태양광발전의 새로운 접근, 수상태양광발전

태양광발전의 새로운 접근, 수상태양광발전

 

 새 정부가 출범 이후 ‘신재생 에너지 확대’를 정책 공약으로 내세우며 2030년 까지 20%로 대폭 확대를 목표로 두고 있다. 탈원전 가속화와 태양광, 풍력 발전 비중 확대 같은 친환경에너지 정책 강화 의지를 보이고 있다.

[표 1. 원별 생산실적 비중, 증가율 및 기여도]

출처: 한국에너지공단 신재생에너지센터 

 신재생에너지가 대두되면서 태양광발전에 대한 관심도 커지고 있지만, 육상 태양광 발전은 설치 면적이 넓어야 하는데 우리나라는 토지가 작고 산악지형이 많아 토지를 기반으로 태양광발전을 함에 있어 공간을 확보하는 것이 쉽지 않다. 그렇다면 과연 우리나라에서는 어디에 태양광 패널을 설치해야 할까? 여기에 대한 답은 물 위에서 찾을 수 있다. 바로 수상태양광 발전이다. 우리나라는 국토 면적에 비해 저수지와 호수 등에 활용할 수 있는 공간이 많아 수상 태양광 발전소 설치 공간 확보 및 수상 태양광 산업 성장에 유리한 조건을 가지고 있다.

 수상태양광 발전은 산지나 건물옥상 등 육상이 아닌 유휴 저수지 수면 위에 태양광발전 설비를 설치하는 차세대 발전기술로 국내 저수지 수면의 5%만 활용해도 여의도 면적에 8배를 대체 할 수 있을 정도(4,170 MW 규모)의 무한한 잠재 가치를 가지고 있다.

 수상태양광은 말 그대로 태양광발전설비를 수상에 띄워서 발전하는 방식이다. [그림 1]과 같이 태양광 모듈을 지지한 구조체를 부력체가 수상에 띄워주고 이를 앵커 및 무게추 등의 계류장치가 잡아주는 기본 구조이다. 여기서 구조체는 최대풍속 약 35~40㎧에서도 견디어야 하고, 계류장치는 수위변동 및 유속에도 구조체를 항상 같은 위치로 유지시켜주는 기술이 필요하다.

  [그림 1. 수상태양광 개념도]

출처: 한국수자원공사

 수상태양광발전은 여러 장점이 있다. 태양전지는 원리적으로 낮은 온도에서 더 높은 효율을 낼 수 있다. 육상과는 달리 별도의 장비가 필요없이 자체 냉각효과가 뛰어난 수면의 장점과 더불어 수면에 반사된 태양광이 모듈에 다시 모이는 효과를 동시에 얻을 수 있는데 최근 한국수자원공사에서는 실제 설비 테스트를 통해 수상태양광 발전량이 육상태양광보다 10.2% 증가함을 입증했다.

 또한, 수상태양광은 넓은 설치 장소 확보에 용이하고 친환경 발전소로서 자연, 농경지를 훼손하지 않고 태양광 패널에 의해 생기는 그늘로 인해 녹조 현상을 막을 수 있다. 그리고 어류 서식지 및 산란장 조성, 조류 생성 억제해 어패류 생산이 증가되는 등 친환경 조성에 보탬을 준다는 특징이 있다.

 수상태양광 발전설비는 어떻게 구조물(구조체)를 형성되는가에 따라 분류한다. 크게 프레임형과 부력일체형이 있다. 프레임 형태는 구조적, 기계적 강도가 높고 모듈 경사각의 설계에 있어서 최적 모듈경사각으로 최대발전효율을 낼 수 있지만 건설비용이 높아진다는 단점이 있어 주로 저수지 같이 저수 면적이 넓은 지역에서 채택하는 방식이다. 합천댐과 덕곡 저수지가 프레임형이 적용된 사례이다.

 부력 일체형은 최적 모듈경사각에서 모듈 경사각을 더 낮춰 설계해 수직 풍하중을 감소시키는 구조이다. 최적 모듈경사각으로 설계를 하는 것보단 발전 효율이 떨어지지만 프레임 형의 비해 수상태양광 시공비용은 15~20%까지 낮출 수 있는 장점이 있다. 수상태양광 발전설비의 건설비용에 있어서 부유체 및 계류 시설을 차지하는 구성비율은 약 43%로 높은 비율을 차지하는데 건설비를 낮추기 위해서는 부유체 기술 개발이 가장 중요하다.

[표 2. 수상 태양광 발전설비 구조체비교]

출처: SRS 홈페이지

 국내 수상태양광산업은 한국수자원공사가 2011년 합천댐에 100㎾ 수상태양광 실증플랜트를 기술적으로 검증하고 2012년 500㎾ 사업용 플랜트를 시작하면서 국내 시장이 성장하게 되었다. 기술 및 금융적 제한으로 중소규모 수상태양광 위주로 개발되다 2014년 충북 영동 추풍령저수지에 2㎿를 시작으로 2015년 10월 경북 상주 오태‧지평저수지에 총 6㎿의 수상태양광을 구축하였고, 한국수자원공사도 2015년 12월 보령댐에 2㎿ 수상태양광을 설치 완료했다. 

[사진 1. 경남합천댐에 조성한 500kW규모 수상태양광단지]

출처: 한국수자원공사 

 현재 우리나라에서 수상 태양광 발전소를 보유하고 있는 대표적인 댐으로는 합천댐 수상태양광발전소와 보령댐 수상태양광발전소가 있다. 합천댐 수상 태양광 발전소는 태양(SOLAR)과 연꽃(LOTUS)을 합쳐 태양과 청정수생식물인 연꽃의 결합으로 친환경 녹색에너지를 의미하는 친환경 수상태양광 상용화 모델 솔라투스(SOLATUS, 설비용량 500kW)를 개발하여 합천댐에 설치 운영중이다.

 보령댐 수상 태양광 발전소는 약 1300톤의 CO2 감축효과를 내고 연간 700가구가 사용할 수 있는 청정에너지를 생산해내는 친환경 발전소로서의 역할을 하고 있다.

[사진 2. 보령호 수면 위 수상태양광발전소]

출처: 한국수자원공사

 ‘농어촌공사 신재생에너지 잠재자원’ 자료에 따르면 농어촌공사가 보유한 저수지, 담수호, 용·배수로 등을 이용한 수상태양광발전의 발전규모가 5966㎿에 달하는 것으로 나타났다. 원전 1기의 발전용량이 1GW이므로 농어촌공사 저수지, 담수호, 용·배수로의 수상태양광 발전용량은 원전 6기에 해당한다. 한국수자원공사가 보유한 댐에 수상태양광을 도입할 경우 원전 5기분량의 전력을 생산할 수 있다는 기존 연구결과를 감안하면 수상태양광만으로 가동 중인 국내 원전 24기의 절반 가까이를 대체할 수 있다는 결론이 나온다.

 저유가, SMP 하락 등 국내외 여건이 변화되어도 신재생에너지의 필요성은 여전히 중요하다. 신재생에너지는 고갈되는 화석연료와 환경오염 등에서 지구를 지켜나갈 수 있는 해결책이고, 더 이상 선택이 아닌 필수가 되었다. 효율적인 진행을 위해 우리나라에 적합한 신재생에너지를 집중 개발하여야 하고 상업화가 가능한 대표적인 신재생에너지로 태양광이 주목되고 있다. 우리나라의 경우 산악지형이 많고, 토지에 대한 유휴부지가 적은 우리나라에서 대규모로 태양광을 개발하기 위해서는 수상태양광이 가장 적합한 대안이라고 생각한다. 따라서 국내 수상태양광 시장의 발전을 위해서는 정부의 정책지원과 많은 연구, 기술개발이 필요하다고 생각된다.

 

 

참고문헌

1.신재생에너지 산업통계자료: 한국에너지공단 신재생에너지센터

2.수상태양광에너지 이미지: 한국수자원공사

3.수상태양광발전설비 및 기술동향: 현대솔라에너지 공식 블로그

(http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=hdsolarenerge&logNo=220970757961&categoryNo=21&parentCategoryNo=0&viewDate=&currentPage=1&postListTopCurrentPage=1&from=search)

4.수상태양광발전 현황: K-water 홈페이지

(http://blogkwater.or.kr/221101774564)

5.수상태양광발전 전망:　한국전기산업연구원 ERIK 홈페이지