호리병처럼 생겼는데 파도의 힘을 전기로?…신개념 파력 발전 [고든 정의 TECH+]

햇빛이나 바람처럼 파도 역시 아무리 써도 고갈되지 않고 오염 물질을 배출하지 않는 에너지를 지니고 있습니다. 하지만 이를 전기로 만드는 데 상당한 비용이 들어갑니다. 언뜻 생각하기에 물의 밀도가 공기보다 훨씬 높기 때문에 풍력보다 파력 에너지가 상용화가 쉬울 것 같지만, 파도의 강한 힘에 부서지지 않으면서 바닷물의 부식에도 견딜 수 있는 파력 발전기를 만드는 일이 만만치 않은 과제입니다.

정확히 말하면 파력 발전기 자체를 만드는 일은 어렵지 않은데, 이렇게 만든 파력 발전기가 파도에 손상되지 않으면서 태양광이나 풍력보다 더 경제적으로 전기를 생산하기가 어렵습니다. 따라서 전 세계 많은 연구자와 스타트업이 저마다 새로운 아이디어를 들고나와 상업 파력 발전에 도전하고 있습니다. 스웨덴의 코파워(CorPower)도 그중 하나입니다.

코파워가 개발한 C4 파력 발전기는 외형부터가 범상치 않습니다. 거대한 호리병처럼 생긴 외형에 물 위에 둥둥 떠 있기 때문에 발전기보다는 부표식 등대 같은 느낌입니다. 더구나 밖에서 봤을 때 움직이는 부분이 없기 때문에 어떻게 발전하는지도 의문입니다. C4의 비밀은 부표 안에 숨어 있는 독특한 용수철 시스템인 웨이브 스프링(WaveSpring)에 있습니다. 긴 기둥에 연결된 스프링이 이동하면서 물 위에 떠 있는 파력 발전기를 아래위로 더 많이 움직이게 만들어 효율을 높이는 것입니다. 이런 독특한 구조 덕분에 C4의 발전 효율은 비슷한 크기의 파력 발전기보다 300% 높다는 게 제조사의 설명입니다.

하지만 앞서 말한 것처럼 파력 발전기 상용화가 어려운 이유 중 하나는 거친 파도와 폭풍 때문입니다. 파력 발전기를 설치하기에 가장 좋은 곳은 물살이 빠르고 파도가 높은 바다일 것입니다. 그러나 이런 장소에 설치된 파력 발전기는 태풍이나 바람이 강한 날 엄청난 힘을 받아 손상될 가능성이 높습니다.

그런데 바로 여기서 웨이브 스프링 시스템의 진가가 발휘됩니다. 이번에는 스프링 시스템이 고정되면서 마치 자동차 현가장치의 충격 흡수용 용수철처럼 작동해 흔들림을 잡아주기 때문입니다. 따라서 이론적으로 파도가 강한 바다에 설치해도 오랜 시간 손상되지 않고 발전이 가능합니다. 물론 실제로도 그런지 확인할 방법은 진짜 바다에서 테스트해 보는 것뿐입니다. 코파워는 높이 19m, 지름 9m인 C4 파력 발전기를 파도가 강한 포르투갈 인근 바다에서 실제로 테스트했습니다. 그리고 테스트를 시작한 지 3개월 만인 2023년 11월에 높이 18.5m의 거대한 파도가 발생했습니다. C4 파력 발전기는 의도한 대로 거친 파도를 이겨내고 정상적으로 작동했습니다.

이번 테스트에서 C4 발전기는 최대 600kW의 전력을 생산했습니다. 이론적인 최대 발전치는 850kW 정도이지만, 안전을 위해 제한한 것입니다. 코파워는 이보다 더 대용량 파력 발전기 2만 개를 설치해 20GW 정도의 대규모 파력 발전소를 건설하면 규모의 경제를 확보할 수 있다고 보고 있습니다. 그러면 발전 단가를 MWh 당 33-44달러 정도로 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

다만 그 과정은 쉽지 않을 것으로 보입니다. 풍력이나 태양광이 현재처럼 거대한 산업으로 성장할 수 있었던 것은 지난 수십 년에 걸친 대규모 투자와 연구를 통해 어느 정도 경제성을 확보했기 때문입니다. 현재 걸음마 단계인 파력 발전이 이 정도로 성장하기 위해서는 많은 시간 인내심을 가지고 투자할 기업이나 국가가 필요합니다.

그래도 희망적인 부분이 있다면 지속 가능한 미래와 친환경 에너지에 대한 관심이 커지면서 풍력과 태양광 이외에 다른 방법에도 관심이 늘어나고 있다는 것입니다. 파력 발전은 태양광처럼 많은 토지를 필요하지 않고 풍력 발전기 설치 비용이 많이 드는 깊은 바다에서도 설치가 상대적으로 쉽다는 장점이 있습니다. 따라서 경제성을 확보하기 위해 코파워처럼 참신한 아이디어가 계속 나오고 있습니다. 과연 이 가운데 실제 상용화에 성공하는 것은 누가될지 궁금합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com