에너지
부유식 태양광 패널은 탈탄소화에 실현 가능한 경로인가?
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탈탄소화는 이름이 암시하듯 대기 중 이산화탄소 배출을 제거하거나 감소시키는 것을 의미합니다. 넓은 의미에서 목표는 저탄소 에너지원을 사용하는 것으로 전환하는 것입니다.
이제 우리는 대기 중 이산화탄소를 줄이거나 제거해야 하는 이유를 모두 알고 있습니다. 거의 10년 전, 세계는 파리협정에 도달했으며, 이 협정은 산업화 이전 수준보다 2도 이하로 지구 온난화를 제한하고, 2050년까지 순탄소중립을 추구하며 1.5도까지 제한하기 위한 진정성 있는 이니셔티브를 수행할 것을 권고했습니다.
탈탄소화는 세계 미래를 위해 필수적이고 긴급한 과제라 정부, 기업, 사회 전체가 이를 가속화할 방안을 모색하고 있습니다. 그러나 이는 녹색 전기와 녹색 분자를 기반으로 하는 대체 에너지원을 토대로 한 근본적으로 다른 에너지 시스템을 필요로 합니다. 새로운 연구에서는 부유식 태양광 패널을 탈탄소화 경로로 활용할 가능성을 제시했습니다. 하지만 이 패널이 실현 가능한가요? 살펴보겠습니다.
저탄소 부유식 태양광 어레이 배치를 위한 전 세계 잠재력
방고와 랭커스터 대학 및 영국 생태수문학 센터의 연구팀은 부유식 태양광 어레이를 배치함으로써 생성 및 공급될 수 있는 전력량을 계산하는 작업을 수행했습니다. 구체적으로, 연구진은 전 세계 약 68,000개의 호수와 저수지에 대한 부유식 광발전의 일일 전기 출력을 계산했습니다.
태양광 기술 설치에 가장 적합하다고 판단되려면, 위치는 인구 중심지에서 10km 이내이며 보호 구역에 속하지 않아야 합니다. 또한 호수와 저수지는 연간 6개월 이상 건조하거나 얼어 있지 않아야 합니다. 계산에는 이러한 호수와 저수지 표면 면적의 10%만을 고려했습니다.
이 모든 고려 사항과 고도, 위도, 계절 등의 요인에 따라, 이러한 호수에서 부유식 태양광(FPV)으로 발생 가능한 연간 전력량은 1,302 테라와트시(TWh)로, 영국의 연간 전력 수요의 약 네 배에 해당합니다.
이 결과는 연구진이 더 깊이 탐구하여 이 방법의 전 세계 가능성을 조사하도록 촉구했습니다. 국가별로는 5개 국가가 FPV만으로 전체 전력 수요를 충족할 수 있었습니다. 이 다섯 국가에는 파푸아뉴기니, 에티오피아, 르완다가 포함됩니다. 반면 볼리비아와 통가는 각각 87%와 92%까지 요구량을 충족할 수 있었습니다.
아프리카, 카리브해, 남미, 중앙아시아의 여러 국가들도 FPV를 배치함으로써 연간 전력 수요의 40%에서 70% 사이를 충족할 수 있습니다. 핀란드와 덴마크와 같은 선진국도 각각 연간 수요의 17%와 7%를 이러한 출처에서 얻을 수 있습니다.
FPV는 탈탄소 전기를 생산함으로써 물 부족을 감소시킬 수도 있습니다. 어떻게? 다음 섹션에서 간략히 살펴보겠습니다.
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FPV가 물 부족을 감소시킬 수 있는 방법
솔직히 말하면, FPV는 증발을 통한 물 손실을 완화함으로써 물 부족을 감소시킬 수 있습니다. 다수의 과학 연구가 FPV 시스템이 전 세계 저수지와 호수에서 증발성 물 손실을 줄여 물 부족을 완화하는 가장 효율적인 전략 중 하나라는 주장을 뒷받침합니다. FPV가 증발성 물 손실을 줄이는 방법은 두 가지입니다.
첫째, FPV는 그늘을 제공하고 물 표면 온도를 낮춥니다. 이러한 그늘은 공기-물 계면에서 증기압 구배를 억제하는 데 도움이 되며, 이는 잠열 플럭스와 증발의 핵심 동인 중 하나입니다.
그늘 효과 외에도 FPV는 바람 차단 역할을 합니다. 풍속은 증발률과 직접적으로 상관관계가 있으며, 감소된 바람은 완화 요인으로 작용합니다. FPV의 장점에 대해 이야기하면서 방고 대학의 논문 주요 저자인 라스틴 울웨이 박사는 다음과 같이 말했습니다:
다음과 같이 말했습니다:
“FPV 배치를 위한 현실적인 시나리오를 만들기 위해 설정한 기준에도 불구하고, 전반적으로 혜택이 있습니다. 주로 햇빛이 풍부한 저소득 국가에서, 그리고 북유럽 국가에서도 마찬가지입니다. 우리가 선택한 기준은 보호 구역에 있는 호수와 같은 명백한 제외 항목을 기반으로 했으며, 배치 비용과 위험을 줄일 수 있는 요소도 고려했습니다.”
이는 탈탄소화를 위한 실현 가능한 경로이며 추가적인 이점도 제공합니다. 그러나 화석 연료 사용과 탄소 배출과 관련된 주요 산업 분야를 효과적으로 탈탄소화할 수 있는 다른 전략들도 많이 있습니다. 다음 섹션에서는 이러한 산업들을 논의하고 가능한 탈탄소화 경로를 살펴보겠습니다.
화학
예측 분석, 고급 시각화 및 AI 기반 에너지 관리 도구를 활용하면 화학 산업이 자원 및 에너지 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 이 산업은 식물 또는 동물 지방, 설탕, 리그닌, 헤미셀룰로오스, 전분, 옥수수 등 지속 가능한 폐기물 또는 바이오 기반 원료를 점점 더 많이 사용할 수 있습니다. 탈탄소화 목표에 긍정적으로 기여할 수 있는 또 다른 잠재적 경로는 폴리머, 고무, 배터리, 포장재, 용제, 열전달 유체 및 윤활유와 같은 신재료 생산을 피하는 것입니다.
석유 및 가스
석유 및 가스 기업은 성공적인 탈탄소화를 위해 급진적인 조치를 취해야 합니다. 일부 기업은 이미 재생 에너지 역량을 구축했으며, 다른 기업들은 태양광 설치업체나 전기차(EV) 충전소와 같은 부수적인 분야의 회사를 인수하여 저배출 또는 무배출 제품 포트폴리오를 확대하고 있습니다.
또한 이산화탄소를 원료로 전환하는 옵션도 있습니다. 이산화탄소를 원료로 사용하면 수십억 달러 규모의 시장을 창출할 수 있습니다. 예를 들어, C2CNT와 같은 기업은 용융 전기분해를 이용해 이산화탄소를 직접 탄소 나노튜브로 전환하는데, 이는 강철보다 강하고 전도성이 높습니다.
전력 유틸리티 및 재생 에너지
이 부문은 오랫동안 탈탄소화에 적극적으로 대응해 왔습니다. 그러나 개선 여지가 있습니다. 업계 관계자는 보다 유리하고 효율적이며 효과적인 규제 환경을 옹호해야 합니다.
운영을 원활하고 잘 조정되며 최적화하기 위해 기업은 시기적절하게 디지털 도구로 전환하여 효율적인 조직 구조를 구현해야 합니다. 또한 새로운 성장 전략을 발굴할 필요성이 더욱 커지고 있습니다.
채굴 및 금속
채굴 부문에서는 기업들이 배출량을 상쇄하기 위해 재생 에너지에 투자하고 있습니다. 예를 들어, BHP는 호주 퀸즐랜드 주에서 새로운 태양광 및 풍력 발전소를 개발하기 위한 계약을 체결했으며, 이를 통해 해당 지역 석탄 사업을 태양광으로 운영하고 5년 동안 국가의 간접 배출량을 20% 감소시키려 합니다. 현재까지 채굴 기업들은 운영 배출량을 통제하는 데 유리한 위치에 있습니다. 그러나 그들은 가치 사슬 배출량에 더 많은 관심과 선제적 조치를 취해야 합니다.
산업 부문과 정부가 환경에 미치는 영향을 지속적으로 평가하고, 특히 탄소 발자국을 남기는 문제에 대해 개별 기업들이 혁신적인 솔루션을 제시하고 있습니다. 다음 몇 개 섹션에서는 이러한 기업 중 몇 곳을 살펴보겠습니다.
#1. Ciel & Terre International
2006년에 광전지 시스템 통합 전문 기업으로 설립된 Ciel & Terre International은 2011년부터 대규모 부유식 PV 플랜트를 개발해 왔습니다. 이 회사는 일본 온다니 이케, 대만 창빈 3·4, 인도 타타 스틸 잠셰드푸르, 프랑스 몽페자, 미국 카누 브룩 등 전 세계에 부유식 PV를 설치했습니다.
이 회사는 10년 이상의 테스트 및 현장 경험과 30년 이상의 부유식 태양광 에너지 생산 경험을 보유하고 있으며, 전 세계 280개의 부유식 태양광 프로젝트를 수행했습니다.
전체 범위에 대해 자세히 다루지는 않겠지만, 대표 제품인 Hydrelio Air Optim을 살펴보겠습니다. 유연한 부유식 태양광 시스템인 이 제품은 회사의 최초 시스템인 Hydrelio Classic의 진화형으로, 2010년에 전 세계 최초로 특허를 받고 산업화된 부유식 태양광 솔루션이었습니다. 이 솔루션은 시속 210km(시속 130마일)까지의 강풍을 견딜 수 있으며, 동적 압력 1625파스칼에 해당합니다. UV 안정화 기술로 최대 30년의 내구성을 갖추고 있습니다. 파장에 따라 1미터까지의 연안 및 근해 조건에 효율적으로 적응할 수 있습니다. 제품은 부식 방지와 식수 호환성을 보장하는 최상의 재료로 제작되었습니다.
Ciel & Terre는 Floating Solar UK라는 자회사를 보유하고 있습니다. 이는 영국에서 Hydrelio 시스템을 공급하기 위한 것입니다. 현재까지 회사 자체가 발표한 수치에 따르면, Ciel & Terre는 약 740,000톤의 이산화탄소 배출을 방지하는 데 기여했습니다.
#2. Kyocera Global
탈탄소 사회 구축을 위해 뛰어난 작업을 수행하고 있는 또 다른 기업은 Kyocera Global입니다. 이 기업의 혁신적이고 획기적인 솔루션 중 하나는 Kyocera 직원들이 주거용 옥상에 설치한 FIT 태양광 패널입니다. 이 패널에서 생산된 잉여 전력과 Kyocera가 보유한 비FIT 및 JEPX+ 태양광 발전소에서 생산된 전력은 디지털 그리드 P2P 플랫폼으로 전달되어, 이후 Kyocera 요코하마 나카야마 시설에 비화석 전기로 공급됩니다.
Kyocera는 부유식 태양광 패널 솔루션 구축에 검증된 기업입니다. 2018년에 일본 최대 규모인 13.7MW 부유식 태양광 발전소를 시작했습니다. 이 발전소는 치바 현 수자원국이 관리하는 산업용 저수지 위에 건설되었으며, 면적은 180,000m²(44에이커 이상)입니다.
50,904개의 Kyocera 태양광 모듈이 설치되어 연간 약 16,170MWh를 생산하며, 이는 약 5,000가구에 전력을 공급할 수 있습니다. 이 전력은 TEPCO Energy Partner, Incorporated에 판매되었습니다. 이 프로젝트는 원래 치바 현 공기업청이 환경 부담을 줄이기 위해 기업을 모집하면서 시작되었습니다.
이 발전소가 가동되었을 때, Kyocera Solar TCL 시설은 이미 일본 전역에 60개 이상의 태양광 발전소를 건설했으며, 농지 대신 일본의 담수 댐과 저수지를 활용한 부유식 태양광 발전소 7곳을 개발했습니다.
최신 데이터에 따르면, Kyocera Global의 매출은 2023년 12월 31일 종료된 9개월 동안 1,492,672백만 엔이었습니다.
부유식 태양광 패널과 탈탄소화의 미래
세계은행이 인도에서 부유식 태양광 발전소 구축 가능성을 조사한 보고서에 따르면, 대규모 구현에 몇 가지 장벽이 존재합니다. 이러한 장벽은 전 세계 상황에도 적용됩니다. 부유식 패널로 태양광을 생산하는 비용이 지상 설치보다 더 비쌀 수 있습니다. 부유식 태양광 부지의 자격 기준에 대한 명확성이 부족합니다. 이러한 시설을 구축하는 장비의 제조 능력이 많은 경우 제한적입니다.
세계은행은 공급자가 채택을 가속화하고 극대화할 수 있는 방안도 제시했습니다. 국가 전체 태양광 에너지 목표를 설정하기 위해 부유식 태양광 용량에 대한 명확한 목표를 설정할 것을 권고했습니다.
우리 논의를 시작한 실험과 같이, 시장에 긍정적인 신호를 보내고 프로젝트 개발 과정을 간소화하기 위해 부유식 태양광 프로젝트의 잠재적 부지를 모아 놓은 저장소를 만들 것을 권고했습니다.
앞으로 가까운 시기에 FPV 기반 태양광 발전의 성장은 품질을 보장하기 위한 표준화된 절차와 인증에 따라 부유식 태양광 장비 제조를 촉진하고 장려해야 할 것입니다. 아직 신흥 분야이므로, 이러한 프로젝트에 대한 신뢰할 수 있는 타당성 조사를 수행할 수 있는 기관에 대한 투자가 필요합니다.
