비싸지만 깨끗한 해양에너지 2편

지난 1편에 이어 차세대 에너지원으로 주목받고 활발히 개발이 진행되고 있는 해양에너지 중, 해상풍력발전, 해양태양광발전, 해양열기통발전에 대해서 알아보도록 하겠다.

해상풍력발전은 해상에서 바람을 이용하여 전기를 생산하는 다양한 기술의 연구와 개발이 진행되고 있다. 이 중에서도 플로팅 윈드 터빈 기술이 주목받고 있다. 기존의 해상풍력발전은 바다바닥에 고정하는 고정식 해상풍력발전이다. 이와 달리 플로팅 윈드 터빈은 해상에 부유하며 바다의 파도와 바람에 따라 이동하는데, 이동경로에 따라 발전효율을 높이고 있다.
해상풍력발전 기술을 보유한 국가로는 유럽 국가가 대부분인데, 특히 덴마크, 네덜란드, 독일, 영국 등이 선두를 달리고 있다. 또한 미국과 일본도 해당 기술에 대한 연구와 개발을 진행하고 있다.
이 기술의 장점으로는 친환경적인 에너지원이기 때문에 온실가스 배출량을 줄일 수 있으며, 바람이 있는 동안은 전력을 안정적으로 생산할 수 있기 때문에 전력공급의 안정성을 높일 수 있다. 또한 지속가능한 에너지원으로로 인식되어 대규모 투자가 가능하다. 하지만 한편으로는 설치비용이 높아 경제성이 다소 떨어지며, 바람이 약할 때는 전력생산이 어렵기 때문에 전력공급의 불안정성도 높다.
이 기술의 한계에 대해 더 자세히 알아보면, 생태학적 측면에서는 해상풍력 발전소가 바닷속 생태계에 미치는 영향이 큰 관심사이다. 풍력 터빈은 바닷속에 설치되므로 바닷속 동물의 이동 경로를 가로막을 수 있다. 또한, 해상풍력 발전소 건설 과정에서 해저평원을 훼손하므로 인공 산호초와 같은 천연 서식지를 파괴할 수도 있다. 또한, 발전소 운영 과정에서 발전기의 진동이 바닷속 동물에게 영향을 줄 수 있으며, 바닷속 생물의 청각 기능에 영향을 미칠 수 있다. 소음, 진동, 전자기파, 빛의 감소 등의 영향으로 인해 해양생태계에 영향을 줄 수 있는데 특히, 해상조류 등의 해양생태계 생물들이 해상풍력 발전소 부근으로 접근하지 않으려는 경향성이 보이는 것에 이 주장에 힘이 더 실리고 있다. 또, 해상풍력 발전소 건설과 운영은 해양 쓰레기를 발생시킬 가능성이 있다. 특히, 부유성 구조물과 해상 부품이 부서져 바다에 흩어질 가능성이 높다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해서는, 해상풍력 발전소 건설 전에 꼼꼼한 환경영향평가(EIA)와 적절한 보호 대책이 수립되어야 한다. 예를 들어, 해상풍력 발전소 건설 지역을 동물 이동 경로와 겹치지 않도록 선정하거나, 건설과 운영 과정에서 수질과 해양 생물의 모니터링을 철저히 실시하여 생태계에 미치는 영향을 최소화해야 한다. 또한, 해상풍력 발전소를 설치하는 지역에 대하여는 다양한 경제적 효과를 누릴 수 있도록 이를 극대화하기 위한 정책적 지원이 필요하다.
해양태양광발전(Ocean Solar Power)은 해양에 설치된 태양광 패널을 통해 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방식이다. 육상태양광발전과 동일하게 본 기술의 핵심요인은 바로 태양광 발전패널의 효율을 높이는 것에 있다. 최근의 해양태양광발전 기술은 태양광패널, 플랫폼 및 연결 시스템, 전력 변환 시스템, 높은 파도 및 바람에 대한 저항력 등에서 발전하였다. 이 중에서 태양광패널 기술은 더욱 높은 효율성과 경량화 기술이 주로 이루어지고 있다. 또한, 바다에서의 내구성이 강화된 패널 기술도 개발하고 있다.
해양태양광발전의 장점은 태양광패널이 육상에서의 태양광발전과 비교하여 더 많은 태양광을 수용할 수 있다는 것이다. 또한, 해양에서의 발전이 가능하므로 육지 면적을 사용할 필요가 없다. 단점은 기술의 개발이 초기 단계에 있어 전력 생산 비용이 상대적으로 높다는 것, 해양 유입하는 태양광을 일부 차단함으로써 유발하는 해양환경의 영향평가가 아직 명확하지 않다는 것이다.
이 발전기술을 보유한 국가로는 미국, 호주, 일본, 중국 등이 있다. 특히, 호주는 세계에서 가장 큰 해양태양광발전 시설을 운영하고 있다. 또, 일본은 2018년에 세계 최초의 해상 태양광발전소인 '후쿠시마 오시마'를 구축하여 전력 생산을 시작하기도 했다.
반면, 한국의 기술활용 현황은 아직 많이 미흡한 편이다. 다른 에너지 선진국에 비해 상대적으로 최근에 개발이 착수되어, 주로 관련 연구 개발 수준에 머물러 있다.
해양열기통발전(Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC)은 열대 지역에서만 가능한 해양 에너지 생산 기술이다. 이 기술은 해수의 온도차를 이용하여 전기를 생산하는 발전방식으로, 바다에서 열과 차가운 깊은 해수를 이용하여 전기를 생산한다. 열흡수 매체를 이용해 수증기를 생성하고, 터빈을 이용하여 발전기로 전환한다.
최근 이 기술은 실용적인 규모의 발전에 대한 연구 개발이 중점적으로 진행되고 있다. 기존에는 연구용 규모의 발전 시스템이 대부분이었으나, 최근에는 대규모 발전 시스템 개발과 성능 개선에 초점을 맞추고 있다. 또한, 막 기술 및 소재 기술, 발전 시스템의 안전성과 신뢰성 향상 기술 등 다양한 분야에서 기술적인 개발이 이루어지고 있다.
단, 기술적 한계로는 발전 효율성이 낮고 설비 비용이 높다는 것이다. 특히, 깊은 해수를 끌어올리는 파워 사이클링 기술의 발전이 이루어지기 전까지 대규모 생산에 어려움이 있다. 그리고 적절한 바다 조건을 갖춘 지역에서만 사용이 가능하다는 제한이 있다.
현재 OTEC을 보유한 국가로는 미국, 프랑스, 일본 등이 있습니다. 특히, 미국에서는 하와이 주를 중심으로 OTEC 발전을 추진하고 있으며, 2020년에는 1메가와트급의 OTEC 발전 시스템이 세계 최초로 상용화되기도 했다.