無에서 시작한 파력발전의 꿈, 파력발전협의체 출범으로 상용화 노력 가속화
無에서 시작한 파력발전의 꿈, 파력발전협의체 출범으로 상용화 노력 가속화
  • 박금현 기자
  • 승인 2022.01.03 13:27
  • 댓글 0
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강원대학교 건설융합학부 하태민 교수
한국농어촌공사 농어촌연구원 국제융합수리시험센터 책임연구원 윤재선 박사

새로운 에너지원에 대한 갈망이 커지며 파력이 주목받고 있다. 저탄소 지역 에너지원으로 활용할 수 있다는 기대에서다. 특히 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라에 파력은 경쟁력 있는 에너지원이 될 수 있다. 최근 한국농어촌공사는 파력발전협의체를 구성하며 파력을 전기에너지원으로 실제 사용할 수 있는 연구개발에 박차를 가하고 있다. 파력발전의 상용화를 통해 농어촌 지역의 중장기적인 탄소중립을 선도해나간다는 방침이다.

 

(좌)윤재선 박사, (우)하태민 교수
(좌)윤재선 박사, (우)하태민 교수 / 사진 박성래 기자

 

파력발전의 상용화에 도전하는 파력발전협의체 출범
탄소중립과 재생에너지 활용이 전 세계적 과제로 자리 잡은 가운데 국내에서도 파력발전을 활용할 수 있는 길이 열렸다. 한국농어촌공사와 강원대학교, 한라대학교, 한양대학교 손잡고 파력발전협의체 구성을 통한 파력발전 공동연구 및 사업화 추진을 위한 업무협약을 체결하면서다. 이번 협약은 어촌지역을 대상으로 신개념 파력발전형 부유식 방파제를 상용화하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 각 기관들은 파력발전을 실제 사용할 수 있도록 공동연구추진과 재생에너지 인증(REC) 등을 위한 상호 기술교류와 협력을 이어간다. 파력발전협의체 출범은 한국농어촌공사 농어촌연구원 국제융합수리시험센터 주관으로 이루어졌으며, 국가 재생에너지 분야 파력발전의 사업화 추진을 위해 강원대학교, 한라대학교, 한양대학교가 긴밀한 협력체계를 구축했다.

파도에서 발생하는 파랑에너지에 에너지 변환장치를 적용해 전기에너지를 얻는 파력발전은 설치 제약 조건이 없고 부존량이 풍부한 것이 장점이다. 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지 자원 중에서도 가장 많은 에너지 부존량을 갖고 있는 해양에너지이기에 그 활용에 걸리는 기대가 크다. 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 파력발전 기술이 개발되면 24시간 지속적인 전기 생산이 가능하다. 우리나라 해안의 파력 부존량은 약 650MW에 달하지만 파력발전에 대한 상용화 사례가 없기에 이번 업무협약 체결이 더욱 뜻깊다. 

한국농어촌공사 농어촌연구원 국제융합수리시험센터 윤재선 박사는 이번 협약 체결이 현재 우리나라에서 추진 중인 다양한 재생에너지 사업에 비해 사업화 속도가 현저히 떨어지는 파력발전 분야의 중장기적인 기술개발과 상용화 방안을 모색한다는 데 의미가 있다고 설명했다. 한국농어촌공사는 국가 준정부기관으로써 각 대학별 전문가들과 협업하여 해당 사업을 적극 추진 중이다. 강원대학교 건설융합학부 하태민 교수는 파력발전협의체가 파력발전의 상용화를 위한 노력을 지속하고 있다며, 향후 지속적인 공동연구가 기대되는 만큼 강원대학교는 파력발전 분야의 전문가를 교육하고 양성하는 역할을 주도할 것이라 전했다. 강원도가 파력발전 사업화를 통해 새로운 사업을 유치하고, 강원대학교가 파력발전 전문가를 지역사회에 배출한다면 지역의 신성장 동력으로써 활기를 불어넣을 수 있을 것이라는 전망이다. 
“강원도는 넓은 면적에도 불구하고 인구가 160만 명에 미치지 못하는 지역입니다. 가장 절실한 것이 바로 신성장 동력이죠. 이제 첫발을 내디딘 파력발전협의체가 구심점이 되어 강원도의 새로운 성장동력을 만들며 지역사회의 발전과 인구증가에 크게 기여하길 기대합니다. 파력발전의 신성장 동력으로서의 가능성에 대한 신뢰와 지지를 당부드립니다.”
무한한 가능성을 지닌 파력발전은 기술적·경제적 문제로 인해 실용화 및 사업화 단계까지 발전하는 데 어려움을 겪어왔다. 하태민 교수는 수많은 기초 연구들이 수행되었으나 아직 해결해야 할 숙제들이 많기에 기술의 정립이나 완성 단계에 접어들지는 못한 상태라 짚었다. 이번 협의체 구성이 파력발전의 실용화를 앞당겨줄 것이라는 기대와 함께였다. 그는 바다 중에서도 파랑에 대한 연구에 집중해왔다. 인간과 맞닿은 어촌, 항만, 해변 등에 파랑이 미치는 영향을 분석하고, 거동을 예측하며 파랑을 활용해 인간의 삶을 윤택하게 할 수 있는 다양한 개발이 이루어지도록 돕는다. 
“신개념 파력발전시스템이라는 아이디어를 윤재선 박사님이 처음 제안하셨고, 전 세계적으로도 아직까지 선도기술이 없는 파력발전 분야를 대한민국이 주도해보자는 꿈을 갖고 연구를 함께 시작하게 되었습니다.”
최근에는 정부 연구과제로 신개념 파력발전시스템을 적용한 다목적 부유식 방파제 개발을 윤재선 박사와 함께 진행 중이다. 하 교수는 지금까지 한 번도 시도되지 않았던 새로운 개념의 파력발전시스템을 도입한 다목적 부유식 방파제를 개발하기 위해 방파제 인근의 파랑 변형을 해석하고, 파랑이 구조물에 미치는 힘과 구조물의 거동을 해석하는 연구를 수행하고 있다고 설명했다. 해당 연구에 있어 수리모형을 제작하고, 이를 활용한 수리실험 결과를 해석하는 연구는 농어촌연구원이, 컴퓨터모델링을 활용한 수치실험 및 그 결과를 해석하는 수치해석은 강원대학교가 담당한다.

 

안정성과 경제성 겸비한 ‘파력발전형 다목적 부유식 방파제’
윤재선 박사가 책임연구원으로 있는 한국농어촌공사 농어촌연구원 국제융합수리시험센터는 2014년 국토교통부 국토교통과학기술진흥원 발주로 구축되었다. 총 길이 250m, 폭 102m에 해당하는 하구·하천영역에서 동시다발적인 수리모형실험이 가능한 동양 최대의 실내실험장이다. 윤 박사는 대규모의 해안 및 하천 관련 수리모형실험을 진행하는 것은 물론 2·3차원 파랑실험시설과 7종의 기능별 실험수로가 구축되어 있어 다양한 연구를 수행할 수 있다고 소개했다. 
2012년 농어촌연구원에 입사한 윤 박사는 국가 R&D 연구를 포함한 수탁연구과제와 내부지원사업, 중소기업 기술지원 등을 수행하고 있다. 최근에는 하태민 교수와 함께 ‘파력발전형 다목적 부유식 방파제 개발’ 연구개발 사업에 힘을 싣는 모습이다. 나아가 해당 연구과제 성과를 토대로 한국농어촌공사 주관의 ‘지역분산형 어촌에너지&어촌지킴이 뉴딜사업을 추진한다는 계획이다. 그는 해당 사업이 현실화된다면 기존 중앙집중형 원자력에너지 보급체계를 탈피한 저탄소 지역분산 에너지 보급원의 구축으로 이어진다며 자부심을 드러냈다. 수공학분야에 종사하는 연구자이자 공공기관에 근무하는 공직자로서 국가과학기술발전에 보탬이 될 수 있는 연구를 지속하겠다는 포부와 함께였다.

윤재선 박사
윤재선 박사 / 사진 박성래 기자

 

"우리 농어촌공사는 우리나라 전체 물 관리의 다수를 담당하고 있으며, 어촌과 관련된 다양한 사업을 수행하고있습니다. 어촌 안에는 2,300여 개의 국가지정어항들이 있으며, 최근 연안 침식, 양식장 파괴 등 국가연안역에 다양한 사회적 이슈가 불거지고 있습니다. 파력발전형 다목적 부유식방파제를 설치한다면 어촌계의 인명피해를 막을 수 있는 것은 물론 해상양식장 보호, 어촌계 전력보급 등 다양한 효과를 누릴 수 있습니다."

윤 박사는 농어촌연구원이 해당사업의 기술개발과 상용화를 추진하여 어촌계를 보호하는 해안 방재대책 구축과 재생에너지분야 파력발전 사업 활성화를 이끌어갈 것이라 전했다. 실제로 국제융합수리센터에서 수행한 수리모형실험에 따르면 어항 1개소에 부유식방파제 5함 및 발전용 부이 20개를 설치하면 우리나라 1인당 평균 소비전력을 기준으로 연간 약 1,700명 이상의 소비전력 보급이 가능하다. 윤 박사는 파력발전협의체는 물론 별도의 전문가 협의체와의 협업을 통해 어촌계 설치 타당성 검토 실험 등을 마무리 짓고 5년을 기점으로 실제 바다에 Test-Bed를 구축하는 것이 목표라고 설명했다. 향후 2년간 학술적 연구를 통해 이론적 근거를 마련한 후 5년 후부터는 실제 설치를 추진한다는 계획이다. 하 교수는 파력발전형 다목적 부유식방파제는 연안에 가까우면서도 안전한 해역에 설치해 구조적 안정성을 확보할 수 있는 것은 물론 비용 절감으로 인한 경제적 효과를 가져올 수 있다고 부연했다. 
“덴마크 ㈜Wavestar사의 ‘Wavestar’ 파력발전체는 EU연합 6개국 7개소에 설치되어 운영 중이며, 1기당 연간 발전량은 약 4.3GWh에 달합니다. 현재는 사업이 중단된 스코틀랜드 ㈜WES사의 ‘Pelamis' 또한 포르투갈 2개 지구에 3기를 설치한 당시 1기당 연간 8.9GWh의 발전효율을 기록했었죠. 전 세계적으로도 부유식방파제와 파력발전을 결합한 형태의 다목적 구조물이 현실적 대안이 될 수 있다는 연구결과가 지속적으로 발표되고 있습니다. 저희의 연구가 다양한 현안을 현실적으로 돌파할 수 있는 대안으로 자리 잡았으면 하는 바람입니다.”

 

15년 전 시작된 파력발전의 꿈, 상용화 향한 도전은 ‘현재진행형’
파력발전형 다목적 부유식방파제의 시작은 두 사람의 대학원 시절로 거슬러 올라간다. 평범한 대학원생이던 두 사람은 작은 호프집에서 ‘우리가 한국의 파력발전을 이끌어보자’라며 의기투합했다. 그로부터 15년이 흐른 지금 두 사람은 파력발전협의체의 중심에 서서 더 큰 꿈을 향해 나아간다. 하태민 교수와 윤재선 박사는 파력발전을 위해 할 수 있는 일이 구체화되는 시점이라며, 그간의 과정을 돌아보았다. 더 큰 꿈을 향해 나아가겠다는 포부와 함께였다.
박사학위 주제로 설정했던 ‘신형식 부유식방파제’를 윤 박사는 현재까지도 한국농어촌공사에서 관련 연구를 지속적으로 수행하고 있다. 그는 연구 진행에 여러 어려움이 따르지만 관련 연구가 공직자이자 연구자로서의 사명이라는 생각으로 즐겁게 임하고 있다고 말했다. 연구자로서 윤 박사가 갖는 소신은 ‘선 Give, 후 Take’라 말할 수 있다. 연구의 목적이 개인적 실리를 향한다면 이는 사업가와 다를 바 없다는 생각에서다. 윤 박사는 연구자는 순수한 학문의 성과를 국가에 환원(Give)하고, 크고 작은 다양한 성과들의 성취감(Take)에 기뻐하는 직업이라 정의 내렸다. 현시대를 살아가는 동안 연구를 위한 노력을 보상받지 못한다 하더라도 조그만 열정과 노력이 후대에 도움을 줄 수 있다면 연구자로서의 의무를 다한 것이라는 설명이다.
“한국농어촌공사 농어촌연구원에 몸담고 있음을 자랑스럽게 생각합니다. 우리 공사의 많은 연구진들은 농어촌 발전을 위한 폭넓은 연구를 밤낮없이 수행하고 있죠. 국가와 공사의 발전을 위해서는 저와 같은 연구자들이 많아져야 한다고 생각합니다. 최근 공학 분야 연구자가 매년 감소하는 추세인 만큼 연구자들이 편하게 연구에 몰두할 수 있는 사회적 환경 조성이 필요합니다.”
하 교수는 건설융합학부 토목공학전공 중에서도 세부전공으로 수공학을 담당하고 있다. 수공학은 크게 이수와 치수로 나뉜다. 지구에서의 물의 순환과정 중 육지에서의 이수와 치수를 다루는 학문이 수자원 분야이고, 토목공학 전공에서 바다에서의 이수와 치수를 다루는 학문이 해안공학이라는 설명이다. 그는 교육철학에 대한 질문에 ‘자기주도학습’을 키워드로 답했다. 대학과 대학원에서 나아가 사회에서 문제의 원인을 분석하고, 해결방안을 찾기 위해서는 필요한 지식을 찾아 탐구하는 자세가 필수 불가결한 요소라는 생각에서다. 그는 누군가 답을 찾아주고, 정해진 문제 해결방식만을 고수하는 기존의 주입식 교육과 학습은 한계가 명확하며 사회에서 문제를 해결할 능력을 잃게 만들 수 있음을 지적했다. 이에 학생들에게 항상 탐구하는 자세를 강조하고, 이론 교육과 더불어 실험실습, 현장학습 등 학생들이 다양한 경험을 통해 자기주도학습을 이루어갈 수 있도록 돕는다. 하 교수는 농어촌연구원과의 LINC+사업으로 학생들에게 여러 기회를 제공하고 있다고 전했다.
“흔히 요즘 세대를 ‘꿈을 잃은 세대’라 말합니다. 어느새 기성세대의 일원이 된 저에게는 슬프고 죄송스러운 마음이 드는 말이죠. 학생들과 청년들에게 더 큰 꿈을 꾸라고 이야기해주고 싶습니다. 청년이 꿈꾸는 미래는 국가의 비전이 된다고 믿기 때문이죠. 저희 또한 학위도 없던 시절 그저 꿈꾸던 일들을 각자의 자리에서 추진하며 이제는 작은 성과를 바라볼 수 있는 단계에 도달했습니다. 호프집에서 외치는 여러분들의 꿈이 언젠가 모두를 설레게 할 수 있습니다. 꿈꾸며 미래를 그려주세요.”

하태민 교수
하태민 교수 / 사진 박성래 기자

 

파력발전 기술의 세계적 기준 마련하며 분야 발전 선도할 것
“파력발전형 다목적 부유식방파제의 사업화가 진행되면 정말이지 꿈을 꾸는 기분일 것 같습니다. 아무것도 없는 상태에서 머릿속으로만 구상하던 일을 연구 논문을 차곡차곡 쌓으며 실제 과제로 따내고, 그 과제를 수행하며 현실화하고 있죠. 그 과정에서 윤 박사님이 많은 힘을 실어주셨습니다. 농어촌공사에 사업화의 목적과 가능성을 꾸준히 어필하며 이제는 협의체를 구성해 공사가 사업을 이끌어가는 단계까지 왔죠.”
향후 두 사람은 파력발전협의체를 중심으로 다양한 공동연구를 추진할 계획이다. 한정된 예산과 환경 속에서 사업을 이끌어야 하기에 다양한 어려움도 예상되지만 주어진 환경을 최대한 효율적으로 활용하며 단계적 발전을 이어갈 전망이다. 윤 박사는 농어촌연구원에서도 한정된 자원이라는 환경 속에서도 최대한 적극적으로 도움을 주고 있다며, 협의체 활동에 거는 기대가 크다고 말했다.
“파력발전 기술은 아직까지 실용화 가능한 수준에 도달하지 못한 상태입니다. 이에 유명 저널에 논문을 게재하거나 국내외 특허를 취득하며 기술력을 쌓아가고자 합니다. 당장은 이러한 기본을 쌓아가는 데 초점을 맞추고자 합니다.”
현재 사업화가 완료된 조력발전의 경우 REC의 가중치가 2.0에 해당하여 두 배의 인증서를 받을 수 있는 구조다. 가중치가 2.0인 조력발전 100MWh 전력은 총 200REC 인증서(200MWh)를 받을 수 있는 셈이다. 그러나 파력발전에 대한 상용화 사례가 없기에 신재생에너지 공급에 관한 인증이 전무한 실정이다. 부유식 방파제를 설치한 어항 1개소에서 연간 약 1,700명 이상의 소비전력 생산이 가능하다는 점을 고려할 때 2,300개소 지정어항에 연계 설치되면 연간 350만 명의 소비전력 보급이 가능해진다. 
이처럼 기대효과가 큰 만큼 올 한해 하태민 교수와 윤재선 박사는 파력발전형 다목적 부유식방파제 개발과 설치에 관한 이론적 토대 마련에 집중하며 사업화를 위한 발판 마련에 나선다. 이제 시작 단계에 접어든 만큼 해야 할 일들도 많다. 학술적 근거를 바탕으로 후속 과제들을 진행하며 사업화를 이끌어간다는 계획이다. 두 사람은 상용화까지 가야 할 길이 먼 만큼 올해는 학술적 성과를 얻는 데 힘을 쏟을 것이라 입을 모았다. 더불어 협의체와의 협업을 통한 사업화 과제도 병행된다.
두 사람은 세계기술을 선도하는 파력발전기술을 개발하고, 파력발전 사업화 및 상용화를 이루며 한국의 신재생에너지 분야에서 협의체가 주도적인 역할을 수행할 것이라는 포부를 전했다. 파력발전 분야의 기술이 아직까지 정립되지 않은 만큼 기술 우위를 차지하며 세계 기술을 선도할 것이라는 각오다. 파력발전협의체의 진두지휘와 함께 우리나라가 파력발전을 토대로 해양에너지 분야를 주도하며 신재생에너지 강국으로 우뚝 설 내일이 기다려진다.


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