물 위에 '에너지 양식장'을 건설하다.

물 위에 '에너지 양식장'을 건설하다.

기후변화를 유발하는 온실가스의 세계 최대 배출국인 중국에서, 작년 40MW 급 수상 태양광 발전 시설을 설치했다. 중국의 안후이성, 화이난시 인근에 위치한 ‘에너지 양식장’은 만리장성만큼 달에서 잘 보이는 인공 건축물로 평가받고 있을 정도로 그 규모가 크다. 중국을 비롯한 많은 국가들이 수상 태양광에 주목하는 이유는 무엇일까? 이 물음의 답안을 찾아가보자.

[사진 1. 수상태양광]

출처 : SUNGROW 홈페이지

물 위의 ‘에너지 양식장’, 수상태양광

그 동안 정부의 정책 아래 화석연료에서 신재생에너지로의 급속한 변화가 있었다. 그 중에서도 태양광 발전의 성장은 이루 말할 수 없을 정도이다. 이러한 에너지 패러다임의 변화 속에서 신재생 에너지원이 지닌 친환경 에너지원이라는 개념에 반하 는 환경적 문제 또한 대두되고 있다. 특히 최근 청도군 태양광 발전시설 붕괴에 따른 산림 훼손, 토양 오염, 폐패널 처리 문제 등이 이슈화 되면서 탄소배출이 없는 친환경 녹색에너지라는 태양광발전의 본래 취지와는 거리가 멀어졌다. 뿐만 아니라 야생동물의 서식지 파괴 등 동식물에 대한 피해가 발생할 수밖에 없어 필연적으로 생태계의 훼손을 가져오게 된다.

이러한 대규모 육상 태양광의 문제들을 해결하고 동시에 유휴수면을 자원으로 활용하기 위해 도출된 기술이 수상태양광발전이다. 댐, 저수지, 바다 등의 유효수면을 활용하여 발전을 하는 새로운발전 방식으로 기존의 육상 태양광이 가졌던 한계점을 가지지 않고 국토를 효율적으로 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있고, 국토가 협소한 우리나라에 가장 적합한 발전방식이다. 환경정책평가연구원의 연구결과에 따르면 햇빛의 차단으로 인해 수상태양광 수면 아래에서 어류의 활동이 증가하고. 조류발생이 억제되어 수질 보호 측면에서도 훌륭하다고 한다. 또한 물의 비열이 큼에 따라 냉각효과가 발생하여 육상대비 발전량을 일정부분 상회한다. 수면에 반사되는 잔광도 있어 지상과 비교했을 때 발전 효율이 10% 이상 높고, 대체로 햇빛을 차단하는 구조물들이 없기 때문에 그늘을 피할 수 있다는 점에서 육상 태양광 보다 더 높은 효율을 기대할 수 있다.

 

어디까지 발전했을까?

수상태양광의 기술개발 동향을 살펴보자. 수상태양광은 크게 프레임형 · 부력일체형이냐, 고정형 · 추적형이냐로 나눌 수 있다. 먼저 프레임형과 부력일체형에 대해 알아보자. 수상태양광 설비의 건설비용에서 부유체 및 계류시설이 차지하는 비율이 43%인 만큼 부유체 기술개발이 중요하다. 현재 국내외 시장에서 보이는 부유체는 아래 사진과 같이 두 가지로 나눌 수 있다.

[사진 2. 프레임형 수상태양광]

출처 : NEMO ENG 홈페이지

[사진 3. 부력일체형 수상태양광]

출처 : 그린솔루션 홈페이지

프레임형은 알루미늄 프로파일 또는 FRP H빔을 조립하고 하부에 부력재를 연결하는 구조로, 구조적 안정성인 높아 모듈 경사각을 33°로 설계할 수 있어 발전이용률이 높은 장점이 있다. 하지만 건설비용이 높아서 대부분 저수면적이 넓은 저수지에 설치되고 있다. 부력일체형은 성형이 용이한 PE재질로 부력통과 모듈을 지지하는 부유체를 일체화한 구조, 모듈경사각을 12~20°로 낮춰 최대설계 외압으로 작용하는 수직 및 수직풍하중을 감소시키는 구조로, 발전이용률은 2~3.5% 떨어지지만 건설비는 프레임형에 비해 15~20% 정도 낮은 장점이 있다.

그리고 육상 추적식태양광과는 다르게 수상 추적식태양광은 태양의 이동에 따른 움직임 외에 수심변화에 따른 상하 움직임을 동시에 고려해야 하는 어려움이 있어 현재까지는 프레임형 고정식에 비해 2~3배 건설비가 높아서, 이런 건설단가를 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다.

 

수상태양광이 만들어갈 미래

수상태양광발전은 기존의 통용적 개념을 탈피해 물의 또 다른 형태의 에너지화 기술개발에 초점을 맞춰 참신하고 혁신적인 발상이다. 국가 전체 저수지의 5%에 수상태양광을 개발할 경우 여의도 8배의 면적, 약 130만 가구에 전기를 공급할 수 있는 4170MW 규모의 태양광 발전이 가능해 신재생에너지 보급 및 확산에 크게 기여할 것으로 기대된다.

그와 동시에 수상태양광에 대한 우려의 목소리도 크다. 수상태양광의 내구성이 육상태양광 보다도 약하고, 그로 인해 만들어질 폐패널에 의한 환경오염을 무시할 수 없다는 것이다. 하지만 세계적으로 이 폐패널을 재활용할 수 있도록 연구 중이라는 사실을 기억해야한다. 우리는 문제에 부딪혔을 때 그대로 멈추는 게 아니라, 새로운 방식으로 끊임없이 시도하고 도전하는 자세가 필요하다. 이러한 자세로 연구를 지속해준 많은 사람들의 노력으로 우리는 지금 여기까지 왔음을 기억하자. 수상태양광이 만들어갈 미래는, 곧 우리가 만들어가야 할 미래이다.

참고문서

1. 한국환경산업기술원, 수상태양광 발전시스템 기술 동향, 2016, Konetic Report

2. 한국수자원공사, 추적식 수상태양광발전의 ICT 융합기술 개발동향, 이안규