스웨덴 코파워 오션(CorPower Ocean)이 바다의 파도 에너지를 전기에너지로 만들어주는 앵커링 방식의 혁신적 파도 에너지 변환기(Wave Energy Converter·WEC)를 개발했다. 심장 박동 원리에서 영감을 받은 WEC 장치의 성능을 꾸준히 향상시켜 상업화를 눈앞에 두고 있다. 특히 이 회사는 프랑스의 세계적 에너지 거인인 토탈 에너지와 손잡고 시범사업에 매진하고 있다. 토탈 에너지는 석유 및 가스 회사 중에서 가장 크고 다양한 재생 에너지 제품 파이프라인을 보유하고 있는 회사로서 지속가능한 코파워 오션의 파도에너지변환기(WEC)기술에 주목했다. 두 회사는 북부 포르투갈의 아구사도라 해상에서 지난 8월 이후 기술 시범사업을 함께 하고 있다. 이 파도에너지 기반 발전기의 장점은 풍력발전기보다 작은 설치 면적, 화석연료보다 싼 발전 가격이라고 한다. 같은 공간에서 해상풍력대비 3~5배의 성능을 보인다고 한다. 이 회사의 발표와 인터레스팅 엔지니어링 등의 보도를 바탕으로 이 지속가능한 혁신적 에너지 수확기를 소개한다.

스웨덴 업체, 화석연료보다 싼 해양 파도 발전기술

해풍처럼 바다의 파도도 잠재적으로 에너지의 원천으로 이용될 수 있는 반복적인 현상을 보인다.

스웨덴 코파워 오션이 바다에 띄워진 채 해양의 파도 에너지를 변환시켜 주는 해양 발전의 핵심기기인 파도 에너지 변환기(Wave Energy Converter·WEC)를 개발해 상용화를 앞두고 있다고 지난 5일 발표했다.

이미 파도 에너지를 전기에너지로 전환하려는 다양한 시도가 있어 왔다. 그리고 스웨덴 회사인 코파워 오션은 이를 지향하는 많은 회사들 중 하나로서 독특한 파도에너지 변환기를 고안해 냈다.

코파워의 WEC 디자인도 어떤 방식으로든 급진적 변혁 기술은 아니다. 하지만 이 회사에서 주목할 부분이 있다. 이 신기술은 기존의 여타 기술과 달리 성숙기술 수준에 와 있으며, 발전단가에서도 화석 연료를 능가하는(싼) 것으로 보여진다.

심장박동에서 영감을 얻은 디자인

스웨덴 코파워 오션사가 만든 해상 부표(buoy)처럼 생긴 이 파도 에너지 변환 기기는 엔지니어의 마음을 가진 의사이자 자신의 이름으로 많은 특허를 가진 스티그 룬드베크라는 인물에게서 나왔다. 그는 심장박동에서 영감을 받아 WEC 디자인을 하기에 이르렀다.

이 장치의 원리는 비교적 간단하다. 룬드베크가 설계한 기기에서 바다의 파도 에너지 움직임은 WEC 장치 내부의 에너지 변환기(컨버터) 기어박스에 의해 회전 운동으로 변환된다. 이는 이어 부표 내부의 발전기를 통해 전기로 전환된다.

그는 지난 2009년에 처음으로 WEC 개념을 생각해 냈지만 그것을 회사로 만든 것은 3년 후인 2012년이었다. 지난 10년 동안 이 회사는 그 디자인으로부터 점점 더 어려운 개발 단계를 거쳤다. 그동안 5단계의 구조화된 WEC 개발 과정을 거쳤다. 마침내 지난 8월 자사의 4단계(C4) 장치를 포르투갈 아구사두라 앞바다에 시범 사업용으로 설치해 성과를 내면서 상용화 임박을 알렸다.

성능 시험

8월 이후 몇 달간 포르투갈 해안에 많은 폭풍이 발생했고 C4는 13m의 파도를 견디며 작동 준비 상태를 시험했다. 이어 최근 포르투갈의 해안에서 발생한 적색 경보 발령 기간 동안 C4(4단계) WEC 장치는 파도가 18m까지 상승하는 가장 강력한 상황에서도 성능 시험을 통과했다. 이 장치의 성능은 스톡홀름에서 시험 조건 하에서 측정됐다. 이 첫 번째 풀 스케일 C4 WEC 시범사업 프로그램 동안 장치에서 작동 데이터가 수집됐다.

다음 단계에서는 추가로 3개의 C5(5단계) WEC 장치로 코팩(CorPack) 웨이브 클러스터 시연이 이뤄진다.

코팩은 계류장, 앵커링 시스템, 클러스터 내 케이블 설치 및 전력 송출을 위한 전기 수집 허브 등으로 구성돼 있어 상용화 및 확장이 가능한 완벽한 솔루션이라는 평가를 받고 있다.

토탈에너지와의 시범 사업 제휴

프랑스의 거대 멀티 에너지 회사인 토탈 에너지는 코파워 오션의 이 기술을 중요한 탈탄소화 솔루션 중 하나로 평가하고 포르투갈에서 진행중인 코파워의 시험접근 프로그램(Pilot Access Program)에 공동 참여 중이다.

토털에너지는 코파워와 손잡고 바다의 파동에너지로 재생 가능한 전력 생산에너지 활용에 나서고 싶어 한다. 이 제휴에 따른 공동 작업은 코파워 기술 시험사업 수행 현장인 포르투갈 북부의 아구사도라에서 이뤄지고 있다.

토털에너지는 이곳에서 하이웨이브-5(HiWave-5) 시범사업을 통해 코파워 오션의 파도 기술과 그 운영에 대한 깊은 통찰력을 제공하게 된다.

이제 코파워 오션은 토털에너지와 완전한 규모의 C4 장치가 작동되는 첫 번째 추가 시범사업 프로그램을 수행하고 이어서 여러개로 구성된 ‘웨이브 클러스터 시연’을 수행하고 있다.

케빈 레베니우스 코파워 오션 상용화 담당 이사는 “시범사업 접근 프로그램은 우리의 기술과 납품 능력에 대한 신뢰를 쌓을 수 있는 강력한 도구다. 우리는 이것을 토탈 에너지와의 여정의 시작에 불과하다고 보고 있으며, 넷제로로 전환하는 과정에서 파동 에너지가 차지할 수 있는 전세계적 잠재력과 역할에 대해 흥분하고 있다”고 기대감을 밝혔다.

모듈식 장치 사용해 k㎡당 15MW 전력 공급

코파워 오션은 모듈식 파도 에너지 변환기(WEC) 기반 발전을 이용한 확장성 전략을 사용하고 있다.

이 회사의 WEC 기반 발전은 해상풍력 발전소와 달리 대형 기계가 아닌 다수의 동일한 소형 장치를 필요 용량에 따라 고밀도로 군집화해 클러스터를 형성해 필요한 용량을 발전하는 방식을 사용한다.

이 회사는 홈페이지에서 자사 WEC 클러스터를 사용한 발전 출력에 대해서도 사례를 들어 설명하고 있다.

예를 들어 10메가와트(MW) 발전 규모의 코팩(클러스터)은 직경 10m짜리 WEC 25개로 구성되며 150m 간격으로 떨어져 설치된다. 이렇게 하면 같은 해상 면적에서 적은 수량의 장치를 배치하고서도 높은 전력을 공급할 수 있다. 즉, 같은 공간에서 해상풍력발전에 비해 3~5배의 전력을 공급할 수 있는 효율성을 보인다. 이 회사는 자사의 WEC 장치 클러스터로 k㎡당 약 15MW의 전력을 공급할 수 있다고 소개하고 있다.

코팩 오션의 발전 클러스터는 수백 MW~GW 규모의 대형 발전 단지를 단독형 파도 발전, 또는 풍력발전과 전기 인프라를 공유하는 혼합식(하이브리드) 발전단지로 나란히 배치 구성될 수도 있다.

코파워는 현재 코파워 C4 WEC의 크기가 파도의 에너지를 흡수하는 데 있어 경제적으로 최적이라고 본다. 이 회사는 WEC의 크기를 지름 9m에서 10m로 약간 늘리고 제어 및 전력발전 개시 기술을 개선해 WEC를 현재의 300kW급에서 450~500kW급으로 상향 조정해 미래 세대까지 장비수준을 약간 업그레이드할 계획이라고 밝혔다.

이 모듈형 제품 구성은 모듈에 동일한 소형 셀이 많이 포함된 전기차 배터리 아키텍처와 유사하다. 코파워는 이런 특징에 따른 양산 및 규모의 경제를 살려 비용을 더 빠르게 절감할 수 있다고 보고 있다.

이는 매우 경쟁력 있는 비용 곡선을 지원한다. 또한 끊임없이 더큰 장비를 재설계하는 데 따른 해양풍력 장비 제조사의 순익 저해 우려를 막아준다. 상대적으로 작은 치수로 인해 대부분의 서브시스템을 제작할 수 있는 지역 공급망도 가능하며, 코파워의 고유한 이동식 공장 셀 덕분에 이 복합 선체를 해상의 설치 현장에서 제작할 수 있다.

이 이동식 조립 공장 개념은 복합선체 운송비를 필요없도록 해 상당한 비용과 이산화탄소 발자국을 막는다. 포르투갈 비아나 도 카스텔로에서 입증된 것처럼 지역 항구는 운영 및 유지 관리를 위한 저비용 선박으로 육상 물류 및 조립을 지원할 수 있다. 코파워는 이 납품 개념이 지역 내 해안 지역 사회에 지속 가능한 일자리와 경제 발전을 창출하는 높은 지역 콘텐츠를 통해 전 세계적으로 기술의 신속한 출시를 지원한다고 주장한다.

프랑스 에너지 거인 토탈에너지 참여로 상용화 기술에 무게감

토탈에너지는 코파워 시범사업 참여 및 협력으로 북부 포르투갈에서 진행 중인 확장 테스트 프로그램의 데이터, 결과 및 운영에 대한 포괄적으로 접근할 수 있게 된다.

이번 시범사업 참여의 목표는 코파워 기술 성숙을 확인하고, 시스템 신뢰성을 심어주며, 기술 및 관련 운영의 위험을 줄이는 것이다.

토털에너지는 해상 설치, 유지 보수 및 운영에 대한 광범위한 전문 지식을 바탕으로 시범사업에 대한 귀중한 통찰력을 제공하게 된다.

이 시범 사업은 제조 및 에너지 제품 전반에 걸쳐 더 광범위한 에너지 전환을 해결하려는 토털에너지의 야망을 뒷받침해 줄 것으로 예상된다.

두 회사의 협력은 비용 예측에 대한 신뢰도를 향상시켜 기술 경제 평가의 정확도를 높이게 된다.

케빈 레베니우스 코파워 오션 상용화 담당 이사는 “시범사업 접근 프로그램(Pilot Access Program)은 우리의 기술과 납품 능력에 대한 신뢰를 쌓을 수 있는 강력한 도구다. 우리는 이것을 토탈 에너지와의 여정의 시작에 불과하다고 보고 있으며, 넷제로로 전환하는 과정에서 파동 에너지가 차지할 수 있는 전세계적 잠재력과 역할에 대해 흥분하고 있다”고 기대감을 밝혔다. 그는 “우리는 이것을 토털 에너지와의 여정의 시작으로 보고 있으며 넷 제로로의 전환에서 글로벌 잠재력과 파동 에너지가 차지할 수 있는 역할에 대해 흥분하고 있다”고 말했다.

IEA-OES/ETIP 오션 모범 사례에 따르면 코파워 오션의 파동 에너지 기술은 2012년부터 구조화된 5단계 프로세스를 통해 개발되고 검증됐다. 이 기술은 파동 에너지를 만드는 것이 신뢰할 수 있고 경쟁력 있는 에너지원이라는 것을 보여주는 수치를 통해 테스트 단계마다 판을 흔드는 엄청난 성능을 보여주었다.

토털 에너지는 석유 및 바이오 연료, 천연 가스 및 녹색 가스, 재생 에너지 및 전기와 같은 에너지를 생산 및 판매하는 글로벌 멀티 에너지 회사다. 전세계 약 130개 국가에 10만 명 이상의 직원을 두고 있다. 프로젝트 및 운영의 핵심은 사람들의 복지에 기여하는 모든 차원의 지속 가능한 개발이다.