그린 에너지/ 재생 에너지(Green Energy/ Renewable Energy).
오늘(11월30일)부터 파리에서의 기후변화유엔총회에서는 지구 온난화를 방지할 수 있는 효과적인 대안으로 혁신적인 그린 에너지 기술개발을 이용하여 화석연료 사용을 줄이기 위한 논의가 이뤄질 예정이다.
미국의 전설적인 갑부인 록펠러나 카네기가 석탄과 오일에서 부(富)를 축적한 것처럼 에너지는 예나 지금이나 매력적인 사업임은 틀림이 없다. 산업에서 뿐만이 아니라 일상 가정에서도 필수이기 때문이다.
값 싸고 구하기 쉬운 탓에 화석연료를 수 세기에 걸쳐서 사용한 결과로 지구의 병이 깊어졌다. 과거엔 경제적인 관점에서 그린에너지를 연구 하였으나 근자에는 환경문제가 대두되어 세계 각국의 정부가 발벗고 나선 상황이 되었다.
그린 에너지란 화석연료나 원자력이 아닌 자연현상을 이용하여 전력을 생산하는 것을 말한다. 재생 에너지(Renewable Energy)라고도 한다. 그 종류로는 태양광(太陽光)/태양열발전(太陽熱發電), 풍력발전(風力發電), 조류(潮流)/조력발전(潮力發電), 지열발전(地熱發電) 및 기타 등등이 있다.
문제는 자연현상에서 에너지를 추출하는 관계로 일기의 영향에 민감하고 그로 인하여 연속성이 결여되는 점이다. 그러나 이제는 충전 배테리의 성능향상과 인버터의 효율증대로 몇 일 정도는 전력생산이 없더라도 견딜 수 있다. 다만 초기 설비비가 부담이 되어 정부의 지원이 없이는 시장형성이 어려운 난제(難題)가 있다.
미국 오바마 대통령은 2030년까지 미국 전체 에너지의 33%를 그린에너지로 대체한다고 했다. 독일은 일본 후쿠시마 원전사고 이후 독일내의 모든 원전의 가동을 중단시켰으며 일반주택을 에너지 하우스로 개축할 때는 경비 50%를 국가에서 지원한다. 영국 역시 2020년까지 모든 석탄화력발전소를 철거한다고 했다. 한국은 37%를 그린에너지로 바꾼다고 한다.
문제는 그린에너지 발전단지를 많이 세운다고 전기요금이 싸 질 수 있느냐에 대한 질문의 대답이 No가 되는 현실이다. 전기요금에는 발전경비보다 송/배전경비가 더 많은 부분을 차지하고 있으며 동시에 새 발전설비에 대한 초기투자비를 상각시켜야 하는 문제가 있기 때문이다.
궁극적인 에너지 대책은 세포발전소(Cell Power Plant)의 개념으로 각 가정 혹은 마을 단위로 풍력발전이나 태양광발전기를 설치하는 것이다. 만약 그렇게만 된다면 더 이상 발전소를 만들 필요도 송전선로를 증설할 이유도 없어진다. 한국에서 ‘한 집 한 등 끄기’ 운동만으로도 원전 2기의 전력을 절약했다는 통계가 있었다.
한국정부는 그린/재생 에너지분야의 특허는 출원 한달 이내에 처리해줄 정도로 적극적이다. 또 그린 에너지 관련 기업들에게는 정부보조금도 우선순위로 지급하고 있다. 에너지 시장활성화를 위해서는 기업에 보조금을 주는 대신 수요자에게 그 혜택을 더 주는 게 더 효율적이다.
한국엔 ‘눈먼 돈’이란 게 있어서 정계에 연결 끈이 있는 사람들이 서류를 그럴 듯 하게 꾸며서 지원금을 받고 2~3년 후에 폐업해버리는 경우가 종종 있다. 그런 연유로 소비자들이 그린에너지에 대한 신뢰도가 바닥을 치고 있는 것이다.
나에게도 청와대를 팔면서 접근하는 사람, 국회의원이 친구라는 사람도 있다. 개발자가 이런 사람들과 조인을 하게 되면 서류준비로 세월 다 보내고 결국엔 손을 털게 된다.
정부에서 이미 에너지 육성정책이 나와 있으니 우선 회사를 설립하여 제품을 생산하면서 그 제품을 근거로 지원금을 받으면 서류도 간단하고 일이 수월하다는 내 주장이 먹혀 들지 않는다. 자기 돈을 투자 않고 돈을 벌려는 사람들이기 때문이다.
우선 현재 그린 에너지의 주축이 되고 있는 가정용 태양광발전과 풍력발전에 대하여 기술하고자 한다.
1) 가정용 태양광 발전.
태양 에너지는 1평방미터의 면적에 조사(照射)되어 생성되는 에너지가 1KW이다. 현재 판매되는 태양광 모듈의 효율이 16%인 것을 근거로 하여 계산을 하면 면적1평방미터에서 160 Watts의 전력이 생산되는 것이다. 모듈을 면적10평방미터에 깔았을 경우 총 전력 생산량이 1.6KW가 된다. 참고로 한국가정에서는 최소 3KW가 필요하다.
태양광 발전량은 각 지역에 따라 1년간 일조량을 산출하여 1일 평균전력생산 시간을 산출한다. 즉 비/눈 오는 날, 흐린 날, 장마철 등등의 기상 데이타가 그 산출 근거가 된다. 미국 동부와 한국의 경우 1일 평균 전력생산 시간은 3.6시간이다.
모듈의 표면을 자주 세척해줘야 하는데 한국의 경우 황사현상 때문에 이 점도 고려해야 한다. 또 냉각장치가 없으면 발열현상으로 효율이 저하되고 출력을 극대화하기 위해서는 태양위치 추적장치로 햇볕이 항상 수직으로 조사되도록 해줘야 한다. 가정용으로는 이런 장치가 부착되어 있는 제품이 없다.
문제는 모듈의 수명이다. 모듈의 수명이 15년 내지 20년이라고 하지만 그건 실험실 데이터일 뿐 현장의 데이터는 아니다. 초기 효율에서 15% 떨어지면 판넬 전체를 갈아 줘야 하는데 초기에는 정부 지원금이 있지만 유지보수에는 해당이 되지 않는다.
가장 큰 문제는 가격이 풍력발전에 비하여 훨씬 더 비싼 것이다.
2) 가정용 풍력발전.
풍력 에너지의 이용은 돛단배부터였으니 기원 전부터인 셈이다. 1975년과 1979년, 두 번에 걸친 중동 오일쇼크로 인하여 풍력발전의 연구가 활발했었으나 다시 오일값이 떨어지니 잠잠해졌었다.
대기업에서는 대형 풍력발전기에 집중하고 있으나 소형 풍력발전기는 중소기업이나 개인 연구자들에 의하여 그 명맥을 이어가고 있었다. 근래에 대두되는 환경문제로 인한 정부지원금의 영향으로 점차 그 시장이 활성화 되고 있다. 1979년부터 자료를 모으며 각 제품에 대한 장단점을 분석해 왔으니 내 개인적으로는 36년이라는 세월을 투자한 셈이다. 이곳 야산에 터를 잡은 이유도 풍력발전에 대한 Test Bed로 사용할 수 있는 조건에 부합되기 때문이었다.
이상적인 풍력 발전기는 미풍(微風)에도 돌아가고 허리케인이나 태풍에도 견뎌야 하는 서로 상충되는 조건이 있다. 미풍에 돌아 가기 위해선 가벼워야 하고, 강풍에 견디려면 구조물이 견고해야 한다. 그런 이유에서 발전기가 무거워질 수 밖에 없고 그래서 미풍에는 풍차가 돌지 않는 것이다.
거기에서 얻어진 결론은 기존 제품과 모양이 비슷하거나 같아서는 더 좋은 제품이 나올 수 없다는 것이다. 하여 전혀 다른 개념의 풍력발전기를 설계하게 된 것이다. 그 중요 스펙은 풍차를 회전 시키는 것이 아니라 oscillation에 의한 동력에너지로 발전하는 장치이다.
경량이라서 미풍에도 작동하며 강풍에는 소프트웨어에 의한 대응을 하기 때문에 제조경비가 기존제품들의 50%정도이니 경쟁력도 충분하다. 모양 자체가 특이하여 내 풍력발전기에 한국어로 된 이름을 붙이고 싶은데 마땅한 단어를 찾지 못하고 있다. 혹시 좋은 아이디어가 있으신 분이 있다면 조언을 부탁 드린다. 11/30/15