수상태양광발전의 기회 ‘바다’ 그러나 숙제가 많다
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수상태양광발전의 기회 ‘바다’ 그러나 숙제가 많다
박명석 한국폴리텍대학 광명융합기술교육원 전기에너지시스템과 교수
  • 기호일보
  • 승인 2020.10.05
  • 10면
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박명석 한국폴리텍대학 광명융합기술교육원 전기에너지시스템과 교수
박명석 한국폴리텍대학 광명융합기술교육원 전기에너지시스템과 교수

삼면이 바다인 우리나라 해양에 태양광발전 시스템을 설치하려면 어떤 기술에 집중해야 될까? 태양광발전 시스템은 다른 재생에너지 시스템에 비해 넓은 설치 면적이 필요하며, 이로 인해 비롯된 환경 및 기타 문제점이 지적돼 왔다. 이를 해결하기 위해 댐과 저수지 및 호수 등에 설치하는 ‘수상태양광발전 시스템’이 제안되고, 설치되고 있다. 이제 우리나라에서 육상에 태양광발전 시스템을 설치하는 것은 오히려 환경을 해치는 재생에너지원이 돼 일반적인 육상태양광발전 시스템 사업은 주춤하고 있다. 

이런 가운데 수상태양광발전 사업이 댐과 저수지 및 호수를 넘어 바다에 설치하기 위한 안정성과 관련된 기술을 개선시키기 위한 연구를 ‘한국수력원자력’에서 진행 중이지만, 적절한 연구방법론 체계가 아직 성립되지 않은 실정이라고 한다. 기존의 수상태양광 환경과 달리, 해양(바다)으로 설치지역이 변경되면 파랑 하중이나 염수 내식성 등에 대한 안전성 확보가 매우 중요한 요소가 된다고 전문가들은 이구동성으로 이야기하고 있다. 즉 파랑 하중은 정확한 예측과 이에 대비한 설계가 매우 중요하고, 해수의 염분은 구조물, 프레임에 대한 부식 대책이 필요한 것이다. 

태양광 산업이 지금까지 민간 주도로 이어져 왔고, 경제성 논리로 접근돼 수익 사업으로 인식되면서 그동안 많은 기업에서 구조설계 및 구조물은 태양광발전에서 부대 시설로 인식돼 왔고, 구조적 안전은 후순위로 밀려왔다. 수상태양광발전 시스템은 육상태양광발전 시스템과 다르게 설치 위치가 수면에 존재하므로 안전성 판단 오류 시 발전소 전체가 붕괴될 수 있기 때문에 무엇보다도 안전성을 최우선으로 판단해야 한다. 육상태양광발전 시스템은 기초를 설치하고 태양전지를 설치하기 위한 구조물을 축조하는 방식이지만, 수상태양광발전은 기초 대신 부력체가 설치된 부유식 구조물이 필요하게 되므로 태양광발전과 부유식 구조물이 복합된 형태다. 

따라서 전력을 생산하는 기본적인 기능에 앞서 기초 구조적 안전성 확보를 위해서는 부유식 구조물에 대한 올바른 이해가 필요하다. 육상에 설치되는 태양광발전 시스템은 태양전지를 설치하는 목적으로 설계되고, 음영 손실을 없애야 하므로 태양전지 후면에 구조물이 설치된다. 따라서 구조설계 시 태양전지에 가해지는 풍하중이 대부분 하중으로 작용하게 된다. 또한 태양전지에 가해지는 풍하중과 자중 등은 구조물을 통해 기초로 전달되며, 구조물의 기초에서는 발전소에 가해지는 수평방향 및 수직방향 하중을 모두 저항할 수 있도록 설계된다. 수상태양광발전 시스템은 육상태양광발전 시스템과 유사하게 태양전지와 태양전지를 지지하는 구조물로 구성되지만, 구조적인 관점에 판단하면 하중전달 구조가 명확한 차이를 나타낸다. 

발전소의 자중을 비롯한 각종 설비 자중, 풍하중의 수직 분력 등은 각 구조물에 설치된 부력체를 통해 수중으로 전달되고, 풍하중의 수평분력, 유속 등에 의해 가해지는 수평방향 하중은 계류를 통해 앵커와 지반으로 전달된다. 또 수상태양광발전 시스템은 저수지 및 댐 등의 담수호에서 방조제 및 해양(바다) 발전사업으로 성장하고 있는 가운데 설치 방식이나 구조적인 접근 방법은 기존 담수호의 방법을 개선없이 적용하는 분위기다. 상식적으로 판단해도 넓은 수면에 발전소 설치 조건은 파랑 및 파고 등의 증가로 더욱 열악해지고, 대부분 해안가에 위치하고 있어 염해에 대한 장기 내구성까지 고려해야 하지만, 이를 해결하기 위한 기술적 노력과 기술 기준은 시장의 성장속도에 미치지 못하고 있는 현실이다. 

즉 해양(바다)에 설치되는 수상태양광발전 시스템 우선적으로 부력에 대한 장기 내구성, 구조재의 부식에 대한 대책 등 염해환경에 대한 재료적 선택이 검토돼야 하고, 기상조건에 의한 바람, 파고, 파랑 등 하중에 대한 차별화된 검토가 요구된다. 물론, 새로운 방식의 제품이나 기술 개발에는 많은 경제적 노력이 소요되지만, 수상태양광발전의 장기적 안전성 확보와 성장을 위해서는 관련 전문기업의 끊임없는 노력이 지속돼야 하고, 수상태양광발전 시스템에 맞는 적절한 기술 기준 정립이 시급한 시점이다.

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