충청북도 제천시를 방문한 강초록. 제천 하면 빠질 수 없는 청풍호에도 들렀는데요. 그런데 호수에 뭔가가 둥둥 떠있어요. 저게 대체 뭐냐고 물어보니, 태양광발전 시설이라고 합니다. 풍력과 함께 재생에너지 시대의 주연 역할을 할 거라는 태양광, 앞으로 우리나라에도 태양광 꽃이 활짝 피는 걸까요?
l 태양광? 태양열? 대세는 태양광 발전
▲ 충청북도 제천시 청풍호(충주댐)에 설치된 3MW급 수상태양광 (이미지출저: 스코트라)
얼마 전에 청풍호를 지나가는데, 물 위에 패널이 둥둥 떠있더라. 그게 태양광발전 패널인데, ‘PV(Photovoltaic)모듈’이라고 부른데. 풍력발전처럼 태양광발전도 물에다가 설치하는 모양이야.
네가 부유식 수상태양광발전 시설을 봤나 보다! 풍력에너지와 함께 친환경 시대에서 빠질 수 없는 에너지원이 바로 태양광이지. 지금까지 태양광은 주로 육상이나 건물에 설치했는데, 최근에는 저수지나 댐 또는 매립지 방조제 수면에 설치하는 수상태양광이 주목받고 있어.
근데 늘 궁금하던 건데, 태양광과 태양열은 다른 거지?
다르지. 우리가 태양에서 얻을 수 있는 에너지는 빛과 열, 두 가지야. 태양광발전은 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환해 사용하고, 태양열발전은 열에너지를 전기에너지로 바꿔 사용하는 거야. 그런데 태양광과 달리 태양열발전은 열에너지를 그대로 전기에너지로 교환하지 못하고, 이 열로 물을 끓여 증기를 발생시키고 이때 발생하는 운동에너지로 터빈을 돌려 전기에너지를 생산해. 현재 우리나라에서 보편화된 것은 태양광 방식이야. 태양열 발전이 태양광 발전보다 상용화는 더 빨랐지만, 태양광발전은 모터와 같은 기계를 사용하지 않기 때문에 소음공해, 진동이 없고 유지 보수가 쉽다는 등의 장점이 커서 지금은 태양광발전이 대세지.
l 그린 뉴딜의 한 축, 수상태양광
태양광을 저수지나 댐, 호수에 설치하는 이유는 뭐야?
수상태양광은 산림을 훼손하지 않고 유휴 수면을 이용해 국토를 효율적으로 활용할 수 있고 육상태양광과 비교해서 발전량이 10% 정도 높게 나오는 장점이 있어. 또 저수지라는 게 농업을 위해 인공적으로 만든 시설이잖아. 근데 여기서 전기까지 생산할 수 있으면 일석이조 아니겠어? 한국환경정책·평가연구원에 따르면 우리나라 총 저수 면적의 5%인 26.6Km²만 활용해도 수상태양광 1,612MW를 발전할 수 있데.
그린 뉴딜에 대규모 태양광발전 사업을 추진하는 내용이 포함되어 있는 걸 봤어. 또 정부가 2030년까지 우리나라 재생에너지 비중을 20%로 높이고 2040년에는 30~35%까지 높이겠다는 로드맵을 발표했잖아. 그 한 축이 수상태양광이겠구나.
맞아. 우리나라에는 2012년 경상남도 합천군 합천댐에 처음으로 설치된 후, 지금까지 전국적으로 약 45기 이상의 수상태양광 발전소가 생겼어. 최근에는 고흥 남정호에 국내 최대 25MW급 수상태양광 시설이 완공됐는데, 이 발전소는 연간 3만 5,770MWh의 전력을 생산할 수 있데. 이는 1만 3,000여 가구가 1년간 사용할 수 있는 양이야. 남정호 밖에도 100MW급 사업이 다수 계획 중이라서 국내 최대 수상태양광이란 타이틀도 얼마 안가 다른 프로젝트에 넘겨줘야 할 거야.
그런데 태양광 모듈은 어떻게 물 위에 떠 있는 거지? 지난번 이야기했던 해상풍력발전 모노파일처럼 바닥에 구조물을 심어서 고정시켜 놓았나?
수상 태양광은 대부분 부유식이야. 저수지나 댐의 수면은 계절에 따라 계속 변하게 되는데 PV모듈은 늘 태양광에 노출되어야 하니 부유식으로 설치할 수밖에 없지. 수상태양광의 핵심 구성 요소는 태양광 빛을 받아서 전기에너지로 변환하는 △PV모듈, 그 아래에서 이를 띄우고 있는 △부력체, 그리고 이들을 연결하면서 지지하는 △구조물이야. 물론 이 모두를 수상에 잘 고정시켜줄 계류설비(앵커, 추, 계류선)도 필요하지. 모듈에서 생성된 빛에너지는 수중 케이블을 통해 육지에 있는 전기실로 이동되고 인버터로 송전 가능한 교류 형태로 변환되게 돼. 최종적으로 송전탑으로 흘러가 우리 일상에서 사용되지.
PV모듈은 반도체(태양전지)를 프레임에 설치한 거잖아. 부력체와 구조물은 어떻게 만드는 거야? 해상풍력타워 하부구조물에 크고 무거운 후판을 쓰는 것과 달리 수상태양광 구조물은 가볍고 부식에 강한 소재를 쓸 것 같은데.
부력체는 주로 플라스틱으로 만들고, PV모듈과 부력체들을 안정적으로 잡아줘야 하는 구조물은 스틸, 플라스틱, 알루미늄 등 다양한 소재가 적용되고 있어. 하지만 그중에서 우리나라 수상태양광 구조물 90%가량에 쓰일 만큼 가장 압도적으로 사용되고 있는 소재는 바로 스틸이야.
l 팔방미인 포스맥, 태양광에도 핵심 소재!
‘철은 녹슨다’라는 게 고정관념인데, 수상 구조재로 스틸이 가장 많이 쓰인다니 의외다!
들어봤을걸? 포스코의 고내식 강재 ‘포스맥(PosMAC, POSCO Magnesium Aluminium Coating product)’! 수상 태양광발전 하부구조물은 내식성이 수명을 좌우하는데, 포스코는 여기에 일반 아연도금제품보다 최대 5배 이상 부식에 강한 포스맥을 공급하고 있어. 네가 다녀온 청풍호는 물론이고, 현재 우리나라 최대 규모인 남정호에도 포스맥이 적용됐지.
포스맥은 건축물 내외장재, 가로수 보호대, 저류조, 가드레일 등에도 쓰이잖아. 활용도가 엄청나다고 생각했는데 수상태양광에도 사용되다니! 정말 사방팔방에서 찾는 팔방미인이구나!
포스코의 대표 WTP(World Top Premium) 제품인 포스맥은 포스코 고유 기술로 개발된 도금 강판이야. 스틸 위에 아연-마그네슘-알루미늄(Zn-Mg-Al) 3원계 합금 도금을 입힌 고내식 강판이지. 익히 알려진 대로 부식 환경에 강한 강판이라 수상 태양광 구조물로 안성맞춤이라고 해.
어떻게 해서 그렇게 부식에 강할 수 있는 거야?
그 비결은 3원계 도금층이 산화하면서 만들어지는 부식 생성물에 있어. 육안으로는 관찰이 힘들지만 이 부식 생성물은 아주 치밀하고 안정적으로 만들어져서 포스맥 표면에 필름처럼 막을 형성하게 돼. 이걸 ‘산화층’이라고도 부르는데, 반영구적으로 표면 부식을 막아주고 절단된 부분까지 커버해서 절단면의 내식성도 높여준대.
아주 치밀한 녹이 강판 표면을 감싸서 더 이상 녹이 생기지 못하도록 한다는 거네! 신기하다.
태양광 설비는 한번 설치하면 오랜 시간 햇빛을 받으면서 외부 환경에 노출되어 있잖아. 요즘은 간척지에도 태양광발전 설치를 고려하다 보니까, 지속적으로 증발하는 습기나 염분을 견딜 수 있는 포스맥이 인기지.
내식성 말고 다른 성능은 어때? 저렇게 수면에 설치된 태양광 구조물은 태풍 오면 파손되고 그러는 거 아니야?
좋은 지적이야. 바로 그 점 때문에 포스맥이 많이 사용되거든. 수상태양광은 태풍과 같은 센 바람에도 견뎌야 하고 수면에 파랑(波浪)이 발생하는 경우에도 파손되지 않아야 해. 바람이 불 때는 높은 강도와 연신율로 안전하게 버텨야 하고, 파랑이 일 때는 수면 위를 유연하게 타고 넘어야 파손되지 않을 수 있어. 강하면서도 유연해야 하니 쉽지는 않지. 수상태양광에 적용되는 포스맥은 최대 강도가 400~500MPa이나 되고 연신율(늘어나는 비율)도 30% 수준이라서 이런 수상 환경에 딱 맞는 소재라고 할 수 있지. 그리고 수상태양광 구조물의 중간중간에는 유연한 움직임을 위한 연결부가 설치되어 있어. 그래서 파랑이 높게 생기는 날에는 수면에 딱 붙어서 넘실거리는 모습을 볼 수 있어.
l 포스맥과 함께 하는 수상태양광, 환경영향은?
자, 그럼 이번에도 태양광발전이 지구에 얼마나 이로운 건지 바로 알아봐야지?
네가 다녀온 청풍호를 기준으로 이야기해볼까? 청풍호의 수상태양광 구조물 역시 포스맥으로 제작됐다고 했지? 포스맥을 포함해서 청풍호 수상태양광발전의 소재와 부품 제조 단계부터 설치와 사용까지 전 과정(Life Cycle) 관점에서 환경영향도를 들여다볼게. 청풍호 태양광발전은 340w의 발전량을 갖춘 PV모듈 유닛이 720개 설치되어 있고 총용량은 3MW급이야. 하루 평균 발전 시간을 3시간 30분 정도로 보면, 1년 동안 약 3.8GWh의 청정 전력을 공급할 수 있다는 계산이 나와. 이건 우리가 현재 사용하는 전기, 즉 화석연료를 포함해 발전하는 전기를 쓰는 것보다 약 1,500톤의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 양이지. 수상태양광이 주로 20년 정도 운영되니까 수명 동안 약 76GWh의 친환경 전기를 생산하고 이산화탄소는 약 3만 톤 저감할 수 있어. 이는 연간 4,500그루의 소나무가 흡수할 수 있는 탄소의 양이야.
3MW급 발전인데도 이 정도 효과구나. 100MW급 사업도 많이 계획 중이라고 했으니까 앞으로 친환경 기여도가 훨씬 더 크겠구나. 수상태양광, 해상풍력… 재생에너지 시대에 포스코의 역할도 더 커지겠다.
우리는 이제 탄소 등 환경유해물질을 발생시키지 않는 에너지로 움직이는 세상으로 가고 있어. 그 중심에는 재생에너지가 있고, 재생에너지는 미래 친환경 에너지인 수소와도 연결고리가 있으니 그 중요성이 엄청나지.
갑자기 수소 에너지? 수소 에너지와 재생에너지가 어떤 관계가 있길래?
완벽한 수소 사회를 이루려면 재생에너지가 필수거든. 재생에너지를 기반으로 물을 전기분해해서 수소를 생산하면, CO2가 완전히 발생하지 않는 수소 사회가 가능해져. 이를 위해 풍력, 태양광, 조력 등과 같은 재생에너지가 필수적이라는 말씀! 태양광, 풍력, 수소가 함께 하는 완전한 그린 에너지 시대.. 하루빨리 앞당겨서 누려보고 싶지 않아?
이제 친환경 에너지는 선택이 아닌 필수! 태양과 바람, 물에서 얻는 청정에너지 시대가 본격적으로 시작되고 있습니다. 그리고 그 과정에는 늘 포스코의 GPS가 함께 합니다!