[ENTECH 후기] 한국수자원공사, 대한민국 물분야의 탄소중립을 이끄는 선도주자

[ENTECH 후기] 한국수자원공사, 대한민국 물분야의 탄소중립을 이끄는 선도주자

대학생신재생에너지기자단 21기 오서영, 21기 한세민, 22기 유현서

[한국수자원공사(K-water) 소개]

한국수자원공사는 기후변화로 발생하는 물 재해로부터 국민의 생명과 재산을 보호하는 사명을 가지고 공공 서비스를 제공하고 있다. 1967년 설립 이후 반세기간 축적된 수질관리의 노하우를 가지고 수량-수질-수생태 물 관리를 통합적으로 정착시켰다. 더 나아가 빅데이터, 4차 산업혁명 등 미래기술을 접목하여 스마트물관리체계를 구축하겠다는 포부를 가지고 나아가는 중이다.

[자료1. K-water ESG 경영 추진방향]

출처 : ©유현서

2021년 한국수자원공사는 세계 최고의 물 종합 플랫폼 기업이라는 비전을 정립하고, 급변하는 경영 환경에 대응하기 위해 K-water만의 ‘물 특화 ESG 경영’을 수립하였다. 수자원 개발 등 공급 위주의 사업구조에서 국민을 위한 물 서비스 중심으로 사업구조를 전환하였고, 물 특화 ESG 경영 및 지구촌 지속가능발전목표(SDGs)를 실현하기 위해 노력 중이다. 또한 수상태양광, 수열에너지 등 청정 물 에너지 확산을 선도하며 공공기관 최초로 ‘RE100’에 가입하였고, 2050 탄소중립 이행을 위한 방향성을 제시하기도 하였다.

이번 2022 국제환경에너지산업전(ENTECH)에서 한국수자원공사는 2050 탄소중립 실현을 위한 수상태양광, 수열에너지, 그린수소인 저탄소 청정에너지를 소개하며 미래 에너지 경쟁력을 확보하는 K-water만의 방향을 구체화하였다.

 

[물 위의 재생에너지, 수상태양광]

[자료2. 한국수자원공사 수상태양광 발전시설]

출처: 한국수자원공사

[자료3. K-water 수상태양광 모습]

출처 : ©유현서

수상태양광이란 수면 위에 태양광 모듈과 수상시설(부유체)을 융합한 발전설비이다. 한국수자원공사의 수상태양광은 보통 수자원을 이용하는 것과 다르게 태양광 모듈을 수면에 설치해 국토 훼손 우려가 없고 생태계 파괴문제도 발생하지 않게 설계되었다. 환경정책평가연구원(KEI)의 연구결과에 따르면 수상태양광의 수면 아래에는 어류의 활동이 증가하는 긍정적인 효과도 나타내고 있다고 발표하였다. 이렇듯 한국수자원공사가 개발한 수상태양광은 세계 최초로 댐 시설에 상용화를 성공시키며 탄소저감에 적극 기여하고 있다.

 

1) 사업 추진배경 및 현황

K-water는 2009년 주암댐에 2.4kW 규모의 실험모델을 설치하여 개발 가능성에 대한 시험을 시작하였다. 그 후 100kW 실증모델까지 구축하게 되었고, 2012년에는 합천댐 수상태양광(500kW) 발전시설을 설치하여 세계 최초로 댐에 수상태양광을 상용화 하였다. 이후 보령댐 (2MW), 충주댐(3MW)을 설비하면서 본격적인 개발이 시작되었다. 최근에는 지역과 공유하는 주민참여사업을 통해 지역 사회 발전 및 주민 소득 증대가 가능한 사업을 추진 중이다.

[자료4. K-water 수상태양광의 모델들]

출처  : 한국수자원공사

2) 안전한 기자재 및 설계

수상태양광의 모든 기자재는 수도법 위생안전기준에 적합하며, 카드뮴이나 납 등 유해중금속은 검출되지 않은 기자재이다. 태양광 모듈에는 모래의 주성분인 이산화규소(SiO2)로 만들어지고, 밀봉재는 초산이 발생하지 않는 안전한 성분으로 만들어졌다.

설계와 시공 또한 환경과 안전을 고려한 점이 K-water만의 장점이다. 특징을 살펴보자면 첫째, 일사량을 고려해 모듈의 경사각을 33°로 만드는데, 이 특성을 반영해 모듈간격을 1.5m 이상으로 두고 설치한다. 이는 태양의 투과 공간이 확보되면서 빛 차단으로 생기는 영향을 최소화한다.

[자료5. 수상태양광 설치 구조]

출처 : 한국수자원공사

두번째, 태양광은 직류전기를 생산하기 때문에 전기장이나 전자파가 발생하지 않는다. 세번째, 모듈표면 빛반사는 5%로 일반유리의 반사율보다 낮다. 이는 굴곡형 유리를 사용하여 일반유리에 비해 반사율이 낮고, 설치각도 33° 미만으로 반사 영향이 적다.

3) 친환경적인 운영관리

K-water는 2011년부터 환경모니터링을 지속적으로 실시하였고, 그 결과 수질, 어류, 조류 등에 무해하고 생태계 순기능도 확인되었다.

4) 구조적 안정성

아무래도 수상에 떠있는 제품이다 보니 태풍, 부식, 외부충격 등 많은 환경적 요인에 영향을 받는다. 그러나 K-water 수상태양광은 설계풍속 45m/s, 충분한 안전율(2~3)로 강한 태풍에 견딜 수 있다. 또한 탄성체 계류장치와 격실로 구성된 부유체, 내식성이 높은 구조체는 이탈없이 안정적으로 수면에 떠있을 수 있고, 부분 파손이 되어도 부력 유지가 되며, 열팽창과 수축에 강하다.

 

[물도 에너지가 된다? 수열 에너지]

K-water는 지속가능한 미래를 위해 여러 노력을 박차고 있으며 그 중 하나가 바로 수열 에너지이다. 수열 에너지는 하천수, 댐용수, 해수 표층수 등의 물의 온도가 여름철에는 대기보다 낮고, 겨울철에는 높은 특성을 이용한다. 물을 열원으로 이용하여 히트펌프를 돌려 냉난방하는 재생에너지가 수열 에너지이다.

그렇다면 수열 에너지의 원리는 무엇일까. 일반적으로 난방은 화석연료를 활용하여 보일러를 가동하여 열을 생산·공급하지만, 수열 에너지는 물에서 열을 취득하여 실내 난방 공급한다. 또한, 일반적으로 냉방은 실내의 열을 냉각탑을 통해 대기로 방출하여 온도를 낮추지만, 수열 에너지는 실내의 열을 물에 전이시켜 방출시키는 방법을 사용한다.

 

[자료6. 수열 에너지의 원리]

출처 : 한국수자원공사

수열 에너지에 사용되는 단위는 냉동톤, RT (Refrigeration Ton)으로 0℃의 물 1톤을 24시간 동안 0℃의 얼음으로 만드는데 필요한 에너지의 양으로 약 8평의 원룸 에어컨 1대를 1시간 동안 가동할 수 있는 에너지의 양을 의미한다. 자세히 1RT = 3.5kW를 의미한다. 

다음으로 수열에너지의 활용 및 장점을 알아보자. 먼저 풍부한 부존량이 있다. 물이라는 인근 원수관로, 하천 및 댐으로부터 풍부하게 얻을 수 있는 자원을 사용하기 때문이다. 다음으로 온실가스 배출을 감축시키고 미세먼지 저감 등 환경문제 해결에 기여할 수 있어 대기오염물질을 감축할 수 있다. 또한, 화석연료를 사용할 때보다 약 20~50%의 비용이 절감되기에 에너지 비용이 절감되는 효과를 만들 수 있고 마지막으로 냉각탑 및 실외기를 사용하지 않음으로써 소음, 진동, 열섬 현상 등을 해소할 수 있게 한다.

이런 유용한 수열에너지가 활용된 사례들은 어떠한 것들이 있을까. 국내의  수열 에너지 개발 사례들을 살펴보도록 하자. 먼저 서울 롯데월드 타워가 있다. 서울 롯데월드 타워는 민간 최초 광역상수도관의 원수 활용 수열 에너지로 수열 에너지가 신재생에너지에 포함(19년 10월) 되기 전에 도입되었다는 의의가 있다. 열원은 인근 하천수(광역원소 50천톤/일)이고 수열 용량은 3000RT이다. 사업비는 100억원, 공급개시는 2014년 11월이다. 수열 에너지를 적용함으로써 에너지의 35%를 절감하였고 이산화탄소 배출량의 38% 저감하는 효과를 가져오고 있다. 

 

[자료7. 서울 롯데월드 타워]

출처 : 한국수자원공사 

두 번째로 한강홍수통제소 수열 공급 시범사업을 알아보자. 정부 최초 광역상수도관의 원수 활용 수열 에너지라는 의의를 가진다. 전체 냉·난방용량 200RT 중 100RT(50%) 수열 전환하고 열원은 하천수(광역원수 1.8천톤/일), 수열 용량은 100RT이다. 사업비 9억원(국비, 환경부), 공급개시는 2021년 4월이다. 이산화탄소 배출량 85톤, 미세먼지 185kg 저감하는 효과를 가져왔다. 

마지막으로 수열 에너지 활성화 방안에 대해 살펴보자. 2050년까지 수열에너지 2GW 도입하여 연간 1760GWh 에너지 절감, 이산화 탄소 배출량 45.4만톤 감축을 목표로 하고 있다. 이를 위한 방안으로 강원도 수열 에너지 융복합클러스터 조성이 있다. 친환경 수열 에너지 공급기반 데이터 센터 집적단지, 스마트 첨단농업단지, 물-에너지 집적단지 등을 조성을 계획하고 있다. 면적은 785천으로 약 24만평에 달한다. 열원으로 소양강댐 심층수(24만톤/일)를 사용하고 수열 용량은 16500RT이다. 사업비는 3040억원이며 2020년~2027년으로 사업기간을 계획하고 있다. 이를 통해 에너지사용 및 온실가스 배출량의 69% 절감하려 하고 있다. 

 

[물 인프라 및 신재생에너지 기반으로 K-water “그린수소” 분야 참여]

한국수자원공사는 재생에너지에서 생산한 전기로 물을 분해하여 이산화탄소 배출이 없는 친환경 수소인 그린수소를 생산한다. 수소생산의 최종 지향점으로 여기며 특히 그린수소 생산과정에서 재생에너지와 함께 꼭 필요한 고순도의 물을 생산하는 기술을 보유하고 있다.

[자료8.  K-water의 그린수소 생산 및 활용 전시모형]

출처. ©한세민

 자료8에서 초록색 선은 발전공급을, 파란색은 전기공급을, 흰색은 초순수공급을, 주황색은 수소공급 경로를 나타낸다.

이러한 기술을 바탕으로 한국수자원공사가 추진해 낸 성과로는 시화 방아머리 풍력 태양광 에너지 활용 수소 생산, 성남(정) 소수력에너지 수소 생산 활용 및 부가가치 개발 및 충주댐 수력기반 수소생산활용 및 부가가치 개발의 실증플랜트 연구 사업이 있다.

또, 수소경제 생태계 조성 시화조력 기반 그린수소 Giga factory 그린수소를 구현할 계획에 있어 기술력 상용화에 박차를 가하고 있다. 특히 풍력(3㎿)·태양광(1㎿)을 설치해 하루에 수소 240㎏을 생산 가능한 시설을 구축하는 사업인 안산시 수소인프라 구축사업은 올해 안에 설치 및 시운전을 완료한 뒤 내년부터 본격적인 상용화 연구를 시작한다고 한다.

 

이와 같은 그린수소 사업으로 기대할 수 있는 효과는

1.     온실가스 감축, 미세먼지 저감 등 안전한 청정사회 조성 기여

2.     화석연료 대체 및 맑은 대기 공급으로 국민의 건강복지 실현

3.     탄소중립 기반 저탄소, 수소경제 전환 등 정부정책 이행 동참

4.     그린수소 생산 기술 자립을 통한 해외 기술 및 자원 의존도 감소

5.     그린수소인프라 확보 기존 발전 인프라 활용 및 단계적 그린수소 생산 용량 증대

6.     가동율이 높은 재생에너지원을 활용하여 그린수소 경제성 향상

7.     그린수소 기술 고도화 및 국가 그린 수소 규격 표준화에 기여

8.     재생에너지 증가에 따른 에너지 활용 다각화 및 활용 기술력 확보

가 있다.

인류, 탈탄소, 그린수소 인프라 구축에 모두 강력한 장점을 가진 한국수자원공사의 지속적인 그린수소 사업 개발과 고순수 물 사업의 움직임에 대해 앞으로 더욱 주목하면 좋을 것 같다.

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참고문헌

[물도 에너지가 된다? 수열 에너지]

심우리, “물이 곧 에너지! K-water, 신재생에너지 시대를 열다”, 물, 자연 그리고 사람 2021 Vol. 639. 2021. 03. 01.