신재생에너지 중 하나인 '파력발전' 이란

[디지털비즈온 이호선 기자] 탈탄소화 흐름 속 화석연료 공급 부족, 원유를 비롯한 에너지 가격 상승과 다양한 요인으로 세계에서 에너지 위기가 일어나고 있다.

“파력 발전”이란, 바다에서 자연적으로 태어나는 파도를 에너지로 바꾸는 발전 방법으로 파력 발전 프로젝트에 호주 스타트업 'Wave Swell Energy'가 성공했다. 탄소 중립을 적극적으로 추진하는 호주의 파력발전 프로젝트 를 소개한다.

파력발전은, 온실가스를 배출하지 않는 재생가능한 대체 에너지로의 전환에 주목을 받는다. 그 중에서도 '파력발전'은 재생가능에너지의 하나로 정력적으로 연구가 진행되고 있는 분야 중 하나다.

◇파력 발전의 구조

원래 파력 발전이란, 해상에서 자연적으로 발생하는 파의 에너지를 이용하여 터빈을 돌려 발전하는 방법. 아시다시피 파도의 힘은 매우 크다. 그 에너지를 이용하는 방법이다. 주요 발전시설은 '파동수주형', '가동물체형', '에쓰바형', '자이로식'으로 분류된다. 발전장치는 해중에 부유시키는 타입이나 해안에 설치하는 타입이 있어 접근법은 다양하다.

◇파력 발전의 이점

파력발전의 장점은 자연에너지를 동력으로 하기 때문에 고갈의 걱정이 없는 것이다. 현재 주력이 되고 있는 태양광이나 풍력, 바이오매스, 지열 등 다른 재생 가능 에너지원과 비교하면 면적당 에너지 발전 효율이 우수한 특징도 있다. 파도는 항상 자연 발생하기 때문에 발전량이 안정적인 것도 강점일 것이다.

해일이나 태풍 등 변화하기 쉬운 해양 환경을 견딜 수 있는 설비가 필요하지만, 제주도처럼 주변을 해양으로 둘러싸인 섬이라면 광범위하게 파력을 확보하기 쉬운 어드밴티지를 활용할 수 있다. 그 때문에 세계 각국에서 파력발전의 개발이 진행되고 있다.

◇호주에서 일반 가정에 전력 공급 성공

이러한 배경으로 호주 스타트업 기업인 Wave Swell Energy가 파력발전에 의한 전력공급에 성공했다. 유니웨이브200(UniWave200)은 호주의 파력 발전 스타트업인 웨이브 스웰 에너지 (Wave Swell Energy)가 개발한 파력 발전기 프로토타입이다.

호주 태즈메니아의 킹 섬(King Island) 연안에 설치되었다. 유니웨이브200은 이름처럼 200kW급 파력 발전기로 물 위에 떠 있는 콘크리트 구조물 내부에 파도의 압력을 전기로 전환하는 시스템으로, 프로토타입 시스템은 해안가에서 100m 떨어진 지점에 건설되었으며 대략 5.75m 깊이 바다에 잠겨 있다.

파도가 치면 밀폐된 내부 공간에 압력 변화가 일어나면서 발전기 상부에 있는 터빈을 돌리게 된다. 유니웨이브200의 특징은 비슷한 형태의 다른 파력 발전기와 다르게 공기가 한쪽 방향으로만 흐르는 방식이라는 점이다. 따라서 터빈이 한쪽 방향으로만 움직여 효율이 더 높다고 한다. 한쪽 방향으로 공기가 통하는 체크 밸브 방식을 이용한 것으로 보인다.

유니 웨이브 200(UniWave200)은 발전을 시작하여, 송전망에 전기가 공급되어 킹섬의 일반 가정이나 기업의 전력으로 실제로 이용되고 있다.

이 파력 발전 장치는 원격 조작이 가능하지만, 제어 시스템의 개량을 위해, 아직 사람의 손에 의한 조작이 필요하다. 그러나 이 회사의 프로젝트 성공은 탄소 배출량의 삭감으로 이어질 것으로 기대할 수 있다. 또한 파력 발전 장치를 효과적으로 연안부에 설치함으로써 해안 침식으로부터 보호하는 역할도 있다고 한다.

◇파력 발전의 과제와 미래의 잠재력

많은 가능성을 지니고 있는 파력발전이지만 단점이나 과제로 꼽히는 것이 비용의 문제다. 파력 발전 장치는 태풍이나 쓰나미 등을 받더라도 그것을 견딜 수 있는 것이 요구된다. 염해 등에 대한 내구성도 필요하다. 그 때문에, 장치에 걸리는 비용이 높아지기 쉽다. 또한 파력발전장치를 설치하는 해역에서 어업에 영향을 미치는 것도 우려된다. 안전성 확보, 해역 이용 규칙 책정 등 과제도 많이 안고 있다.

한편, 파력발전의 본격적인 실용화가 가져오는 재생가능에너지에 대한 공헌도는 미지수다. 블루 이코노미의 촉진, 파리 협정의 실현에 기여할 가능성을 지닌 파력 발전의 잠재력에 계속 주목하고 싶다.

◇국내도 설치 가동중

해양수산부 자료에 의하면 한반도 해역의 전체 파력에너지는 650만 kw이며, 이러한 잠재자원의 10%인 65만 kw를 이용한다면 22만 가구에 전력공급이 가능하다. 한국의 실질적인 파력발전은 2003년부터 시작되었으며, 2006년 150W급 소형파력발전장치를 개발해 제주 차귀도 해역에 설치하였다.

또한 2016년 제주 한경면 용수리 앞 약 1.2km 해상에 규모 500kw급 시험용 파력발전소가 시험운영에 들어갔으며 총 250억 원을 투입하였다. 파력발전의 핵심설비인 터빈, 전력제어기 등을 순수 국내 기술로 개발했다. 또 2021년 11월16일에는 제주 추자도 '방파제 연계형 파력발전 실증플랜트'준공식을 개최했다.

포항에서는 소형 파력발전소를 설치해 시험 가동하였다. 남구 호미곳면 대보리 동북방 650m 지점에는 총 10억 원을 투입해 지름 10m, 높이 15m의 원통형 구조물을 설치하여 1시간에 최고 100kW의 전기 생산이 가능하다. 이는 연간 생산량 87만 6천kW로 약 250가구가 1년 동안 사용가능한 전기량이다.