영국의 글로벌 오텍, 2025년 첫 상업용 '해양 열에너지 발전기' 출시 예정

Global OTEC사의 청정 에너지 바지선 도미니크 호, 심층수와 표층수 사이의 온도 차이로 전력을 얻는다. [사진=Global OTEC]

열대 바다는 하루 평균 약 278페타와트시(petawatt-hoursㆍ1peta=10¹⁵)의 태양 에너지를 흡수하는 것으로 알려진다. 그 에너지의 1/4000 정도만 수확해도 전 세계의 1일 전기를 공급할 수 있는데, 최근 이를 위해 '해양 열에너지 변환(OTEC: ocean thermal energy conversion)' 기술이 급부상하고 있다.

따뜻한 표면과 차가운 심해 사이의 온도 차이에서 에너지를 수확하는 것은 사실 새삼스러운 아이디어가 아니다. 실제로 142년 전인 1881년에 처음 시도되었으며, 1930년에는 쿠바에 22kW 규모의 OTEC 발전소가 건설된 바 있다.

기본 개념은 다음과 같다. 일교차가 지속적으로 큰 지역, 즉 육지와 상당히 가까운 열대 지방 어딘가에 가서 수심 약 800m 깊이에서 4°C의 시원한 물을 끌어올 수 있으며 일년 내내 수면에서 25°C 이상의 따뜻한 물을 얻을 수 있는 곳을 찾아가는 것이다.

그런 다음 해저에 정박하고 폐쇄 루프 전력 시스템을 갖춘 부유식 바지선을 설치하여 이들 두 온도 사이에서 끓는 비등점(沸騰點)을 가진 암모니아와 같은 냉매형 액체를 사용한다. 따뜻한 표층수가 이 액체를 끓이면 기체로 팽창하여 터빈을 구동시켜 전기를 생산한 다음, 단열 파이프를 통해 심해에서 끌어올린 찬물을 사용하여 액체를 냉각하고 응축한 다음 다시 순환시킨다.

이러한 시스템은 기저부하 사용량에 적합한 일정한 비율로 연중무휴 24시간 안정적으로 전기를 생산하게 된다. 수요 피크와 저점을 고려하여 수초 내에 전력 생산량을 늘리거나 줄일 수가 있다. 또한 수천 척의 부유식 OTEC 바지선을 대량으로 배치하면 올 2023년과 같이 급격히 상승하고 있는 해수면 온도 상승을 제한하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있다.

하지만 역사적으로도 이미 OTEC은 생산전력의 대부분을 펌프를 가동해 냉수를 해수면으로 끌어올리는데 사용했다. 예컨대 1981년 오세아니아의 미크로네시아에 있는 작은 나라 나우루(Nauru)의 한 발전소를 일본 도쿄전력이 가동을 시작하여 약 120kW의 에너지를 생산했지만, 그 중 약 90kW를 발전소 가동에 사용해야 했다. 따라서 에너지 자원은 사실상 무한한 반면, 추출 효율이 낮은 게 문제로 남아 있다.

열대 지역에서는 폭풍이 거세게 몰아쳐 떠다니는 바지선을 손상시키거나 해저까지 연결된 긴 단열 파이프가 파손될 정도로 바지선을 뒤흔들 수 있다. 그리고 다른 해양 기반의 프로젝트와 마찬가지로 생물학적 오염과 바닷물의 부식성 문제도 해결해야 한다.

또한 아직 규모의 경제 혜택을 누리지 못하는 초기 단계의 기술이기 때문에 경제성도 맞추기 어렵다. 업계에서는 기존의 전력 방식과 가격 경쟁력을 갖추려면 약 100메가와트 규모의 OTEC 시스템을 구축해야 한다고 오랫동안 가정해 왔지만, 그러한 규모에 가까운 시스템을 구축한 기업은 아무도 없는 실정이다.

해양 열에너지 변환(OTEC)에 대해 알아보기 [동영상=YouTube]

하지만 영국 런던 소재의 글로벌 오텍(Global OTEC)이란 회사는 "최근 세계 에너지 경제의 변화와 부품 효율이 발전함에 따라 지금이야말로 이러한 아이디어를 다시 추진할 때"라고 말한다. 최근 열린 '국제 비엔나 에너지 및 기후 포럼(International Vienna Energy and Climate Forum)'에서 이 회사는 '도미니크(Dominique)'라는 OTEC 바지선에 대한 새로운 개념을 선보였으며, 이 바지선은 2025년 아프리카 서해안의 작은 섬나라 상투메 프린시페(São Tomé and Príncipe) 해안에서 시운전을 시작할 예정이다.

도미니크 바지선은 연중 내내 1.5메가와트의 순출력을 제공하도록 설계되었는데, 이는 어림잡아 미국 전체 7,800만 킬로와트시(kWH) 에너지 소비량의 거의 17%를 공급하기에 충분하며, 글로벌 OTEC사는 '세계 최초의 상업적 규모의 OTEC 플랫폼'이 될 것이라고 주장한다.

이 회사 설립자이자 최고위기관리자(CRO: Chief Risk Officer)인 댄 그레흐(Dan Grech)는 "우리는 도미니크 바지선이 작은 섬과 해안 국가의 삶을 바꿀 수 있다는 것을 알고 있으며, 그렇기 때문에 프로젝트가 성공 궤도에 오르고 있다고 생각합니다"라고 밝히며 "지금까지 민관 파트너십을 통해 중요한 기술, 경제, 환경, 사회 연구를 원활하게 진행될 수 있었기에 가능했으며, 이것은 투자자와 공유하고 싶은 중요한 교훈입니다"라고 덧붙였다.

이 프로젝트에 대한 자금이 완전히 지원되었는지 아니면 여전히 자금 조달을 모색하고 있는지는 현재로서는 불분명하지만, 이 회사는 균등화발전비용(LCoE: Levelized Cost of Energy) 측면에서 초기 세대의 OTEC 바지선이 메가와트시당 150~300달러 사이에서 전력을 공급할 것으로 예상한다고 말한다. 이 가격으로 다른 발전원과 경쟁하기는 어렵겠지만, 연중무휴 24시간 안정적인 발전 용량 덕분에 지리적 특성과 기타 요인이 유리한 특정 재생에너지 기반 그리드(grid)에 적합할 수 있다.

이 회사 관계자는 "시간이 지남에 따라 더 큰 규모의 발전이 이뤄지면 메가와트시 당 50달러의 적은 비용으로 전력을 생산할 수 있으며, 이는 해당 시장의 상황에 따라 풍력과 태양광 발전 비용에 못미치는 발전이 가능하다"고 말한다.

그러나 주요 냉수 취수관과 관련된 기술적 어려움으로 인해 부정적인 시각도 존재한다.

또 다른 제안자인 '오션써멀에너지 코퍼레이션(OTEC: Ocean Thermal Energy Corporation)'은 지난 5월 보도자료를 통해 "현재 OTEC이 '죽음의 혁신 밸리(Innovation Valley of Death)'로 알려지며 진전이 제약을 받고 있다"라며, "2~3억 달러를 투입해 5~10MW 규모의 OTEC 발전소를 건설하고 이 개념이 받아들일만한 가치가 있다는 것을 증명하기 위해서는 몇 년 동안 손실을 감수해야 할 것"이라고 지적했다.

한편 이 분야 전문지인 '해양 과학 및 공학 저널(Journal of Marine Science and Engineering)'에 게재된 2021년 리뷰에서는 OTEC 기술에 대해 '엄청난 잠재력'을 칭찬했지만, '높은 인프라 비용'과 '해양의 적대적이고 부식성이 강한 환경' 때문에 이를 상업적으로 구현하는 데 방해가 되고 있다고 지적했다. 이 보고서에 따르면 "많은 기업들이 새롭고 효율적인 솔루션을 개발하고 있으며, 향후 수십 년 동안 이 분야에서 R&D가 증가할 것으로 보이지만 담수화 기술과 함께 작동할 수 있는 외딴 섬 지역에서는 일반적으로 비용을 지불할 여력이 없다"라는 것이다.

따라서 이와 같은 청정 에너지의 대안으로 글로벌 오텍이 2025년까지 상투메 프린시페에 대한 해양 열에너지 공급이 성공하길 지켜볼 필요가 있다. 생각보다 쉽지 않고, 시간이 많이 걸리기 때문이다.

2023년 비엔나 국제 에너지 및 기후 포럼에서 발표하는 글로벌 OTEC사 [동영상=Global OTEC]