차세대 에너지로 주목받는 해상풍력발전과 염도차 발전

[아시아경제 노미란 기자]전력거래소는 올 여름에 전력 예비력이 300만~400만 KW수준인 전력수급경보 2단계인 '관심'경보를 네 차례나 발령했다. 갈수록 심화되는 전력난은 전력 공급의 안정성을 뒤로한 채 전력 '공급'에만 주력할 수 밖에 없도록 에너지관련 산업의 환경을 조성한다. 하지만 모든 이가 에너지의 '공급' 측면에만 매달리고 있는 것은 아니다. 제주 앞바다가 내려다보이는 제주시 구좌읍 김녕리에 자리잡은 제주글로벌 연구센터는 '에너지의 안정성'과 '효율적인 에너지원'이란 두 마리 토끼를 잡기 위한 연구원들의 열기로 뜨겁다. 당장 내일의 에너지 공급을 보장할 수 없지만 안전한 에너지 공급의 '가능성'에 한 발 다가가기 위한 연구가 진행되고 있었다.

◆경제효과 입증한 풍력발전기를 이제 바다 위로 = "70억여 원을 투자해 지난 2005년부터 전기 생산을 시작한 풍력발전기 한 대가 연간 벌어들이는 경제효과는 10억여원이예요. 올해까지 8년차 전기를 생산하고 있는 이 풍력발전기는 거뜬히 투자비용을 회수하고 순익을 창출하고 있는 것이죠" 제주글로벌센터 관계자는 작은 풍력기 한 대에 거는 기대감을 나타내고 있었다. 풍력발전기에 대한 경제효과를 충분히 입증한 센터는 앞으로 이 풍력발전기를 바다 위에 띄우는 작업을 진행하고 있다. 발전에 적당한 바람을 가진 위치를 설정할 때 지상보다 해상이 더 유리하고, 민원의 위험으로부터 더 자유롭기 때문이다. 부유식 해상풍력발전기는 40-50m 이상의 대수심 바다에 띄워 바람을 이용해 발전하는 방식으로 운영된다. 센터는 무엇보다 변화가 심한 해상기상에 대응하기 위한 해상환경의 모니터링과 지상과 같은 안정성을 유지하기 위한 부유체 기술, 자세제어 기술에 대한 연구를 주력으로 하고 있다.

만약 국내에 10GW의 해상풍력 발전단지를 조성하게되면 380억t의 이산화탄소를 절감할 수 있고, 약 200GW의 세계 해상풍력발전시장에 수출하는 경제적 효과도 누릴 수 있다. 그러나 부유식 해상풍력발전기의 안정성은 앞으로의 숙제로 남겨져있다. 제주 앞바다에는 현재 민간 소유와 센터 소유의 부유식 해상 풍력발전기 두대가 운영되고 있는데 현장 방문에서 센터의 풍력기는 수리 중이었다. 이는 부유식 해상풍력발전기가 상용화되기 위해서는 시간이 필요하다는 것을 의미하기도 한다.

◆염분의 농도 차로 블랙아웃을 예방할 수 있다면? = 식물의 뿌리가 물을 흡수하는 원리, 동식물의 세포가 형태를 유지하는 원동력은 삼투압이다. 중학교 교과서에 나올법한 원리인 삼투압이 전기를 발생시키는 원리이며, 남는 에너지를 저장할 수 있어 블랙아웃을 방지하는 수단이 된다면 믿을 수 있겠는가?

"해수-담수의 염분 차로 인해 발생하는 삼투압이 일으키는 에너지는 1M 당 에너지 밀도가 240인데, 이는 240m에서 떨어지는 물의 낙차가 발생시키는 에너지와 같다는 것을 의미한다. 결코 적은 수준의 에너지가 아니라는 말이다" 양현경 해양염분차발전 박사는 염분차의 발전가능성을 강조하며 이같이 말한다. 순수한 물과 바닷물이 일으키는 삼투압은 약 26atm으로 대기압의 약 26배로 알려져있다.

염도차발전은 현재 크게 두가지 방법이 대표적이다. 농도가 다른 해수와 담수가 멤브레인이라는 반투과성 분리막으로 나눠져 있을 때, 소금의 농도가 낮은 부분에서 높은 부분으로 물이 이동하는 현상에 의해 발생하는 압력을 에너지의 근원으로 삼는 압력지연삼투 발전이 그 중 하나다. 또다른 하나는 나란히 위치한 양이온교환막과 음이온교환막 사이에 해수와 담수를 통과시켜 발생하는 전압으로 전기를 발생시키는 역전기투석 발전방식이다. 이 두가지 방법은 해외에서 각각 25MW, 200MW급 발전소 건설을 목표로 연구되고 있다. 전 세계 해양염분차 발전 잠재량은 2600GW로 2011년 기준 우리나라 총 발전용량 79GW의 33배 수준으로 집계되고 있다. 하지만 아직까지 국내외에서 진행돼 온 연구는 농도 차 에너지의 회수기술에 대한 가능성을 제시하는 수준에 머물러 있다.

우리나라가 이 염도차발전에 주목하는 이유는 작년 한해 1GW이하 예비율을 보이며 블랙아웃의 위험에 3번이나 직면했기 때문이기도 하다. 염도차발전은 전력이 남을 때 해수와 담수를 이용한 에너지 충전이 가능해 대용량 에너지 저장 시스템으로서의 가능성을 보이고 있다.

노미란 기자 asiaroh@asiae.co.kr