2006년까지 '태양광주택1만호보급계획' 추진
지난해 말 정부는 2010년까지 대체에너지보급을 5%로 확대하고 태양광, 풍력 등을 중점 기술개발 분야로 선정, 집중 지원하고 2011년까지 태양광 3만호 보급 및 대체에너지 시범마을 100개 조성 사업을 추진한다는 내용이 수반된 제2차 국가에너지 기본계획을 발표했다.
화석연료의 지역적 편중성과 매장량의 한계, 지구온난화방지 위한 국제여건변화에 대처할 수 있는 부존자원인 한국의 대체에너지원의 현 주소를 제조명한다.
다용도 소수력 발전
소수력발전은 농업용 저수지, 하수처리장, 정수장, 다목적 댐 용수 등에도 적용할 수 있다는 점을 감안할 때 국내의 개발잠재량은 풍부하며, 청정자원으로 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있다.
국내의 경우 지난 82년 이후 ‘소수력 개발 활성화 방안’ 공포 이후 시작됐으며 정부 및 에너지관리공단의 지원으로 현재(2001년) 하천 15개소, 기존댐 10개소, 저수지 4개소, 하수 처리장 1개소 등 30개 지역에 설치됐으며 연간 83,734MWh의 전력을 생산하고 있다.
또 현재 개발 추진중인 소수력 발전소는 23개소, 총설비용량 16MW로 일반 하천뿐 아니라 경제성 향상을 위해 기존댐 등의 구조물을 이용한 소수력개발과 지방자치단체, 수자원공사, 농업기반공사 등 공공기관이 사업주체가 되어 적극적인 개발을 추진하고 있으며 특히 중·저낙차 소수력개발 입지인 농업용저수지와 다목적댐의 소수력 개발에 주력하고 있다.
지난 91년부터 2001년까지 국내 소수력관련 분야의 기술개발투자는 ‘카프란수차 설계기술 및 국산화 개발’(99년)과 ‘튜브라 수차개발’, ‘횡류형 수차개발’등에 총 5억3,700만원이 투입, 이중 정부가 4,300만원을 지원했으며 카프란수차개발의 경우 국산화율이 95%이상으로 현재 상용화 보급단계에 있다.
또 지난 99년에는 국내 소수력 자원조사 및 개발 활성화 방안에 대한연구를 수행한 바 있으며 지난해에는 국내에 산재되어 있는 농업용저수지 및 다목적댐을 이용하기 위한 중·저낙차용 프란시스수차 기술개발에 착수키도 했다.
한편 정부는 ‘소수력 발전 보급 지원제도를 강화한다’는 목표 하에 소수력 발전 시설투자 및 운영상의 경제성 확보를 위해 ‘대체에너지이용 발전전력의 기준가격 지침’을 제정한 바 있으며 소수력발전의 지속적인 확대를 위해 시설융자금 지원도 병행토록 하는 등 지원을 소홀히 하지 않았다.
지열에너지
태양과 지구가 존재하는 한 계속 생성되는 지열은 지표면 얕은 곳부터 수㎞깊이에 존재하는 뜨거운 물과 돌을 포함해 땅이 가지고 있는 에너지를 말한다.
지표면을 통해 태양열의 약 47%를 저장하며 태양열을 흡수한 땅속 온도는 저항에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 경우 대략 10℃∼20℃정도로 큰 변화가 없으나 지하 수 ㎞의 지열 온도는 40℃∼150℃이상 유지된다.
한국의 경우 일본, 이태리 등의 나라와 갈리 화산지대가 거의 존재하지 않아 심층지열 이용은 매우 어려운 것으로 밝혀졌으며 이에 현재는 지하 100∼150m 깊이의 지열을 이용하는 시스템 개발 보급이 점진적으로 활성화되는 추세에 있다.
대체에너지원으로 활용키 위한 지열(은 지표면으로부터 수내지 수십미터 깊이의 흙(ground source), 지하수(ground water source), 호수나 강물(water source) 등이 있으며 이들 지열들은 통상 건물의 냉·난방 열원으로 활용된다.
이의 에너지원을 열원으로 활용키 위한 주요설비로는 지열을 회수하기 위한 열교환기와 회수한 저온의 지열을 유효에너지로 변환시키기 위한 히트펌프(heat pump)가 있다.
히트펌프는 지열과 같은 저온의 열원으로부터 열을 흡수해 고온의 열원에 열을 주는 장치로 열을 빼앗긴 저온측은 여름철 냉방에, 열을 얻은 고온측은 난방에 이용할 수 있는 설비이며, 지열을 회수하는 파이프(열교환기) 회로구성에 따라 폐회로(Closed Loop)와 개방회로(Open Loop)로 나누어진다.
국내 지열분야 기술개발지원은 지난 88년부터 현재까지 3개 개발과제로 주로 심층 지열원 이용을 위한 지열에너지 탐사개발이 시행해 왔다.
현재는 선진국에서 널리 상용되는 히트펌프를 이용한 지열 냉·난방시스템 개발에 주력하고 있으며 특히 경제성 확보를 위한 히트펌프 성능계수 향상과 지중열교환기의 효율향상 등에 기술개발지원을 할 계획이다.
또 이미 설치되어 운전되고 있는 건물의 지열이용시스템에 대한 성능평가 및 효과측정 등을 위해 실용화 평가사업도 함께 추진할 계획이다.
운영비가 지존의 설비보다 적은 히트펌프를 이용한 지열이용시스템은 초기투자비가 크다는 경제성이 약한 단점이 있어 지난 2,000년 최초 도입이후 현재(2002년 5월)까지 설치된 곳은 학교, 모텔 등 약 10개소이며 미8군내 아파트 156개동에 지열이용 열펌프 156대가 외국사에 의해 설계 시공된 바 있다.
앞으로 고성능 히트펌프의 개발과 지중열교환기 효율이 높아지면 히트펌프를 이용한 지열이용시스템의 보급은 점진으로 증가할 것으로 전망된다.
태 양 광
이 시스템은 햇빛을 반도체 소자인 태양전지판에 쏘이면 전기가 발생하는 광전자효과(photovoltaic effect)를 이용한 것으로 무공해, 무소음 등 무한에너지의 대표적인 대체에너지 시스템의 하나다.
지난 70년대 오일 쇼크 이후 미국을 중심으로 태양전지의 연구개발 및 상업화가 이루어 졌으며 태양전지는 점점 더 대면적화 되고 생산단가도 계속 낮아지는 추세로 현재는 미국·일본·유럽을 중심으로 보급이 가속화되고 있다.
한국은 지난 88년부터 2001년까지 45개 과제에 총 111억2,600만원을 투자해 태양열 분야 기술개발을 해왔으며 이중 86억7,100만원을 정부가 지원했다.
특히 지난 96년까지는 1,2단계 기술개발을 시행해 평판형 집열기, 축열조의 설계 및 제작 기술 확보와 온수급탕용 시스템 개발로 핵심요소기술 확보와 태양열 이용 시스템 기반조성에 주력한 결과 태양열 온수기의 국산화가 이루어졌다.
국산화 성공으로 1만8,900만대가 보급 됐으며 저온활용 효율향상 및 고신뢰성 확보를 위한 연구개발이 산·학·연 공동연구가 진행중이다.
지난 97년부터 2001년까지 진행된 3단계 연구는 채광, 냉·난방 등 요소기술의 상용화와 건물에 적용 가능한 최적의 설계기술 등 건물 태양열 복합이용 기술과 산업용 태양열 시스템 개발을 위한 기반기술(고온, 고효율 집열기 개발 및 성능 표준화)확보에 주력했다.
이에 Dish형 집광시스템 적용 산업용 태양열에너지 시스템 실용화 연구 및 진공관형 태양열시스템 실용화·응용기술 개발이 한국에너지기술연구원을 중심으로 수행중에 있다.
지난해부터 시작, 오는 2006년까지의 4단계 연구는 앞서 추진한 3단계의 기술을 상용화하는 단계로 건물 통합제어 기술 및 태양열 발전 시스템의 실용화 추진케 된다.
국내 태양광 발전 시스템은 현재(2001년 12월) 총 4.9㎿의 설비가 전국적으로 보급되어 있으며 이는 선진국에 비해 아직은 미미한 상황이나 점진적으로 보급이 증가되고 있으며 향후 주택용 3kW급 태양광발전시스템의 보급이 확대되면 큰 폭의 증가율을 보일 것으로 기대된다.
한편 정부와 에너지관리공단(이사장 정장섭)은 지난해 7월, 주택용 3kW급 태양광발전시스템 또는 계통연계 태양광발전시스템의 개발을 기반으로 오는 2006년까지 대량보급을 목표로 하는 ‘태양광 주택 1만호 보급’ 계획을 수립, 추진키로 한 바 있다.
풍력발전
태양열과 마찬가지로 지난 70년대 유류파동 이후 미국 등 선진국에서 활발한 연구를 전개해 80년대에 접어들어 보급이 확대되기 시작했으며 최근들어 관련 이용기술의 급속히 발전돼 지난 2000년 기준 전세계적으로 약 17,706MW정도 보급돼 있다.
최근에는 발전용량이 수kW인 소형에서 2MW에 이르는 대형발전기까지 그 용도에 따라 아주 다양한 종류가 개발되고 있으며 빠른 시일내에 날개지름 80M, 높이 100M의 3MW 이상의 대형 풍력발전기도 상용화될 것으로 보인다.
국내 풍력분야 기술개발지원은 지난 88년부터 2001년까지 11개 과제에 총 150억원이 투입돼 3단계로 나뉘어 시행됐다.
지난 88년부터 91년까지 시행된 1단계 국내 풍력분야 기술개발은 전국 64개 기상청 산하 기상관측소, 일부지역의 도서 및 내륙 일부지역에서 관측된 풍향자료를 이용한 풍력자원 특성분석 등이 추진됐으며 한국과학기술원이 20kW 소형 수평축 풍력발전기를 국산화하려는 연구개발이 진행됐다.
이어 지난 92년부터 96년까지 2단계 사업기간에는 중소형 풍력발전기 개발기간으로 복합재료 분야의 전문업체인 (주)한국화이바에 의해 수직축 300kW 풍력발전기가 개발됐다.
또 3단계 사업기간인 지난 97년부터 2001년까지는 750kW급 중형급 풍력발전기 요소기술 개발기간으로 3단계 마지막해인 지난 2001년에 750kW급 중형급 풍력발전기용 블레이드 국산 개발해 성공했으며 (주)효성에의해 풍력발전 시스템용 증속기 및 유도발전기 개발이 완료 됐다.
한편 오는 2004년을 목표로 (주)효성, (주)유니슨산업 등 기업체 등이 현재까지 개발된 기술을 총합한 750kW급 풍력발전 시스템 개발의 국산화를 위해 각각 ‘Geared Type’과 ‘Gearless Type’을 개발 중에 있다.
또 이와 연계해 2단계로 풍력단지에 적합한 MW급 시스템 국산화 개발을 추진될 전망이며 한국의 조건에 맞는 시스템 효율향상 연구와 해양풍력발전 기술도 개발할 계획이다.
국내 풍력발전기는 현재 6.6MW의 설비가 제주도, 경북 포항 등지에서 운영중에 있으며 총 발전량은 12,592MWh로 대체에너지 공급량의 0.1%를 차지하고는 있으나 독일 등 선진국에 비하면 아직은 미비하나 풍황자원이 풍부한 지역을 중심으로 점차 확대될 전망이다.
오는 2003년부터 연간 21,900MWh의 전력을 생산 공급해 연간 14억원의 수입이 예상되는 제주 행원풍력단지의 성공적인 운영으로 국내 풍력발전 보급의 획기적 전기를 이루어 타 지역풍력발전 보급에 많은 영향을 미쳐 전북 새만금지역 및 경북 포항지역 등 풍력단지 추가 조성이 추진되고 있다.
특히 (주)유니슨산업과 독일 라마이어사가 강원풍력발전(주)란 합자회사를 설립, 국내 최초로 대단위 민간 상업풍력단지 건설을 추진하고 있어 주목을 받고 있다.
이 풍력단지는 총 14,00억원이 투입, 약 1,000만평의 대지에 총 99MW(1.5MW급 66기) 풍력발전기가 설치되 연간 약 22만MWh의 전력생산이 가능할 것으로 예상된다.
이외에도 경북 영덕군, 전남 신안군 등 몇몇 지자체에서 민간유치를 통한 풍력발전단지건설을 계획하고 있어 향후 국내 풍력발전은 급속히 증가할 것으로 보인다.
<자료제공 : 에너지관리공단 교육홍보처 유영선 과장>
정리=최동혁 기자 free@epowernews.co.kr
