탄소중립 실행 파도로 전기 생산 파력발전소 본격 가동

파도로 전기 생산하는 파력발전소 본격가동

제 4의 신재생에너지 파력 제주 앞바다 순항

탄소중립 실행하는 파력발전 개발 30년의 쾌거

제주도는 시급히 해결해야 할 현안과제로 1순위가 환경문제이다.

환경문제와 더불어 에너지의 자급화이다. 5년 전에는 LNG시설이 해안에 상륙했다. 환경측면에서는 1.5배 이상 폭발적으로 증가하는 쓰레기를 활용한 바이오가스화 사업도 있으나 눈여겨 볼 것은 국토의 3면이 바다로 이어지는 지리적 영향에서 파도를 활용한 신재생 에너지전략, 소위 파력에너지가 관심을 모으고 있다.

그동안 우리나라는 태양광과 풍력에 매몰되어 여타의 소수력, 파력 등 신재생에너지에 대한 관심도가 낮았다.

제주도 한경면 용수리 앞바다에는 에너지 파력발전소 연구동이 미래의 에너지 확보를 위한 파도타기를 하고 있다. 용수리 앞바다에서 바라본 파력발전소는 너른 바다에 떠 있는 별장형 섬과 같다.

500kW급(100여 가구 사용전력) 제주 용수 시험파력발전소는 제주시 한경면 용수리 전면 1.2km의 수심 16m 해상에 길이 37m, 폭 31.2m, 높이 27.5m의 착저식 철근콘크리트 케이슨으로 건설되었다. 내부에는 직경 1.8m의 임펄스터빈을 가진 250kW급 동기발전기와 권선형 유도발전기가 각 1기씩 총 2기가 설치되어있다.

이 기술을 토대로 해양수산부는 국산화를 통해 2030년까지 200여기를 보급한다는 전략이다.

우리나라 연안에서 파력발전 적정지역으로는 제주도는 제주항, 화순항, 가파포구, 상동포구, 한림항, 애월항 등이며 울릉도는 울릉, 태하항, 남양항, 현포항, 저동항, 신창선착장, 포항은 영일만, 구룡포, 대보1리, 삼정항, 석병항, 홍도항, 가거도 항리항 등이 예정 후보지로 꼽히고 있다.

해수부와 파력발전을 주관하는 선박해양플랜트연구소(김부기 소장)등 30여명이 수차개발 등 수력발전의 핵심부품 개발에 성공한 하이드로웨이브파워(주)(계열사 대양수력), 제어기술에는 지필로스 등 국내 중소 전문기업들과 협업한 그 결과가 눈앞에 다가오고 있다.

파력발전은 전 세계가 동시에 출범한 신기술로 우리나라도 유럽과 미국등과 어깨를 함께하며 국산기술 개발에 장기적인 투자를 하면 충분히 승산이 있는 기술이다.

파도는 해수면의 위치에너지와 운동에너지를 동시에 가지는 특성을 지니고 있다. 파력발전장치는 파도의 에너지를 낙차, 기계운동 등 가용에너지로 변환하는 1차 변환, 발전기 구동을 위한 에너지로 전환하는 2차 변환, 그리고 발전기를 통한 전력생산단계인 3차 변환으로 구성된다. 파력발전장치는 1차변환의 방법에 따라 가동물체형(Oscillating bodies), 월파형(Run up), 진동수주형(Oscillating water column)으로 구분되며, 이 중 진동수주형은 구조체 전면에서 발생하는 파도의 상하운동을 밀폐된 공기실을 이용하여 공기의 왕복운동으로 변환하여 터빈을 가동하는 방식이다.

최근 해양에너지 개발에 따른 환경문제에 있어서도 수중에 기계적 구동부가 없으며 해양생물에 직접적으로 미치는 영향을 최소화할 수 있어 환경훼손에서도 태양광, 풍력 등에 비해 매우 적다는 강점을 지니고 있다.

방파제, 안벽 등 기존에 파랑을 막기 위해 설치된 구조물과 연계하여 적용할 경우, 에너지개발에 따른 추가적인 환경영향을 최소화하고 경제성까지 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

우리나라의 파랑에너지는 계절별, 지역별로 차이가 있으나 대체로 3~5kW/m의 파랑에너지 밀도를 보이고 있으며, 이 중 겨울철 남서쪽 바다, 특히 제주도 남서쪽해역에서 파랑에너지가 매우 높게 나타난다. 또한 일반적으로 육지에서 멀수록 에너지가 높기 때문에 울릉도, 독도 및 기타 해안에서 떨어진 섬 지역에서 상대적으로 높은 에너지를 얻을 수 있다.

우리나라의 파력발전장치는 1990년대부터 한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소(KRISO)를 중심으로 진동수주형, 월파형, 부유식 진자형(가동물체형) 등 다양한 발전방식에 대해 연구해 왔다.

30여 년 간의 긴 세월동안 꾸준히 연구한 결과물이 가시화되기 시작한 것이다.

60kW 부유식 진동수주형, 150W 등부표용 부유식 소형파력발전기, 300kW 부유식 진자형 파력발전 등은 실증연구로 가능성을 보여줬다. 2014년 9월 준공된 500kW급 진동수주형 파력발전장치(제주용수시험파력발전소)는 국내 최초로 육상의 전력망과 계통 연계된 시험파력발전소로서, 현재 상용화를 위한 성능고도화 연구가 진행 중이다.

관련 기술의 소형화 및 고도화로 원격 도서지역의 에너지 자립을 도모하기 위한 방파제 연계형 파력발전 기술개발로 이어져 추자도 묵리융복합시험파력발전소가 2021년 11월 11일 역사적인 준공식을 앞두고 있다.

파력발전 실해역 시험장에 위치한 용수 시험파력발전시설은 계통연계 송배전을 위한 전력선 및 데이터통신용 광통신선, 각종 해양계측장비 및 유지보수시설이 구축되어 있다.

실해역 시험장의 해상변전소로서의 역할도 겸하고 있어 향후 개발될 파력발전장치, 파력-풍력 복합발전 실증 등 해양에너지 및 기타 해양장비 관련 실해역 실험용 인프라의 거점역할을 하면서 지속적으로 활용될 예정이다.

순수 국내 기술로 개발되고 있는 파력발전기술은 세계적인 기술격차가 크지 않은 분야로써, 방파제 등 해안의 구조물을 활용한 파력발전의 보급과 대규모 파력발전단지 개발을 위한 부유식 파력발전장치의 개발이라는 두 개의 방향으로 연구개발을 진행 중이다. 탄소중립 등 정책적 기술수요에 부응하면서 파력발전 상용화를 견인하고 있다는 점에서 주목받는 신재생에너지임은 분명하다.

환경국제전략연구소 김동환 박사는 “그동안 우리는 풍력, 태양광에 함몰되어 여타의 신재생에너지에 소홀한 감이 있다. 제주도의 경우 파력발전에 주요 거점지역으로 풍력이나 태양광에 의한 자연훼손을 최대한 방지하면서 에너지 자급자족의 전환점을 마련할 수 있다고 본다.

수차개발 등 수력발전의 핵심부품 개발에 성공한 하이드로웨이브파워(주)는 소수력 국산화를 이끈 기업으로 수자원분야와 상하수도분야에서 좀 더 적극적인 소수력 사업을 확산해야 하는 숙제를 던져주고 있다.

파력발전과 더불어 폐기물을 이용한 바이오에너지화도 적극적인 확산과 기술개발에 주력함으로서 제주도다운 친환경 거점지역으로 부활되길 바란다.”라며 그동안 음지에서 장기적인 연구를 수행한 선박해양플랜트연구소 신승호 박사와 관계자들의 열정에 감사를 표했다.

(환경경영신문 박남식 부장, 자료:환경국제전략연구소)