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최근 전력 시장의 추세가 재생에너지 투자에 집중되고 있습니다. 일반적인 에너지원으로는 석탄, 석유, 원자력, 천연가스 등이 있습니다. 그러나 이 에너지원들은 반영구적이며, 제한된 원천 원료에 의존하고 환경적인 피해를 발생시킨다는 문제점이 있습니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 등장한 것이 분산형 전원입니다. 이번 기사를 통하여 분산형 전원과 태양광, 풍력 그리고 바이오매스 발전에 대하여 알려드리겠습니다!

 


분산형 전원이란?

여러분들은 분산형 전원에 대해 알고 계시나요? 분산형 전원이란 지역 간 혹은 지역 내 송전망의 배전 시설의 간편화와 효율성을 높이기 위해 태양광이나 풍력과 같은 신·재생에너지 자원을 이용한 소규모 발전 설비를 말합니다. 정부는 2040년까지 에너지 소비효율을38%로 개선하고, 재생에너지 비중을 30%까지 확대하겠다고 발표하였는데요.

핵심 정책이 된 분산형 전원! 왜 분산형 전원을 사용할까요? 분산형 전원은 전력계통의 부담을 줄이며, 신·재생에너지의 확대에 따라 연료 공급 없이 전기를 생산할 수 있습니다. 분산형 전원은 연료 공급 없이 무엇으로 발전하는 것일까요? 분산형 전원으로 사용할 수 있는 에너지원은 수소에너지, 연료전지, 석탄액화·가스화를 사용하는 신에너지와 태양광, 태양열, 풍력, 수력, 해양, 지열, 바이오, 폐기물을 사용하는 재생에너지 두 가지가 있습니다.

 

 

뜨거운 태양을 이용하는 ‘태양광 발전’

ⓒ픽사베이

 

 

태양은 친환경 무한 에너지원으로 주목받고 있습니다. 태양광 발전은 태양의 빛과 태양전지를 이용하여 발전합니다. 태양전지는 광전효과라는 빛의 성질을 이용하는데요. 여기서 광전효과란 빛의 입자성을 이용하여 금속 등의 물질에 일정한 진동수 이상의 빛을 비추었을 때, 물질의 표면에서 전자가 튀어나오는 현상입니다. 광전효과를 통해 얻어낸 전자를 한 방향으로 흐르게 하는 방법에 따라 실리콘 태양전지, 유기 태양전지, 연료 감응형 태양전지 등으로 분류됩니다. 태양광 발전의 장단점은 무엇이 있을까요? 태양광 발전의 장점은 태양으로부터 오는 무한한 청정에너지원, 20년 이상의 긴 수명, 유지보수가 편리하며 무인 관리가 가능합니다.

태양광 발전에도 단점이 존재하는데요. 태양광 발전의 단점으로는 야간에는 발전할 수 없다는 점입니다. 또한, 지역별 일사량 차이에 영향을 받으며, 햇빛이 강한 여름보다 봄에 발전 효율이 더 높게 나온다는 점입니다. 햇빛이 강한 여름보다 왜 봄에 효율이 더 높은 것일까요? 태양전지는 온도가 25를 넘어가는 순간 효율이 낮아지기 때문입니다. 여름은 낮이 길어서 일조량이 봄보다 많지만 높은 온도로 인해 효율이 낮아지는 것이죠. 이런 문제를 해결하기 위해 태양전지의 개발이 계속 이루어지고 있습니다. 한국전력은 어떻게 대응하고 있을까요?

 


태양전지 개발을 위한 한국전력의 노력 (with. 페로브스카이트, 염전 태양광 발전 시스템)

ⓒ한국전력공사

 

태양전지가 흡수하는 빛의 양이 많을수록 전력생산 효율을 높일 수 있는데요. 빛의 흡수량은 투명도와 반비례하므로, 높은 투명도와 효율을 함께 가지는 태양전지 개발은 어려움이 있었습니다. 이러한 문제점을 극복할 수 있는 물질이 페로브스카이트입니다. 페로브스카이트는 Band gap을 자유롭게 조절할 수 있고 다양한 색상 구현이 가능하며, 광 흡수계수가 높아 박막화가 가능하여 투명한 태양전지가 가능하게 되었습니다. 전력연구원은 페로브스카이트 태양전지의 투명성 확보를 위하여 모든 구성요소를 박막화 시킨planar 구조의 개발을 시작하였으며 세계 최고효율인 20.4%의 planar 구조 페로브스카이트 태양전지 제작에 성공하였습니다.

페로브스카이트는 실리콘 소재보다 수명이 짧다는 단점이 있는데요. 전력연구원은 내구성을 향상하기 위해 봉지 기술을 확보하였고, 고온 다습의 환경에서도 1,000시간 이상 효율을 유지할 수 있도록 하였습니다. 현재 5x5cm 크기 이상의 대면적 페로브스카이트 모듈 설계 및 제작 연구를 진행하고 있으며, U사와 함께 유리창호형 태양전지 연구를 진행하기로 했습니다.

또한, 한국전력은 100kW급 염전 태양광 발전시스템을 개발하였는데요. 염전은 해수의 염도에 따라 저수지, 증발지, 결정지로 구성이 되는데, 이 시스템은 수심 5cm 내외의 염전 증발지 바닥에 수중 태양광 모듈을 설치하여 기존 염전의 소금을 생산하는 기능을 유지함과 동시에 태양광 발전을 할 수 있는 발전시스템입니다. 어떻게 태양광 발전과 소금 생산을 동시에 할 수 있을까요? 태양광 발전과 소금 생산의 조건은 일조량이 많고, 그림자가 없으며, 바람이 풍부한 곳이라는 공통점이 있습니다. 염전용 수중 태양광 발전시스템을 국내 염전 증발지 1,200만 평에 모두 설치할 경우 약 4GW의 수중 태양광 발전소 부지를 확보할 수 있으며, 태양광 모듈에서 발생하는 열에 의해 해수의 증발작용을 촉진시켜 소금 생산량이 약 25% 증가할 것으로 기대됩니다.

 

우리가 버린 쓰레기가 에너지로! ‘바이오매스 발전’

ⓒ픽사베이

 

 

우리가 버리는 쓰레기가 재생에너지로 쓰인다는 사실을 알고 계셨나요? 음식물 쓰레기는 물론 펄프 원료, 유기 부산물까지도 에너지원으로 쓰인다고 합니다. 바이오매스란 무엇일까요? 바이오매스란 광합성에 의해 생성되는 다양한 조류 및 식물자원, 즉 나무, 풀, 잎, 뿌리, 열매을 말합니다. 최근에는 더욱 광범위한 범위로 모든 산업활동에서 발생하는 유기성 폐자원, 유기성 산업 슬러지, 음식물 쓰레기, 축산 분뇨 등을 바이오매스 자원이라고 합니다. 바이오매스는 화석 연료와 달리 재활용이 가능하고 친환경적이며 오염물질을 배출하지 않는다는 장점이 있습니다. 단점으로는 생산을 위한 넓은 토지가 필요하고, 다양한 원료에 적합한 기술을 필요로 한다는 점이 있습니다. 바이오매스를 통한 바이오매스 에너지로는 유지작물의 기름을 추출하여 만드는 바이오디젤, 전분 작물의 당분을 이용한 바이오에탄올, 음식물 쓰레기와 동물체 등을 혐기 발효하여 얻는 메탄가스가 대표적인 에너지입니다. 이렇게 얻어진 에너지는 차량 연료로 사용되거나 발전, 열에너지원으로 사용됩니다. 정부는 2030년까지 전체 에너지 비중의 재생에너지의 비중을 10% 이상을 목표로 하였으며, 이 중 바이오매스는 3.4%의 비중을 차지합니다. 떠오르는 바이오매스 발전, 한국전력은 어떻게 대응하고 있을까요?

 

한국전력 경상북도와 함께 축산 분뇨 고체 연료화 사업추진

ⓒ한국전력공사 전력연구원

 

한국전력은 경상북도와 축산 분뇨를 활용한 친환경 발전 기술 개발 협력을 위한 MOU를 체결하였습니다. 이번 MOU를 통해 한국전력은 축산 분뇨로 만들어진 고체연료를 사용해 전력과 난방에 필요한 열을 생산하는 열병합 발전 시험 공간을 운영하며, 경상북도는 축산 분뇨를 연료화하는 기술 개발을 추진할 예정입니다. 경상북도는 연간 800만 t 이상의 축산 분뇨가 발생하여 이를 처리할 수 있는 기술 개발이 필요하였는데요. 한국전력은 열과 전력을 공급하는 열병합 발전 기술과 발전 과정에서 발생하는 배기가스 내 유해물질 저감 기술을 보유하고 있습니다. 이를 활용하여 축산 분뇨로 만들어진 고체연료를 친환경적으로 쓸 수 있을 것으로 기대됩니다!

 

시원한 바람을 이용하는 ‘풍력 발전’

ⓒ픽사베이

 

마지막은 풍력 발전입니다. 풍력 발전은 블레이드가 회전하면서 발생하는 기계 에너지를 발전기를 통해 전기에너지로 변환하는 것입니다. 풍력발전기는 수평축 풍력발전기와 수직축 풍력발전기로 나누어지고, 국내에서는 수평축 풍력발전기를 가장 많이 쓰고 있습니다. 수평축 풍력발전기는 바람이 불어오는 방향인 지면과 평행하게 설치되는 발전기이며 구조와 설치가 간단합니다. 그러나 블레이드의 전면을 바람 방향에 맞추기 위해 나셀을 360° 회전시키는 요잉 시스템이 필요합니다. 여기서 나셀은 로터에서 얻은 회전력을 전기에너지로 변환시키기 위한 발전장치들을 모두 포함하며, 요잉 시스템은 블레이드를 바람 방향에 맞추기 위하여 나셀을 회전시키는 장치입니다. 풍력 발전의 장점은 태양광 발전과 마찬가지로 무한한 에너지원이며 친환경적입니다. 그러나, 바람이라는 간헐적 특성으로 인해 출력의 변동이 심하며, MW 대비 많은 면적이 소요된다는 단점이 있습니다. 육상풍력의 문제점을 보완하기 위해 등장한 것이 바로 해상풍력입니다! 해상풍력은 상풍력 대비 입지 제약에서 자유롭고, 대형화로 높은 이용률 확보가 가능합니다. 그리고 인공어초 역할이 가능하여 어족자원 확대, 발전소 주변 지역 산업 개발이 가능해집니다. 한국전력 역시 해상풍력에 많은 관심을 가지고 개발에 힘을 쏟고 있는데요. 어떤 노력을 하고 있는지 알아보러 가실까요?

 

설치까지 단 10일! 한전의 ‘해상풍력 일괄 설치기술’ (3/5)

 

ⓒ한국전력

 

한국전력은 세계 최초로 해상풍력 발전기를 10일 만에 바다에 설치하는 해상풍력 일괄설치 기술을 개발하였습니다. 한국전력이 개발한 해상풍력 일괄설치 기술은 안전한 항구에서 발전기 하부 기초와 상부 터빈을 모두 조립한 후 발전기 전체 구조물을 들어 올려 바다로 운송·설치하는 기술로, ‘해상풍력 일괄설치선 MMB(Multi-purpose Mobile Base)’가 핵심입니다.

MMB는 특수 제작한 리프팅 프레임을 갖춘 해상풍력 일괄설치용 다목적 특수선박을 뜻합니다. 기존 해상풍력 설치방법은 하부 기초를 말뚝을 박아 지반에 고정하는 방식으로 소음과 부유사 발생 및 해양오염의 위험이 있었습니다.

 

ⓒ한국전력공사

 

그러나 한전이 개발한 석션 기초 설치기술(파일 내외부의 수압 차를 이용하여 기초를 지반에 관입하는 급속 설치기술)을 활용하여 풍력발전기를 바다에 설치하기에 설치기간이 단축될 뿐만 아니라 소음·진동·부유사 발생이 없어 친환경 효과가 더욱 커지는 것이죠. 이를 통해 설치비를 약 37억 원 절감하였으며, 설치기간이 90일에서 10일로 단축되었습니다. 현재 한국전력은 1.5GW 신안 해상풍력, 1.2GW 전북 해상풍력사업과 100MW 제주 한림 해상풍력 사업을 개발하고 있습니다. 이외에도 해상풍력 경쟁력 확보와 확대·보급을 위하여 기술 개발에도 앞장서고 있습니다. 해상풍력 선진국인 유럽조차 개발하지 못한 MMB 개발은 해상풍력발전 확대에 크게 기여할 것으로 보입니다.

 


·재생에너지 전력 산업을 이끌어갈 분산형 전원과 한국전력에 대하여 알아보았습니다. 한국전력은 오늘도 고품질의 전력을 공급하기 위해 힘쓰고 있습니다. 많은 응원과 관심 부탁드립니다!!

 

 

 


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