사업으로 발전하고 있다. 우리나라 역시 K-water를 필두로 신재생에너지 개발에 적극 나서고 있다. 특히 물을 이용한 신재생에너지는 삼면이 바다로 둘러싸이고 강수량이 풍부한 한반도에 더욱 적합한 기술로 알려져 있다. 세계에서 각광받는 신재생에너지는 무엇인지 살펴보고 세계의 트렌드와 국내 현황에 대해 소개한다.

글 이주영 / 사진 K-water, 홍상돈, 이베르도라

Part 2. 

수상태양광발전과 해양에너지

K-water는 지난해 합천댐에 수상태양광 발전을 성공적으로 설치해 수상태양광 분야의 선두주자로 나섰다는 평가를 받았다.

 태양광발전 문제 보완한 수상태양광발전

태양광 에너지는 발전기의 도움 없이 태양전지를 이용해 태양빛을 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 방식이다. 태양이 있는 한 햇빛은 계속 쏟아지기 때문에 무제한으로 공급받을 수 있어 신재생에너지에서도 큰 관심을 받는 분야다. 무한정, 무공해의 태양에너지를 이용하므로 연료비가 필요 없고 대기오염이나 폐기물 발생이 없다. 기계적인 진동과 소음도 없고 태양전지의 수명이 최소 20년 이상인 데다 자동화도 용이해서 운전 및 유지 관리에 따른 비용을 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 태양전지는 가격이 비싸 태양광발전 시스템 건설에는 초기 투자가 많이 요구되어 발전 단가가 높다. 또한 전력 생산량이 지역별 일사량에 따라 달라지고 설치 면적이 넓어야 해 설치 장소가 한정적이고 시스템 비용이 고가라는 단점이 있다. 이런 문제를 극복하기 위해 등장한 것이 바로 수상태양광발전이다. 수상태양광발전은 산지나 건물 옥상이 아닌 유휴 저수지 수면 위에 태양광발전 설비를 설치하는 차세대 발전 기술이다. 우리나라 저수지 수면의 단 5%만 활용해도 4,170MW 규모(여의도 8배 면적 대체, 연간 560만 명의 사용 전력 생산)의 태양광발전 시설이 가능하다. 수상태양광의 가장 큰 장점은 비어 있는 수면을 활용함으로써 산림 등 자연이나 농경지를 훼손하지 않는다는 것이다. 같은 설비용량으로 생산하는 전력이 육상태양광보다 10.2% 더 높을 정도로 발전 효율이 높다. 원리적으로 태양전지는 낮은 온도에서 더 높은 효율을 낼 수 있다. 육상에 비해 냉각 효과가 뛰어난 물의 장점과 더불어 수면에 반사된 태양광이 모듈에 다시 모이는 효과를 동시에 얻을 수 있다.

K-water, 수상태양광 실용화 세계 최초 성공

수상태양광에 대한 각국의 관심은 매우 높지만 기술 진척은 아직 초기 단계이다. 미국은 나파밸리 포도 농원 저수지 수면에 200kW를 설치한 사례가 있고, 에스파냐는 20kW급 실증을 실시하기도 했다. 이탈리아에서는 모듈 성능 저하와 부지 확보의 대안으로 회전식 수상태양광 발전을 시도한 바 있고, 호주와 일본에서도 호수와 저수지에 설치한 사례가 있다. 하지만 모두 상용화 단계에 접어들지 못한 반면 우리나라의 경우 지난해 합천댐에 수상태양광발전을 성공적으로 설치해 수상태양광 분야를 주도해나갈 발판을 마련했다.

K-water는 지난해 8월 세계 최초 수상 전용 태양광 모듈 개발에 성공해 LS산전과 공동으로 500kW급 발전 시스템을 합천댐에 설치해 시험 운행하고 있다. 이는 4인 가족 170가구가 1년 동안 사용할 수 있는 전기로, 국내는 물론 세계 최대 규모인 동시에 세계 최초로 사업성을 확보했다는 의미를 지닌다. 다른 나라에 비해 2년 정도 기술이 앞선 것으로 알려져 있으며, 최적 설계와 신공법으로 건설 비용을 30%가량 절감했다.

K-water는 이곳 외에도 7개소에 수상태양광을 설치해 운영 중에 있으며 앞으로 2022년까지 상수원 보호구역 등을 제외한 12개 댐에 단계적으로 1,216MW 규모의 수상태양광 개발을 추진할 계획이다. 이는 150만 명이 1년 동안 사용할 수 있는 전력 시설로 매년 106만 톤의 이산화탄소 감축 효과와 267만 배럴의 원유 수입 대체효과가 있다.

세계 풍력에너지 시장은 연 20~30%의 성장률을 보이고 있다. 덴마크의 해상풍력 발전설비.

 무궁무진한 자원의 보고에서 건지는 해양 에너지

바다는 지구 표면적의 71%를 차지한다. 이는 바다를 에너지원으로 활용한다면 무한한 발전을 볼 수 있을 것으로 기대하는 이유다. 해양 에너지 활용 방식은 크게 조류발전, 조력발전, 파력발전, 해양온도차발전 등을 꼽을 수 있다. 조류발전의 시간당 발전 비율은 원자력발전보다 싸고, 화력발전보다 절반 이상 저렴한 것으로 알려져 있다. 물살을 일으키기 위해 따로 댐을 건설할 필요가 없고 선박이나 어류의 이동을 방해하지 않는다. 경제적인 반면 빠른 급류가 형성되는 곳에 조성해야 하기 때문에 지역이 제한된다는 단점이 있다. 2009년 설치된 울돌목 시험 조류발전소는 영국에 이어 세계에서 두 번째로 건설된 조류발전소다. 울돌목발전소는 1,000kW의 시설 용량을 갖췄으며 진도군 인근에 전기를 공급하고 있다.

이 밖에도 해양온도차발전을 꼽을 수 있다. 해양온도차발전은 수심에 따른 바닷물의 온도 차를 이용한 발전 방식이다. 해수면 온도는 20°C를 넘지만 수심 500~1,000m 정도 깊이에서는 4°C의 항온 상태가 유지된다. 온도 차로부터 프레온 같은 냉매를 이용해 발전하는 기술을 해양온도차발전이라 한다. 미국, 일본 등에서 소규모 해상 실험을 실시하며 연구를 진행해왔다. 우리나라는 동해 해수의 90%를 차지하는 저온(연중 2°C 이하)의 해양 심층수, 고온(20~35°C)의 발전 온배수(일 6,000만 톤)가 풍부해 온도 차 에너지 이용 잠재력이 풍부하다고 알려져 있다.

미래 에너지 시장을 준비하는 다양한 에너지원 확보 필수

해양 에너지의 온도 차 발전과는 다르지만 물의 온도 차를 이용한 또 다른 신재생에너지로 수온 차 냉난방이 있다. 하천수 또는 댐 저장 수의 온도 차를 이용한 냉난방법이다. 여름철에는 낮고 겨울철에는 높은 수온 차를 이용해 냉방과 난방을 하여 기존 공기를 이용한 전기열원 방식보다 에너지를 20~40% 절감하는 효과가 있다. K-water는 주암댐, 대청댐 및 청주정수장에 수온 차를 활용한 냉난방 시스템을 운영하고 있으며 수도권에서는 성남정수장에서 운영 중이다. 지난해에는 롯데월드와 수온 차 냉난방 개발을 위한 MOU를 체결하기도 했다. K-water는 앞으로도 에너지 절감 효과를 면밀하게 분석한 후 수온 차 냉난방 시스템을 확대 보급할 계획이다. 

아울러 K-water는 CDM 사업에도 적극 나서고 있다. CDM 사업은 선진국(의무 감축국)이 개발도상국의 온실가스 감축 사업(대기오염, 에너지산업 등)에 투자해 탄소배출권을 획득하고 개발도상국의 지속 가능한 발전에 기여하는 기후변화 대응 사업이다. 탄소배출권이란 지구온난화의 원인이 되는 이산화탄소 같은 온실가스 배출을 줄이기 위해 나라별로 정한 온실가스 배출 권한을 말한다. 지난해 K-water의 연간 발전량은 282,289MWh였고, CO2 감축량은 189,347톤이었다.

이처럼 K-water는 지난 2002년 녹색경영을 선포한 이래 환경친화적인 경영을 꾸준히 추진하고 있다. 이수부터 치수까지 물을 다루는 K-water의 더 큰 활약이 기대되는 대목이 바로 신재생에너지다.

출처 : K-water 뉴스레터 2월호