파도의 ‘힘’ 유력한 대체에너지로 급부상 

파력발전은 파도로 인해 상하로 움직이는 바닷물의 운동에너지를 이용하는 전력 생산방식으로 잠재적인 발전량이 약 2조로 추산되는 ‘유력한’ 대체에너지로 주목 받고 있다.

특히 파력발전은 우천시나 밤에도 전력생산이 가능한 등 날씨의 영향을 덜 받아 평균 발전효율이 30~50%에 달해 기존 태양광발전에 비해 10% 정도 효율이 높은 것으로 평가되고 있다.

파력발전은 발전량과 발전효율 면에서 장점이 부각되면서, 일본을 포함한 선진국들이 기술선점 경쟁이 과열되고 있다. 관련 업계에 따르면 현재 영국, 프랑스, 포르투갈, 스웨덴 등이 파력발전소를 건설해 실제 전력을 생산하고 있다.

파력 전문가들은 “파력발전 상용화의 성공이 현재의 높은 전력생산 비용을 기술개발을 통해 기존 발전의 생산비용 수준으로 낮출수 있는지 여부에 달렸다"고 강조한다.

이에 따라 해외 각국에선 정부 보조금을 지급하고 있다. 포르투갈의 경우, 지난 2008년 10월 상용화한 자국의 ‘펠라미스’ 파력발전소에 대해 정부에서 1kWh당 0.23유로씩 보조금을 지급하고 있다.

유럽연합(EU)이 뱀모양 파력발전 설비에 대해 재생에너지 및 탄소절감프로젝트 기금인 ‘NER300’ 지원을 고려하고 있다. NER300프로젝트는 8개의 탄소포집저장기술과 34개의 재생에너지기술 지원을 위해 마련된 기금으로 현재 기금 규모는 45억유로 정도다.

제주도, 파력발전소 500kW급 건설키로

국내도 제주도 연안에 500kW급 파력발전소를 설립하면서 글로벌 파력발전 경쟁에 뛰어들었다. 제주도는 한국해양연구원 해양시스템안전연구소가 파력발전 표준모델의 실증과 실용화를 검증하기 위해 제주시 한경면 용수리 앞 500m 해상에 시험용 파력발전소를 만든다.

이 파력발전소는 500kW급으로 길이 35m, 넓이 37m, 높이 28m의 규모다. 발전소 구조물 구축에 64억원, 기전설비에 41억원 등모두 105억원의 사업비가 투입된다.

연구소는 올해 발전사업자 허가, 구조물 시공 계약 등 각종 인허가 절차를 마치고 2011년 해상에 발전소를 시설, 시험 운용할 계획이다. 2012년에는 파도의 힘을 이용해 무공해 전기를 생산하는 실증시험을 진행, 성능 개선 및 운용 최적화 방안을 마련할 계획이다.

연구소는 시험용 파력발전소의 실증시험이 성공적으로 완료되면 파력 에너지 자원의 상용화로 청정에너지 보급이 가능할 뿐만아니라, 발전 시설이 방파제 역할을 해 발전소 후면에 가두리 양식장 설치가 가능해지는 등 연안개발 활성화에도 도움을 줄 것으로 기대하고 있다.

국토해양부는 2006년 150W급 소형 파력발전장치를 개발해 제주시 차귀도 해역에서 시험 운용에 성공한 바 있다. 파력발전장치는 파도가 상하로 진동하면서 얻어지는 압축공기를 이용해 전기를 생산하는 장치다.

파력발전과 관련해 국내는 1993년 부유식 파력발전장치를 연구하여 2001년 7월에 60kW급 부유식 진동수주형 파력발전 장치 주전A호를 울산 주전 앞바다에 실험에 착수했으나 폭풍에 의해 그해 10월 중단한 바 있다.

한편 정부 연구단체는 파력발전의 활성화를 위해 기술이전 등 적극 나서고 있다.

한국해양연구원이 파도의 상하운동 에너지를 이용해 전기를 일으키는 파력에너지 발전시스템 관련 기술의 기업 이전을 추진키로했다.

해양연은 국내 연안의 파력에너지 자원개발을 위한 고효율 파력발전장치와 복합발전시스템을 지난 2003년부터 개발해 왔으며 현재 기술개발을 완료하고 오는 2011년 시험플랜트를 건설할 예정이다. 해양연은 제주도에 들어설 시험발전소 건설에 기업을 참여시켜 개발기술을 이전하고 상용화를 추진할 예정이다. 특히 신재생에너지 전문기업을 대상으로 참여기업을 공모, 내년부터 본격적인 실용화에 나선다는 계획이다.

해양연이 개발하는 파력발전장치는 파도에 의해 공기실 내의 물이 상하로 진동함에 따라 얻어지는 왕복성 압축공기를 이용하는것으로, 파력에너지를 공기의 유동에너지로 1차 변환하고 이를 다시 공기터빈을 사용해 기계적인 회전에너지로 2차 변환한 후 발전기를 돌려 전기를 얻는 방식이다.

해양연은 이 사업과 관련, 지난 2005년까지 1단계 연구를 통해 파력에너지 자원조사 및 핵심기술을 개발했으며 2006년부터 시작한 2단계 사업을 통해 파력발전의 실증플랜트 건설 및 복합이용 기술을 개발, 150W급 등부표용 소형파력발전장치의 실해역 시험과 500kW급 파력발전장치에 사용할 터빈 및 구조물 상세설계를 마무리했다.

올해 △파력발전 터빈과 발전기 제작 △설치 예정지의 해양환경조사 △500kW급 파력발전구조물의 상세설계 등을 수행하고 내년부터는 △구조물과 전력제어장치 제작 △파력발전소의 해역설치 △시스템 운영최적화를 차례로 진행해 2012년에 실용화를 완료할 계획이다.

한반도 해역 전체의 파력에너지는 65기가와트(GW)에 달하며 이러한 잠재 자원을 1%만 이용해도 32만5,000가구의 전력 수요(650MW)를 감당할 수 있는 전기를 생산할 수 있어 연간 약 1,300억원(220만배럴)의 수입대체 효과를 가져올 수 있다.

해수면 온도차의한 발전 ‘OTEC’도 뜬다

한편 해수면과 심해 바닷물의 온도차를 이용한 발전방법도 각광받고 있다. 이른바 해양온도차발전(OTEC)으로 불리는 이 기술은따뜻한 바닷물을 암모니아 등 유체 가열에 이용해 증기를 만들어 낸 후 터빈을 돌려 전기를 만들어내는 방식이다.

심해의 찬 바닷물은 증기를 응결시켜 터빈의 지속적인 회전을 가능하게 한다. 이 시스템은 화씨 35도 가량의 큰 온도차를 요구하기 때문에 열대 지방의 해안 지역에서 상용하기에 가장 적합한 기술이다.

이 기술과 관련한 한 가지 난제는 심해수를 해수면으로 끌어올릴 때 필요한 지름 1,000피트의 대형 파이프를 설계하고 만들어 배치하는 문제다. 록히드는 파이프 디자인을 시험 중에 있으며 2014년까지 시범 발전소 건설을 계획 중이다.

OTEC 기술 아이디어가 처음 고안된 것은 1880년대까지 거슬러 올라간다. 최초의 OTEC 발전소가 세워진 것도 1930년 쿠바에서였다. 문제는 이 발전소가 만들어내는 전기보다 발전소를 가동하는 데 들어가는 전력이 더 많았다는 데 있다. 1979년 하와이 천연자원연구소에 설립된 OTEC 발전소는 50킬로와트가 소모돼 15킬로의 전력을 생산해냈다.

이 기술은 2009년 록히드마틴이 미 해군으로부터 800만 달러의 OTEC 발전소 개선을 위한 계약을 수주하면서부터 다시 급속도로각광받기 시작했다.

또 다른 해양 에너지로 염분이 없는 민물과 바닷물이 만날 때 삼투압이 발생하며 상당한 양의 에너지가 방출된다. 이러한 자연 과정을 이용해 강어귀에 발전소를 설립하는 방안도 연구 중에 있다.

노르웨이 국영 전력회사인 스태트크레프트는 2009년 말 오슬로 외곽에 세계 최초의 삼투압 발전소를 설립했다. 삼투압 발전이란개념을 테스트하기 위해 설립된 이 발전소에서는 막에 의해 나눠진 민물과 해수를 결합하며, 이 때 민물이 바닷물로 흘러들어가는 압력이 터빈을 돌려 전기를 발생시킨다.

스태트크래프트는 삼투압 기술로 전 세계에서 최대 1,700테라와트의 전력이 생산될 수 있다고 예상했다. 유럽연합(EU) 전체 전력소모량의 절반에 해당되는 규모다. 아직 이 업체의 발전소는 커피메이커를 가동할 수 있을 정도인 2~4킬로와트의 전기를 생산할뿐이지만 2015년 초에는 상업적으로 사용 가능한 발전소 설립을 시작할 계획이다.

국내 총 21기, 전 세계 443기 가동중 ...

대체 에너지 없어 생명 담보해야

“지난 98년 울진 1호기 냉각수 누설의 위험을 강력히 지적했음에도 정부는 문제없다는 답변만 되풀이했다. 하지만 결국 그해 12월 발전을 정지하고 핵연료 교체 및 보수에 들어갔다. 설계에 없는 용접 부위가 1989년 울진원전 1호기에서 1곳, 1994년 영광 3호기에서 43곳, 4호기에서 6곳이 발견됐다. 이는 세계적으로도 전무후무한 일이다”(김영환 민주당 최고위원 3월17일 성명)김 위원은 또 “최근 조사 결과 원전 반경 50km 내에 1978년부터 총 123회 지진이 발생했다”며, “폐로 기술과 고준위 폐기물 처리에 대한 정책과 방향을 마련해야 한다”고 강조했다.

일본 지진 참사로 발생한 원전 폭발사고 이후 전 세계가 동시다발적으로 원자력 발전에 의존하는 에너지 정책에 대한 재검토 필요성이 부각되고 있다.

국내는 현재 고리, 월성, 영광, 울진 등에서 총 21기의 원자로가 가동 중에 있다. 여기에 7기가 시공 중에 있고, 2030년까지 2기를 추가 시공할 예정이다.

현재 가동 중인 21기에서 생산되는 전력량은 1만8,716MW로 국내 전체 전력소비량의 31%를 차지하고 있다. 시공 중인 원자로까지 합하면 40%에 육박하는 수준이다.

태양광, 풍력 등 신재생에너지 등 개발하고 있지만 원전을 대신할 만큼의 에너지로 올라서기 위해선 많은 시간이 필요한 시점이다. 때문에 원전의 위험성에도 불구하고 정부나 관련 업체들이 쉽게 원전을 포기하지 못하는 이유다.

한국 등 개발도상국, 에너지난으로 원전 고수

국내와 마찬가지로 인도와 중국 등 개발도상국들은 원전 건설을 지속 추진하겠다는 입장을 고수하고 있다. 원전 안정성 문제를 인정하면서도 턱없이 부족한 에너지 수요를 충족하기 위해 선택의 여지가 없다는 이유에서다.

인도는 현재 20기의 원전을 가동하고 있으며, 수십 개 규모의 원전 신규건설을 위해 1,500억달러를 투입할 예정이다. 2050년까지 국가 전력 소비량의 4분의 1을 원전에서 공급한다는 계획이다. 이는 현재 수준의 10배에 달한다. 인도 원자력 연구원들은 일본의 원전 위기가 대중을 동요시키지 않을 것으로 전망하고 있다.

대규모 원전 확장 계획을 갖고 있는 중국에서도 일본 원전 위기가 중국의 원자력 계획에 영향을 주지 않을 것이라고 장 리준 환경부 차관이 최근 강조했다. 하지만 그는 지난 3월 16일 신규 건설 승인을 일시 보류하기로 했다며 입장을 번복했다. 중국에서는 현재 11개의 원전이 가동되고 있으며, 향후 10년 동안 연간 10개의 원전을 새로 지을 계획이다. 중국의 전력 소비는 연간 12%씩 상승하고 있다.

동유럽과 중동 지역에서도 원자력을 포용하는 분위기다. 러시아, 체코 공화국은 최근 에너지 정책을 변경할 계획이 없다고 밝혔다. 중동 국가들은 원전을 앞다퉈 건설하고 있다.

아랍에미레이트(UAE)는 페르시안 걸프 바라카 시에 4개 원전 건설을 추진하고 있다. 2020년까지 전력의 25%를 원자력으로 공급한다는 계획이다. 요르단과 쿠웨이트, 카타르, 바레인, 이집트도 원전 건설을 검토하고 있으며, 원유 부국인 사우디 아라비아도 원전 도시를 계획하고 있다.

년 미국 스리마일 원전 방사능 누출, 1986년 체르노빌 원전 폭발 사고로 주춤하기도 했지만 그 매력적인 경제성 때문에 각국은 원전 건설을 멈추지 않고 있다. 계획대로라면 현재 가동 중인 443기에다 2030년까지 약 430기가 추가로 건설돼 1,200조원의 시장이 형성된다.

원전피해 제대로 인식해야

방사능으로 인한 피해가 발생해도 축소되거나 감춰지고 있다는데 전문가들은 우려하고 있다. 원자력발전소는 사고가 아니더라도 원자로의 정상적인 가동과 조작을 통해 통상적으로 방사선을 방출하는데 일반적으로 대중들은 이런 사실에 무지하다.

미국 원자력산업계를 감독할 책임이 있는 원자력규제위원회는 핵에너지 발생을 통해 만들어지는 인공방사선으로 일반대중들이 매년 100밀리렘을 부가적으로 받는 것이 허용된다고 결론 내렸다. 그러나 방사성 물질은 인체에 축적되면 계속해서 방사능을 배출하기 때문에 자연에 존재하는 방사능에 인공적인 방사능까지 더해지면 심장질환과 뇌졸증, 백혈병, 갑상선 암 발병 위험이 높아진다. 낮은 방사선이라도 태아에게는 치명적이다.

원전의 폭발이나 인위적인 파괴는 최악의 상황이다. 후쿠시마와 유사한 수준의 사고였던 스리마일 아일랜드 사고(1979년)의 경우 수백 명의 지역주민들이 구역질과 구토, 설사, 코피, 입안에서 느껴지는 금속성의 맛, 탈모, 붉은 피부발진 등의 증상을 보였다.

당시 펜실베니아에서는 갑상선 기능부전증을 가진 신생아의 수가 사고 전 9개월 동안 아홉 건에서 사고 후 9개월 내에 20건으로 증가했다는 보고가 나왔고, 1981년에서 1985년 사이 주민들의 암 발생률도 크게 늘었다. 그러나 미국 정부는 제대로 역학조사를 하지 않았고 원자력산업계는 서둘러 피해보상을 마무리했다.

문제는 이렇게 누출된 방사성 물질이 대기와 땅으로 스며들어 먹이사슬을 교란한다는 데 있다. 최종 피해자는 먹이사슬의 가장 위에 있는 인간이다. 책에 따르면 당시 스리마일 아일랜드 원자로에서 12~15마일에 걸쳐 위치한 농장의 우유에서 리터당 3,000피코퀴리(Picocurie: 방사능의 단위로 1조 분의 1퀴리)가 검출됐고, 7마일 떨어진 농장 우유에서는 리터당 3,500피코퀴리, 16마일 떨어진 농장 우유에서는 리터당 4,000피코퀴리가 검출됐다. 한 살 된 아이가 리터당 2만1,300피코퀴리가 함유된 우유를 마시면, 갑상선에 0.3렘 정도의 방사선량을 받는 것으로 이는 수년 후 갑상선암을 일으킬 수 있다.