[신재생에너지 혁신] 독일, 라인江 물살 이용한 친환경 수력발전 도입

[녹색경제신문 = 박진아 유럽 주재기자] 태양광 및 풍력 등 신재생에너지로 발전되는 전력 공급은 하루 해가 저문 밤 시간과 바람이 없는 잔잔한 날이 되면 전기 발전량이 급감하지만 사람들은 그럴 때일수록 더 전기를 필요로 한다. 

신재생에너지 분야의 과학자와 엔지니어들은 낮밤이나 일일 기상변화와 상관없이 안정적으로 가동되는 발전 기술을 모색하고 있다. 태양광・풍력 발전 특성상 발생하는 불규칙한 에너지 발전량과 수급의 불일치 현상으로 인해서 전력량의 전무와 과잉이 반복되는 전력 공급 공백 및 그리드망 과부하 문제를 해결하기 위해서다.

신재생에너지 선진국인 독일에서는 올봄부터 강물의 물 흐름을 이용한 유수(流水) 발전 기술을 세계 최초로 도입하고 성능 실험에 돌입했다.

독일 라인란트팔츠 주(Land Rheinland-Pfalz)의 환경부는 라인강 계곡에 자리한 유서 깊은 중세 도시 장크트 고아르(St. Goar) 인근의 라인강 일부 구역에 유수 발전 시설 설치를 승인하고 태양광과 풍력 발전이 다 충족시키지 못하는 시간대와 날씨의 전력 생산을 보충하겠다고 발표했다.

주 정부 측은 3월부터 우선 터빈 3대를 라인강에 투입해 가동에 들어갔으며, 단계적으로 최종 124대까지 늘려나갈 계획이라고 밝혔다.

라인란트팔츠 연방주는 독일 서남부에 위치한 연방주다. 장크트 고아르 시가 인접한 라인강 중류는 유수 발전에 적합한 자연조건 — 좁은 골짜기 지형과 물살의 흐름—을 갖춘 곳이라 평가된다.

라인강 중류는 폭이 좁은 계곡 지형에 다량의 강물이 꾸준히 지속적으로 흘려보내기 좋은 지형을 갖췄을 뿐만 아니라, 시간당 5.5~7.2km 속도로 흐르는 물살 흐름은 수중 터빈의 로터를 지속적으로 회전시키는 데에도 이상적이다. 또, 라인강 하류처럼 물류 수송용 선박의 왕래가 없고 환경 당국이 통합적 관리・대응하기 용이한 자연조건이다.

♢ 전기 만드는 물고기 ‚에너지피시’ — 초소형 ‚미니‘ 수력 발전 시스템 디자인

이번 라인강 중류에서 시험 도입된 유수 발전 시설은 기존의 화력발전소, 수력발전 저수지 혹은 원자력 발전소같이 한 대의 거대한 시설이 아닌, 말하자면 강물 속을 헤엄치는 물고기떼처럼 설치된 수중 초소형 수력발전소(micro-hydropwer plant)다.

청정에너지 기술 기업 에너지 마이너 사가 ‚터빈 무리 발전소(swarm power plant)‘라 이름붙인 것에서 미뤄볼 수 있듯, 에너지피시는 물고기떼가 물 속에서 무리 지어 헤엄치는 원리에서 영감 받아 개발된 강물 속 수력 터빈 장치다.

‚에너지피시(Energyfisch)’ 터빈은  대약 소형 승용차 한 대와 비슷한 280cmX240X140(가로X세로X높이) 크기와 80kg 무게로 설계됐다. 에너지피시 한 대에서 평균 1.8킬로와트(최대 출력량 6킬로와트)의 전력량이 생산된다.

터빈 장치는 저 전압선으로 강바닥에 고정된 채로 물 표면 바로 아래 부유하면서 일정하게 흐르는 강물의 운동으로 발전기를 구동해 전기를 생산한다. 비로 인해 강 수면이 상승하거나 겨울철 결빙 시처럼 강의 환경이 변화할 경우, 자동으로 물 흐름이 안정적인 강바닥으로 가라앉아 터빈 회전을 지속할 수 있도록 설계됐다.

전력 생산량이 급감하는 밤 시간과 바람이 없는 날에도 인근 장크트 고아르 주민들이 필요로 하는 전력 수요를 보충하는 것이 이번 라인강 유수 발전소의 주 목적이다. 

환경부 담당자들에 따르면, 수중 터빈 100대로 연간 1.5기기와트/시 생산이 가능할 것으로 전망된다. 이는 장크트 고아르 시내 4인 기준 460 가구에 공급할 수 있는 전력량이다.

♢ 새 친환경 수력 발전 솔루션으로 주목되는 유수 발전 첫 시행 사례 — 환경과 생태계에 미칠 부작용 지속적 관찰 필요해

유수 발전은 여러 자그마한 부유식 수중 터빈(turbine)을 흐르는 물속에 부유시켜 물이 일으키는 운동으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 유체 동력학(hydrokinetic) 원리에 기초한 신재생에너지 기술이다.

유수 발전의 최대 장점은 수력 발전소처럼 자연 경관과 천연 동식물 서식지 파괴나 자연경관 변형을 감수해가며 댐과 저수지를 건설할 필요 없이 강물이나 하천 본유의 물 흐름을 이용해 24시간 에너지를 생산할 수 있다는 것이다.

한편, 유수 수력 발전 시스템은 환경적 반대급부의 원인을 초래한다는 점에서 환경 보호 단체와 환경부당국의 지속적인 환경 영향성 관찰이 필요한 전력 공급 방식이다. 뮌헨 과기대 연구진은 토종 서식 물고기 생태계 파괴와 이동로 교란뿐만 아니라 빠르게 회전하는 터빈 날개는 강 속 수중 생물을 해치는 등 에너지피시 터빈이 미칠 장기적 효과를 관찰 연구하고 있다.