V. 시화호 해양에너지 복합발전 플랜트 조성
5.2.1 국내 외 연구개발 동향
- (국가해양생명자원활용)
해수부의 연구개발투자로KIOST가 보유한 다수의
원천기술 활용에 따른 국산화 전략을 활용한 미래자원 개발은 국가 자원 활 용 측면에서 매우 중요하다.○ 목표
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시화호 감조해수호 공간자원을 활용한 해상풍력-미세조류배양 복합발전 플랜
트 조성
○ 해상풍력발전단지 관련 동향
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해상풍력발전단지 개발과 관련하여 가장 대표적인 사업이 서남해안2.5GW
해상풍력단지 건설 사업이 있다. 이 사업은 크게
100 MW
규모의 실증사업,900 MW의 시범사업,
그리고1.5 GW
규모의 확산사업으로 나누어 단계별로사업을 추진하기로 정부에서 계획하고 진행하고 있으나, 민원문제, 군 레이 더 간섭문제, 환경문제 등으로 인하여 사업 추진에 난항을 겪고 있다.
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우선100 MW
규모의 실증사업의 성공적인 추진을 위하여 최근에는 국가R&D
사업 연구결과물에 대한 실증을 본 사업 해역에서 추진하는 것을 적극추진하고 있으며, 이러한 계획의 대상 터빈으로 다음과 세 가지 형태의 지 지구조물을 적용한 해상풍력터빈이 있다.
트라이포드 석션파일 방식 해상풍력터빈(전력연구원, 지식경제부 과제)
재킷식 해상풍터빈 (POSCO, 지식경제부 과제)
콘크리트 중력식 해상풍력터빈 (한국선급, 해양수산부 과제) 그림 5.3 국가연구개발사업으로 개발되고 있는 해상풍력터빈 지지구조물
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서남해안 2.5GW 해상풍력단지 건설사업, 새만금 해상풍력단지 사업 등이 난항을 겪고 있는 상황에 지난
2015년 4월 제주 탐라해상풍력단지가 착공에
들어갔으며, 2년 정도의 공사기간 및 달간의 시험운영을 거쳐
2017년 12월부
터 상용발전을 시작할 예정에 있다.
탐라해상풍력단지는 제주도에서 추진되 고 있는 여러 해상풍력단지 건설사업 중 하나로 사업추진과 관련하여 주민 수용성 개선 등에 관한 벤치마크 사업이 되고 있다.그림 5.4 30MW 규모로 건설 중인 탐라해상풍력단지 조감도
○ 새만금 해상풍력단지 현황
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한편,
시화호와 유사한 감조해수호 해역에서의 해상풍력단지와 관련하여40
MW
규모의 새만금 풍력발전 시범단지조성 기본계획이 수립된 바 있다.
당시
827억원을 투입해 해상풍력 발전단지를 건설하고, 2~3㎿
국산 풍력터빈의 수출확대를 위한 트랙 레코드를 확보하고자 하였으나
,
국방부, 환경부 등 의 인허가를 취득하지 못해 2014년 결국 무산된 바 있다.-
그러나2015년 한전KPS를 주축으로 새로 설립된 SPC(특수목적법인)
새만금해상풍력㈜에서 전북 군산시 새만금
4호 방조제 안쪽에 31만 5252㎡
부지에 총 사업비는3,600억원을 투자하여,
총 발전용량98.8㎿
규모의 새만금 해상 풍력발전단지 건설을 추진하고 있다. 최근 전기사업허가를 받았으며, 이후 정부부처, 지방자치단체의 인･허가 절차를 진행하게 된다.그림
5.5
전북 군산시 새만금4호 방조제 전경
○ 국내 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cells, MFCs) 분야
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광주과학기술원 장인섭 교수팀은 단위셀을 쌓은 모듈시스템 개발을 성공하여 현장 적용 가능성을 높이는데 일조하였으며, 특히 오염물질을 처리함으 로써 하수처리와 연계하는 방안을 연구하고 있다.
- K-water
미생물연료전지 부서는 하폐수 처리장 에너지 자립화 계획에 따른자립형 물 재생기술에 초점을 맞추고 있으며, 하폐수 정화 장치에 연계함으 로써 소량의 전기에너지와 더불어 바이오 가스를 동시에 추출하는 방안을 연구하고 있다.
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한국바이오시스템(벤처기업)은 미생물 연료전지를 이용하여 전력생산을 하고, 이로 인해 생물학적 기작으로 얻을 수 있는 지표 중 하나인
BOD(용존
산소량
)을 동시에 계측할 수 있는 센서 상용화에 접근해 있는 것으로 알려
져 있다.
그림
5.6
모듈화를 통한 단일 집적 셀방식의
MFC(광주과기원)
그림
5.7
양극과 음극을 교대로 쌓은 샌드위치형 MFC(한국 수자원 공사)그림 5.8 MFC 전력생산과 BOD 계측 가능한 센서 상용화 준비
(한국바이오시스템)
○ 국외에서의 복합발전단지 관련 연구현황
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국외에서도 해상풍력 중심의 복합발전에 관한 연구를 활발히 수행하고 있으나 대부분 해상풍력-파력 및 해상풍력-조류발전 중심의 복합발전에 관한 내 용으로 연구를 수행한 바 있다.
수평축 SeaGen W (고정식 조류발전+해상풍력)
MODEC의 수직축 SKWID
(부유식 조류발전+해상풍력) 그림
5.9
해상풍력-조류 복합발전그림 5.10 해상풍력+파력 부존량 평가결과
(NREL+EPRI)
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독일 프라운호퍼 연구소를 중심으로 해양에너지 복합발전 플랜트 개발을 위한 기초연구(ORECCA, Ocean Renewable Energy Conversion Platform Coordinate
Action)가 수행된 바 있다.
그림 5.11 ORECCA 소개 자료
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에너지섬(Energy Island) 등과 같은 다양한 해양에너지를 개발하기 위한 인프라와 관련한 연구는 대부분 개념 설계 단계로 다양한 아이디어가 제시되고 있으나 구체적으로 연구가 수행되고 있지 않다.
○ 미세조류배양 플랜트 관련 연구현황
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미세조류가 전세계 수많은 연구자들과 기업들로부터 차세대 신소재 및 바이오에너지 자원으로 주목받고 있는 이유는: 1) 단위면적당 고생산성, 2) 비식 량 바이오매스 자원, 3) 비경작지 및 유휴공간 이용 가능, 4) 다양한 수자원 활용 가능(담수
,
기수, 해수, 각종 폐수 및 하수 등), 5) 탁월한 온실가스 저 감 능력, 6) 기존 인프라의 사용으로 사회적 투자비용 저감 및7)
신재생에 너지 뿐만 아니라 단백질원 및 색소 형태의 고부가가치 원료 확보 등을 들 수 있다.-
우리나라뿐만 아니라 미국과 일본에서는 바이오에너지 원료, 식품 및 의료용으로 허가되어 이용되고 있으므로
,
이와 유사한 특허종을 발굴하고 등록하는 연구개발 노력은 전세계 시장을 내다보는 지름길이 되고 있다.
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그러나 이러한 다양한 장점에도 불구하고 원료생산 및 개발에 관한 복합적-
전세계적으로 산업유용종에 대한 특허권리화가 진행됨에 따라 수입문제 등 국내 산업 적용 시 큰 약점으로 대두되고 있으므로 국내에서 다양한 연구개 발 노력이 필요한 상황이다.○ 미세조류배양 플랜트1: 오메가 프로젝트(OMEGA Project)
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나사(NASA)는2008년부터 특수 제작된 플라스틱 백에 미세조류와 폐수를
담아 바다에서 대량 배양하는 오메가 프로젝트를 진행 중에 있다.
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자원소모 없이 조류를 대량으로 배양할 수 있는 기술로, 떠다닐 수 있는 큰플라스틱 백을 바다로 흘려보내는 방식으로 프로젝트가 진행된다.
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폐수로부터 이산화탄소와 영양분을 얻고, 태양빛을 받으며 성장하며 파도는미세조류가 폐수와 잘 섞일 수 있게 해주는 것으로 알려져 있으며, 현재 미 국 샌프란시스코 인근 해안에서 연구수행 중이며 항공유 생산을 목표로 하 고 있다.
그림
5.12
오메가 프로젝트 개념도(좌) 및 실험용 해양부유배양기 모습(우)○ 미세조류배양 플랜트2: 심바이오틱
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이스라엘의 미세조류 기업인 심바이오틱은2006년 세계 최초로 발전소에서
배출되는 이산화탄소를 배양 설비에 직접 연결하여 미세조류를 생산하고 있 으며, 이스라엘 전기(IEC)의 석탄화력발전소와 협력하여
1,600㎡
정도 크기 의 개방형 연못에서 다양한 미세조류의 배양조건을 시험한 바 있다.- 2009년 발전 회사인 중국 궈디앙(國電)과 합작사를 설립하여 12ha
규모의 대형 미세조류 배양시설을 구축하고 인근 펑라이 발전소로부터 이산화탄소를 제공받고 있다.
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이와 같이 발전소나 공장의 이산화탄소 및 폐수를 활용하여 미세조류를 배양하는 경우, 환경오염을 줄이고 바이오 디젤을 생산하는 일석이조(一石二 鳥)의 효과를 기대할 수 있어 많은 관심을 받고 있다.
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또한 미세조류로 폐수를 처리하면 폐수처리 수익이 발생하여 미세조류 기반바이오디젤 생산비용의
18~20%가 개선되는 것으로 보고 되고 있다.
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현재는 미세조류를 통해 이산화탄소나 부영양화를 제거하는 수준이나 앞으로는 중금속 제거나 방사능 오염지역 정화를 위해서도 미세조류배양 기술이 적용될 것으로 예상되고 있다.
그림
5.13 Seambiotic사의 미세조류 생산 실증 시설
○ 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cells, MFCs) 분야
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미 해군연구개발국(ONR)에서는 에너지 연구개발전략의 일환으로 분해된 해
양유기체를 이용한 미생물연료전지를 자가 무인잠수정, 수중 센서, 정찰 및 해양감시용에 쓰이는 주요 전력으로써 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다.
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한편,
네덜란드의 경우 에너지원으로 이용될 수 있는 잔반, 축산분뇨, 오후,농수산 폐기물 등 유기물자원을 접목하여, 생산시기와 장소에 상관없이 전력 생산을 할 수 있는 미생물 연료전지를 개발하고 있다.
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또한 네덜란드에서는 지속가능한 전시회(Duuzamheid)에서 살아있는 식물에서
생성되는 미생물 연료세포를 통해 핸드폰을 충전하는 상용화 모듈을 공개하 기도 한 바 있다.
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한편 최근 미국과 사우디아라비아의 국제협력팀에서는 사람의 침을 이용하그림
5.14
심해저 해양유기체를 이용한MFC모듈(ONR)
그림
5.15
유기물 자원활용 MFC(네덜란드)
그림