척추뼈같은 해상 파력 발전기… 이걸로 3만5000가구에 전기를 공급할 수 있다고?

웨이브라인 자석 발전기는 지금까지 보지 못하던 수cm 두께의 서로 연결된 여러 개가 파도 위에서 넘실대듯 떠다니는 플랫폼으로 구성돼 있어 척추처럼 보인다. (사진=SWEL)
파도의 힘을 이용한 웨이브라인 자석 이용 발전기를 가까이서 본 모습. (사진=SWEL)

전 세계는 지구온난화에 대응해 증가하는 에너지 수요를 충족시키기 위한 재생 가능한 자원 활용방법을 찾고 있다. 이같은 탄소 배출 저감 노력 속에 그간 파도의 힘을 이용하기 위해 다양한 접근법을 시도해 왔다. 하지만 파도의 힘을 적절히 잘 활용한 편리하고 효율적인 발전기가 나오고 있는가는 여전히 의문이다.

이런 가운데 화석연료를 이용한 전력생산 효율 수준의 파동 에너지 발생기가 등장해 주목을 끈다. 동물의 척추에서 영감을 받아 만든 파도 에너지 발전기, 즉 파력 발전기다. 특히 가벼워 설치하기 쉽고, 비용효율적인데다 소재 활용면에서도 친환경적이라는 점이 자랑이다.

인터레스팅 엔지니어링, 디자인붐 등은 지난주 영국과 키프로스에 기반을 둔 연구개발(R&D) 전문 스타트업 해파 에너지 유한회사(Sea Wave Energy Limited·SWEL)가 설계한 파도에너지를 이용한 독특한 부유식 발전 장치를 소개했다.

SWEL은 올해 1월 최신 ‘웨이브라인 마그넷’(WaveLine Magnet) 모델 메커니즘을 시뮬레이션한 컨셉 디자인을 내놓았다. 지난 2016년 시제품을 내놓은 이래 많은 연구와 테스트 끝에 나온 결실이다.

부유식 부표에서 물의 압력 차이를 이용하는 수중 발전기에 이르기까지 다양한 방법이 시도된 가운데 최대 관심사는 편리하고 비용 효율적으로 확장 가능한 기술을 제공할 수 있는가였다. 그리고 이제 SWEL은 이 파도 발전기 모델로 그 가능성을 제시하려 하고 있다.

값싼 파도 발전의 비밀은 파드라인 자석

SWEL 연구개발 팀은 기본적으로 SWEL의 파동 자석은 척추와 같은 중앙 전력 시스템을 통해 연결된 여러 개의 유동 플랫폼으로 구성되며, 파동 움직임을 원활하게 따르는 유연하고 모듈식 장치를 만든다고 말한다. 육지에서 실험중인 모습. (사진=SWEL)
두께가 몇 cm에 불과한 작은 질량의 WEC는 매우 견고하고 어떤 물 환경에도 견딜 수 있어 안전한 플랫폼이다. 바다에서 실험중인 모습. (사진=SWEL)

영국과 키프로스에 본사를 둔 해파 에너지 유한회사(Sea Wave Energy Limited·SWEL)는 10년 이상 파도로부터 에너지를 포착하는 기술을 연구해 왔다. 이 회사는 올해 초 웨이브라인 자석(Waveline Magnet)을 이용한 파도에너지 전환기(Wave Energy Converter·WEC)로 불리는 파도를 이용한 발전기 시제품을 공개했다.

웨이브라인 자석은 지금까지 보지 못하던 수cm 두께의 서로 연결된 여러 개가 파도 위에서 넘실대듯 떠다니는 플랫폼으로 구성돼 있어 척추처럼 보인다. 물론 플라스틱 내부에는 자석이 들어가 있어 파도 에너지를 전기에너지로 바꾸는 역할을 한다.

이 유연한 모듈식 시스템은 장점은 크게 두가지다.

첫째, 에너지 발생기가 파도의 움직임을 원활하게 따라갈 수 있도록 설계됐다. 회사 측에 따르면 이 장치는 파동으로부터 제어되고 중단되지 않는 방식으로 추출 에너지 양을 제어할 수 있다.

둘째, 특수 생산 라인이 필요하지 않은 플라스틱 및 강화 플라스틱을 사용해 장치를 제조할 수 있어 제조비를 절감할 수 있다. 장치를 신속하게 제작하고 배치할 수 있을 뿐만 아니라 수리 및 유지 보수 비용도 저렴하다. SWEL은 적절한 조건에서 하나의 파동 에너지 변환기는 100MW의 전력을 생산할 수 있으며, 에너지 생산 비용이 낮기 때문에 이미 화석 연료와 동등하다고 주장하고 있다.

셋째, 재생 재료를 사용함으로써 친환경적인 발전 장치가 될 수 있다는 점이다.

파력 발전 상용화의 길

가볍고 단순한 ‘웨이브라인 마그넷’은 제조 및 운송에 드는 높은 비용을 절감한다. 또한 강화 플라스틱과 같은 관리 가능한 (재활용 가능한) 재료를 사용하여 만들 수 있기 때문에 수리 및 유지보수도 쉽다. (사진=SWEL)
파도위에서 작동중인 ‘웨이브라인 마그넷’의 내부 모습. (사진=SWEL)
파도위에서 작동중인 파도 발전기 아랫부분. (사진=SWEL)

이 시제품은 대부분 통제된 환경에서 테스트됐다. 이 장치는 그동안 육지의 파도를 일으키는 수조에서 시험돼 오다가 지난해 해상 시험을 위해 키프로스의 라르나카 만으로 반출됐다.

이 장치는 추가 검증이 필요하며, 아직 기술 개선의 여지가 있다.

회사측은 바다에서의 생존 가능성과 관련, 이 장치의 척추와 같은 이동성이 파도에 대항하기보다는 파도에 따라 움직일 수 있게 함으로써 장치의 수명을 늘릴 수 있다고 확신한다.

이 장치는 재활용된 재료를 사용해 만들 수도 있기 때문에, 태양 전지판이나 풍력 터빈처럼 환경에 부담을 주지 않게 된다. 이 장치에 사용되는 플라스틱은 강화 플라스틱으로서, 이것은 폐 플라스틱을 재탄생시킬 뿐만 아니라 덜 탐사된 재생 에너지원을 활용하는 데 도움이 된다.

올바른 조건 및 힘(즉, 중립 변위 이론)에 따르면, SWEL은 단일 파도에너지전환기(WEC)에서 생산된 전력이 100MW에 이를 수 있다고 추정한다. 또한 현장 테스트를 통해 파력이 클수록 더 많은 에너지를 활용할 수 있음을 알 수 있다. SWEL은 파동 기후에 맞게 확장되는 단일한 ‘파동 자석’ 장치가 허브의 현재 그리드 연결 기능보다 더 많은 것을 충족시킬 수 있다고 주장한다.

이 회사의 다음 단계는 기술을 상용화해 대량생산에 투입하는 것이다. 그러나 개선의 여지를 마련하려면 파일럿 모델 모델에 대한 추가 시험이 필요하다.

계획대로 된다면 웨이브라인 자석은 실제로 회사가 웹사이트에서 주장하는 것처럼 세계에서 가장 효율적이고 저렴한 파동 에너지 발전기가 될 수 있을 것이다.

한국풍력산업협회(http://www.kweia.or.kr)에 따르면 일반 풍력발전기 1대가 생산하는 2MW(메가와트)는 약 700가구가 1년 동안 사용할 수 있는 전기를 생산한다. 따라서 이 키프로스 스타트업이 개발한 새로운 파동 발전소는 시끄러운 소리를 내지도 않고, 손쉽게 설치할 수 있고, 설치시 주변 환경도 파괴하지 않으면서 연간 최대 3만5000가구에 안정적인 전력을 공급할 수 있다는 계산이 나온다. 섬이나 해안도시에 꽤 엄청난 전력을 공급할 수 있을 것으로 기대된다.

아래 두 편의 동영상은 이 회사가 지난 2016년, 2018년, 2022년에 파도 발전기를 시험한 모습이다.

이재구 기자

jklee@tech42.co.kr
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