해상태양광의 도전과 가능성

해상태양광의 도전과 가능성

 

국내 수변환경을 이용한 태양광의 역사는 2011년 합천댐의 100kW급 실증시설 이후 2012년 동일 댐에 세계 최초로 상업용 급의 500kW 시설을 설치하여 육상대비 10% 이상의 발전량을 확보하면서 시작되었다. 수중 생태계의 안전성 검증 및 태풍 등 자연환경재해로부터의 안전성 확보, 그리고 설치단가의 저가화를 위한 목표로 2015년부터 2017년까지 산학연의 8개 기관이 국책사업을 진행하였고 이후 국내는 물론 일본 및 대만 등에 지속적인 시스템 수출을 진행하고 있다. 또한 바람, 파도, 염분 등 보다 극한의 수변환경에 적합한 해상태양광 연구들이 2018년부터 지속적으로 연구되어 2021년 현재 실증단지가 구축되고 있으며, 보다 강화된 안전규격과 해상환경에 적합한 시스템 개발들이 세계 최초로 진행 중이기도 하다.

---

 

태양광발전, 간헐성 극복이 우선 되어야

태양광발전의 특성은 반도체의 특성과 동일하여 낮은 온도환경과 적절한 바람 그리고 일사량이 우수한 조건에서 그 효과를 최대로 발휘하기에 육상이나 사막 대비 수변환경이나 고원지대 및 우주 등에 설치하면 그 출력을 극대화할 수 있다. 따라서 전술한 환경에서의 안전과 비용 문제만 해결된다면 기술적으로는 10% 내외의 추가 발전량을 얻을 수 있는 장점이 있다. 다만 국내의 설치환경은 고효율의 에너지 추가 확보와 우리 국토의 효율적 이용측면을 고려하며 자연환경으로부터의 안전 확보, 수변환경 보존, 저가화, 주민의 수용성에 대한 대책 등을 전제로 진행 중에 있으며 다행히 많은 기술적인 문제점과 우려 등은 대부분 해소된 상황이다.

그러나 태양광발전의 간헐성은 우리가 극복해야할 첫 번째의 과제이기도 하다. 이를 극복하기 위해 인공지능을 이용한 중·단기 발전량 예측을 통한 전력수급대책이나, 에너지저장장치, 연료전지와 더불어 전통 발전방식과 융·복합하여 기저발전용 전원으로 사용하려는 시도들은 계통의 전력 공급 신뢰도를 높이고, 보다 안정된 에너지를 공급할 수 있을 것이다. 태양광발전의 간헐성을 보완하여 안정된 전력을 공급하기 위해서는 타 발전원과 연계하는 방법도 고려할만 하다. 많은 전력을 사용하는 지역에 풍력 및 연료전지 발전과 함께 출력을 극대화할 수 있는 수상 및 해상태양광발전이 연계된다면 태양광발전의 간헐성으로 인한 문제를 최소화하며 안정된 전력을 공급할 수 있을 것이다. 또한 수상 또는 해상태양광발전단지는 민원발생의 최소화와 국토이용의 확대라는 측면에서 해상풍력발전단지와의 연계를 통해 그 효율을 높일 수 있다.

 

다목적 저수지 등 다양한 수변환경을 이용하여 생산된 전력 100%를 소내 수처리 시설에 공급 중인미국 내 최대 수상태양광발전소(4.4MW), 2019년 미국 뉴저지 주 Sayreville

 

새만금 지역 내에서 실증 중인 해상태양광 발전시스템

---

해상태양광 기술 개발을 위한 노력 이어져

해외에서도 ‘에너지 자립’이라는 미래지향적 목표를 달성하고자 에너지 절약과 지속가능한 에너지를 활용한 다양한 아이디어로 미래의 마을과 도시들을 설계하고 있다. 2011년 초대형 지진과 해일로 수많은 마을이 피해를 입은 일본에서는 피해를 입은 지역에 안정된 에너지를 공급하고자 태양광, 연료전지 및 ESS를 융·복합한 NZE(Net Zero Energy)마을을 설계하였다. 이때 태양광 발전시스템을 인공저수지 위에 설계하는 모델을 제시하였는데, 이는 수변환경의 낮은 기온을 이용하여 태양광 모듈의 온도를 낮춰줌으로써 조금이라도 에너지 생산량을 높일 수 있기 때문이다(태양광 모듈은 일사량이 많고 온도가 낮을수록 발전효율이 증가한다). 이와 같은 이유와 주위환경 요소를 고려하여 국내의 저수지와 호수를 중심으로 한 수상태양광의 설치가 확대되고 있으며 육지와 인접하거나 해상도시와 같은 곳에서 적용 가능한 해상태양광발전은 RE100 환경에 접근하기 위한 국가의 정책적 측면에서도 호수, 저수지 이외에 국민이 직접 참여할 수 있는 다양한 형태의 적극적인 수변환경 입지 개발도 좋은 사례가 되리라 판단된다.

이에 따라 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원은 수상태양광 개발 지원 후 바다 환경에 태양광 발전소를 설치하기 위한 해상태양광 기술개발을 적극 지원하고 있다. 수상태양광 연구를 통해 축적된 국내 산업의 기술과 경험을 바탕으로 국내 연구진들이 해상태양광의 기술 확보를 위해 노력하고 있으며, 비교적 물결이 잔잔한 내해(內海)에서 물결이 거센 외해(外海)로 단계를 높여가며 실증 연구를 진행 중에 있다. 국내 연구진들을 통해 열악한 해상환경에서도 발전이 가능한 내구성 높은 고효율의 태양광 모듈과 구조물 기술이 개발될 수 있기를 기대해 본다.

반면 수변환경을 이용한 태양광발전의 상용화에 따른 설치 사례가 증가함에 따라 수질 오염 및 수생태 교란 등의 환경적 영향에 대한 우려 섞인 시선들도 나타나고 있다. 그러나 한국환경정책평가연구원에서 2014년에 발표한 수상태양광에 대한 장기적 환경 모니터링 연구결과는 이러한 우려를 해소시켜준다. 한국환경정책평가연구원은 합천호에 설치된 500kW급 수상태양광 발전시설물에 대하여 2년간 환경모니터링을 하였고 수상태양광 시설 설치에 따른 수질의 변동성은 크게 확인되지 않아 발전시설물이 환경적으로 부정적인 영향을 나타낸다고 보기 어렵다는 연구 결과를 얻은 바 있다. 하지만 수상태양광이 친환경 에너지로 완전히 자리 잡기 위해서는 수상태양광모듈이나 구조물에서 장기간에 걸쳐서 유해물질이 누출되는지 지속적으로 환경모니터링하는 것이 필요하며 점점 더 심화되는 자연재해에도 견딜 수 있는 안정된 시스템 레벨의 설치 및 운전 경험과 제도화된 모니터링 결과를 바탕으로 객관적인 결과가 추가로 확보된다면 환경오염은 물론 안전도가 높은 수상 및 해상태양광 발전시스템에 대한 우려도 자연스럽게 사라질 것으로 판단된다.

---

신재생에너지 개발과 에너지 절약이 함께 되어야

고종 24년(1887년 3월 6일 밤), 경복궁에서 에디슨의 전기로 전등을 밝힌 지 133년이 지나고 있다. 현재 우리는 무정전 환경 속에서 충분한 에너지 소비의 삶을 영위하고 있다. 신재생에너지의 효율적 생산도 중요하나 이제는 다양한 형태의 에너지 절약이 미덕인 생활습관을 적극적으로 수용하여야 한다. 국토의 효율적 활용과 고효율 발전환경의 개발도 중요하나 한국에너지공단이 진행하는 고효율 에너지 절약형 기기로의 변환과 같은 정책에 적극적으로 참여하는 것도 본인이 소비하는 에너지는 본인이 생산·관리할 수 있는 날에 하루 빨리 다가갈 수 있는 지름길이 되기 때문이다. 그래야 우리 후손에 물려줄 안전하고 지속가능한 NZE 세상이 그만큼 빨리 다가올 것이다.

환경변수에 따른 전기적 출력을 실증 중인 해상태양광발전 시스템(군산 비응항)

---

저자

 

글 | 안형근
(건국대학교 교수)