제주 바닷바람 맞으며 '에너지 大國 신바람'

수려한 자연 경관과 깨끗한 환경으로 연중 관광객의 발걸음이 끊이지 않는 제주도. 많은 사람들이 제주도를 여행하며 대자연이 선사하는 혜택을 만끽하고 있다. 그런데 지금 제주에서는 이 천혜의 자연 환경을 이용해 새로운 미래를 이끌 청정 에너지를 찾아내는 연구가 한창이다. 그 중심에는 한국에너지기술연구원(이하 에너지연) 제주글로벌신재생에너지연구센터(JGRC)가 자리잡고 있다.

JGRC가 역점 추진하는 연구개발 과제는 해상풍력 제어기술 개발과, 풍력발전으로 얻어진 전기를 이용한 해수담수화, 해수에서 얻은 열원의 활용, 신재생에너지를 효율적으로 저장하는 시스템 개발, 그리고 이를 효율적으로 분배하는 통합 체계 구축 등 다양하다. 이 같은 개별 연구과제는 에너지 융복합 연구를 통해 ‘아라젠 프로젝트’와 ‘스마트 그리드’ 등으로 체계화돼 종합적인 거시 미래 에너지 기획의 기반이 된다. JGRC가 이끄는 희망의 에너지 여행, 그 길을 함께 따라가보자.

◆아라젠, 자연을 에너지원으로

‘아라’는 순 우리말로 바다를 뜻하고, ‘젠’은 발전이나 생산을 뜻하는 제네레이션(GENeration)이다. 이 둘을 합친 아라젠은 말 그대로 바다에서 새로운 청정에너지를 찾는다는 의미를 담고 있다. 아라젠은 해양 신재생 에너지 중 잠재력이 가장 큰 것이 염분차 발전과 풍력발전을 새 지평을 열고 있는 해상풍력, 이산화탄소 포집과 연료원 제공이 동시에 가능한 해양바이오 등 3가지로 구성된다.

염분차 발전은 에너지 밀도가 240m(낙차 240m의 수력발전소와 같다는 의미)로 조력발전(10m)보다 24배나 높고, 에너지 잠재량은 2.6TW(테라와트)에 달한다. 발전 원리는 민물과 바닷물이 염분 농도의 차이로 인해 섞이는 삼투 현상을 이용해 관 속에 물이 흐르면서 발전기를 돌리는 방식인데, 에너지 밀도 240m는 곧 강 하구에 낙차 240m짜리 수력발전소가 있는 것과 같은 의미로 환산된다. JGRC는 여기에서 한걸음 더 나아가 여유 전력을 이용해 염분이 섞인 물을 다시 분리시켰다가 발전에 재이용하는 전력 저장의 개념까지 적용, 효율성을 극대화시키고 있다.

아라젠의 또 하나 핵심 요소는 해상풍력이다. 풍력발전은 이미 오래전부터 청정 에너지원으로 손꼽히며 개발됐지만, 우리나라처럼 유휴 부지가 극히 한정된 경우 육상풍력의 효율성은 낮아질 수 밖에 없다. 그래서 바다로 눈을 돌려 탄생한 것이 해상풍력이다 해상풍력은 크게 부유식과 고정식으로 구분되고, 고정식은 다시 우물통기초 공법의 모노파일과 철제 구조물인 자켓식으로 나뉘는데, 우리나라의 해상풍력 대상지는 수심이 깊어 자켓식이 적당하다.

JGRC에서 해상풍력 분야를 연구하는 경남호 박사는 “3면이 바다인 천혜 조건과 뛰어난 조선 기술의 결합으로 우리나라의 해상풍력 분야는 특히 그 미래가 밝다”며 “향후 해상풍력만으로 우리나라 전력 소비량의 10%까지 담당할 수 있을 것으로 보고 있다”고 설명했다.

이 밖에 해상바이오는 해양미생물을 인공 배양시키는 과정에서 이산화탄소를 흡수하고, 배양된 미생물은 바이오연료의 원료로 활용하는 기술로 아라젠의 한 축을 담당하게 된다. 김동수 JGRC 센터장은 “염분차 발전은 강수량만 풍부하면 지역적 제약이 거의 없는 새로운 분야”라며 “제주에서 실험을 마치면 내륙의 수많은 강 하구 등으로 확대할 계획”이라고 밝혔다.

◆자연에서 얻은 에너지, 가장 효율적으로 사용해야

에너지의 생산만큼이나 중요한 것이 에너지의 효율적인 사용이다. 특히 전기에너지는 만들어지는 동시에 사용되는 즉시성과 함께 저장이 어려운 특성이 있다. 통합 관리되는 에너지 네트워크로 이 두가지 문제를 동시에 해결하는 것이 바로 ‘그리드’라는 개념이다. 에너지연은 이미 국소지역을 담당하는 마이크로그리드, 도시구역을 통합 관리하는 스마트그리드는 물론 국제에너지망인 국가그리드, 나아가 대륙그리드까지 권역별 개념을 세우고 차근차근 단계를 밟아가고 있다.

그리드에 있어 가장 중요한 요소는 지능적인 에너지 공급 컨트롤이다. 실시간 에너지가 필요 없는 곳과 필요한 곳을 파악해 전력을 분배하고, 남는 전기는 저장했다가 피크 수요 때 재공급함으로써 에너지 낭비를 최소화 하는 것이다. 실제 올해 우리나라를 강타한 전력 부족 사태의 경우 발전 총량이 부족한 것이 아니라 피크 때 일시적인 수요를 감당하지 못해 발생한 것으로, 만약 그리드가 적용됐다면 발전소를 증설하지 않고도 오히려 잉여 전력을 확보할 수 있게 된다.

그리드 기술이 완성되기 위해서는 에너지 생산 시점과 수요 시점이 다르다는 문제를 극복해야 하는데, 에너지연은 이미 이에 대한 연구를 상당 부분 진행 중이다. 그 대표적인 것으로 레독스와 같은 에너지저장 시스템과 해수담수화 시스템 등이 있다. 특히 제주도처럼 물이 부족한 지역은 물 공급망과 에너지 공급망을 통합해 전력 평준화를 이루면서 물 자체가 에너지 저장 매체가 된다.

JGRC 전재덕 박사는 “에너지 저장장치는 발전량이 불규칙한 신재생에너지의 단점을 극복할 훌륭한 보완책”이라며 “에너지 저장만 효율적으로 이뤄져도 우리나라는 에너지 공급에 큰 여유가 생긴다”고 말했다.

김 센터장은 “현재 에너지연의 그리드 관련 연구가 두각을 나타내면서 종주국인 미국에서도 우리나라 스마트그리드를 테스트 해보고 싶다고 요청할 정도”라며 “관련 플랫폼만 잘 구축하면 향후 국내외에서 크게 활용될 것”이라고 전망했다.