자이로 파동 에너지 – 미개척 바다 활용

지구 표면의 약 70%가 바다로 덮여 있어 방대한 재생 에너지원을 제공합니다. 그 잠재력은 거대하여 파동 에너지만으로도 추정에 따르면 완전히 활용한다면 현재 전 세계 전력 수요를 초과할 수 있습니다.

하지만 이는 대부분 활용되지 않은 재생 에너지이며, 해양 파동 에너지를 효율적으로 포착하는 것이 오랫동안 엔지니어들을 좌절시켜 왔습니다.

이 문제를 해결하기 위해 오사카 대학의 새로운 연구는 새로운 방법에 주목했습니다: 부유 구조물 내부에 회전 플라이휠을 사용하여 파동 움직임을 전기로 변환하는 자이로파동 에너지 변환기(GWEC)입니다.

연구 분석에 따르면, 원칙적으로 이 장치는 모든 파동 주파수에서 들어오는 파동 에너지의 절반까지 흡수할 수 있어 거대한 미개발 해양 에너지를 활용할 수 있는 방법을 제공합니다.

글로벌 전력 믹스: 재생 에너지 상승, 화석 연료 여전히 선도

기후 변화가 전 세계에 큰 피해를 일으키고 있는 상황에서, 수백만 년에 걸쳐 형성되고 심각한 환경 문제를 일으키는 비재생 에너지인 화석 연료에서 벗어나는 것이 필수적입니다.

이러한 화석 연료 의존도를 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 태양광, 풍력, 수력, 지열 및 바이오매스를 포함한 재생 에너지원을 활용하는 것입니다.

이러한 자연적으로 보충되는 에너지원은 온실가스 배출을 감소시키고, 국가의 에너지 안보를 강화하며, 지정학적 혼란에 대한 취약성을 줄입니다. 이러한 이점 덕분에 재생 에너지원은 현재 전 세계 전력 생산에서 점점 더 큰 비중을 차지하고 있습니다. 2024년에는 전 세계 전력 생산의 사상 최고 32%를 제공했으며, 이는 전년 대비 2% 증가한 수치이며, 전체 전력 수요는 데이터 센터에 의해 4% 증가했습니다.

“국가들은 그들의 안보와 에너지 안보에 대해 그 어느 때보다 많이 고민하고 있으며, 이는 풍력과 태양광 같은 국내 재생 전력이 점점 더 매력적으로 보이게 만든다고 생각합니다.”

– 에너지 싱크탱크 Ember의 전력 및 데이터 분석가 Euan Graham이 전한 바와 같이

재생 에너지 산업이 2024년에 시스템에 추가로 858 TWh의 발전을 제공한 반면, 석탄, 석유 및 천연 가스를 포함한 화석 연료는 여전히 전 세계 에너지 수요의 대부분을 공급하고 있습니다. 석탄은 현재 전력 생산에서 가장 큰 원천으로 전 세계 전력 생산의 34%를 차지하고 있으며, 가스 발전소는 22%를 차지합니다.

하지만 국제 에너지 기구(IEA)의 예측에 따르면, 재생 전력 용량은 2025년부터 2030년 사이에 거의 4,600 GW 증가할 것입니다.

모든 재생 에너지 중에서, 비용이 하락하고 전 세계적으로 채택이 가속화됨에 따라 태양광이 가장 빠르게 성장하고 있습니다. 풍력 용량도 빠르게 성장하고 있으며, 수력은 가장 크고 오래된 재생 에너지 기여자 역할을 유지하고 있습니다. 바이오에너지의 경우 주목받기 시작했으며, 지열은 기업 파트너십을 확보하고 있습니다. 에너지의 미래는 점점 더 녹색으로 보입니다.

바다의 미개발 잠재력 활용

재생 에너지 분야에서 해양 전력은 전 세계적인 방대한 자원 잠재력을 제공합니다. 이는 파도, 조류, 해양 열에너지 변환(OTEC), 해류 등 해양 자원으로부터 에너지를 활용하는 것을 포함합니다. 조류 에너지는 예측 가능한 조류 흐름을 활용하고, OTEC는 심해 물의 온도 구배를 이용하며, 해류는 대규모 해양 흐름으로부터 에너지를 포착합니다.

가장 널리 연구된 해양 에너지 형태는 파동 에너지로, 파동의 운동 에너지를 전기로 변환합니다. 파도는 풍부하고 강력하며 연속적입니다. 또한 풍력이나 태양광보다 간헐성이 적습니다. 이러한 높은 예측 가능성은 표면 파동 움직임을 24시간 내내 활용할 수 있게 하여 전력망 계획 및 안정성 향상에 매우 유익합니다.

이 무공해 에너지 원은 상업적 배치가 제한적이며, 태양광과 같은 성숙한 재생 에너지에 비해 훨씬 적은 수준입니다. 현재 재생 에너지 시장에서 가장 작은 비중을 차지하고 있습니다. 2024년에는 전 세계가 1.6 메가와트(MW)의 해양 전력 용량을 추가했으며, 총 가동 용량은 약 513 MW에 이릅니다.

이러한 느린 채택은 높은 자본 비용, 현장별 제약, 전력망 통합과 같은 기술적 장애 등 여러 요인 때문입니다. 인력 기술 및 규제 불확실성도 진행을 방해하고 있습니다. 또한 가혹한 해양 환경에서 장치 유지보수가 에너지 변환 효율과 함께 주요 과제로 남아 있습니다.

그 결과, 학계와 산업계의 연구자들은 이러한 시스템을 개선하여 더 내구성이 높고 파동 불규칙성을 해결할 수 있도록 노력하고 있습니다. 관심을 끈 시스템 중 하나는 파동 에너지 변환기(WEC)이며, 파동의 운동 에너지를 전기로 변환하는 장치입니다.

여러 혁신가들이 이 기술을 발전시키기 위해 노력하고 있습니다. 예를 들어, 스웨덴 기업 CorPower Ocean은 노르웨이 기반 OPS Solutions와 COMPACT 프로젝트를 통해 사전 장력 실린더(PTC) 프로토타입을 개발하여 WEC의 비용과 무게를 줄이고 있습니다. EEA Grants의 “Blue Growth Programme” 지원을 받아, 이 프로젝트는 자본 비용과 장치 견고성을 해결하기 위한 경량 압력 케이스를 개발하고 있습니다.

동시에, 개발자들은 측정 가능한 성능 향상을 달성했습니다. 노르웨이 기업 Havkraft는 보고에 따르면, 축소된 WEC 모델의 최신 실험실 테스트에서 80% 이상의 에너지 변환 효율을 기록했으며, 이는 이전 시험보다 15% 증가한 수치입니다. 이 단계는 위험을 식별하고 품질을 보장하며 성능을 이해하는 데 도움이 되어 상업화로의 확장을 지원합니다.

“결과는 우리의 연구가 성과를 내고 있음을 보여주며, 우리는 상업적 솔루션에 한 걸음 더 다가섰습니다.”

– 운영 매니저 Nikolai Haldane

한편 스코틀랜드에서는 AWS Ocean Energy가 진전시키고 있는 “Archimedes Waveswing”이라는 압력 활성화형 해저 부표를 개발했으며, 이는 표면 아래의 파동 움직임을 변환하도록 설계되었습니다. 이 장치는 평균 전력이 10kW 이상이며, 중간 파도 조건에서 80kW를 초과하는 피크 전력을 기록했으며, 이는 회사 기대치보다 20% 높았습니다.

7미터 높이의 잠수형 유닛은 포스 10 수준의 강풍을 포함한 가혹한 해양 환경을 견디도록 설계되었습니다. 단일 흡수기 설계는 회복력이 필수적인 원격 전력 적용에도 적합합니다.

기술적 성능을 넘어, 보다 넓은 시스템 통합이 주목받고 있습니다. 최근 타당성 연구에 따르면¹ WEC를 배치하는 것이 관광이나 어업과 같은 해안 활동을 희생할 필요가 없다고 제시합니다. 실제로 적절히 설계된 설치는 해안 보호를 제공할 수 있습니다.

“해양 환경의 작용으로부터 해안을 보호하면서 동시에 청정 전기를 생산하여 포르투갈의 에너지 전환과 자급률을 지원하는 것이 가능합니다.”

– CIIMAR 공동 책임자 Paulo Rosa Santos

이러한 진전은 분야가 실험적 프로토타입에서 실용적인 솔루션으로 전환하고 있음을 반영합니다.

자이로를 이용한 최대 에너지 흡수 구현

파동 에너지 장치(WEC)는 지속적인 파동 움직임을 효율적으로 사용 가능한 전기로 변환하는 것을 목표로 합니다. 국가 혁신 이니셔티브, 기술 발전 및 지역 인프라와의 통합에 힘입어, 전 세계 파동 에너지 변환기 시장은 $21.6백만(2025년)에서 $38.2백만(2034년)으로 성장할 것으로 예상되며, 연평균 성장률은 6.5%입니다.

WEC는 기술적, 경제적, 규제적 과제로 인해 아직 완전한 상업화 단계에 이르지 못했으며, 아직 단일 최적 솔루션이 존재하지 않습니다. 포인트 흡수기, 진동 수주(OCW), 오버토핑 장치, 감쇠기, 자이로 시스템 등 다양한 유형이 제안되었습니다.

스크롤하려면 스와이프 →

자이로 파동 에너지 변환기는 파동 움직임으로부터 에너지를 추출하기 위해 파워 테이크오프 시스템(GPTO)에 자이로를 사용합니다. GPTO는 전기 발전기와 짐벌 프레임에 장착된 플라이휠로 구성됩니다. 특히 GPTO는 부유체 내부에 밀폐되어 있으며, 파도가 움직이면 구조물도 함께 움직입니다. 이 움직임은 회전 플라이휠에 의해 전력으로 변환됩니다. 자이로로 작동하기 때문에 플라이휠의 동작은 다른 WEC가 협대역에 제한되는 것과 달리 광범위한 파동 주파수에서 에너지를 수확하도록 조정될 수 있습니다.

이 시스템은 플라이휠 회전과 부유체의 피치 움직임에 의해 유도되는 자이로 프리세션을 활용합니다. 자이로 프리세션은 회전하는 물체가 외부 힘에 반응할 때 발생합니다. 파도가 플랫폼을 움직이면 회전 플라이휠이 방향을 바꾸고, 이 움직임이 발전기에 연결되어 전기를 생산합니다. 선체 내부에 장착되어 있어 장치를 염수로부터 보호하며 유지보수와 안전성 이점을 제공합니다.

자이로 변환기는 전통적인 WEC가 특정 조건에서만 효율적인 제한을 극복하려는 노력의 일환입니다. 오사카 대학 연구원인 Takahito Iida는 GWEC의 적응성을 주목했습니다. 그의 연구에서 Journal of Fluid Mechanics에 발표된² 연구는 이 설계가 대규모 발전을 지원할 수 있는지를 평가했습니다.

“파동 에너지 장치는 해양 조건이 지속적으로 변하기 때문에 종종 어려움을 겪습니다.”라고 Iida는 말했습니다. “하지만 자이로 시스템은 파동 주파수가 변해도 높은 에너지 흡수를 유지하도록 제어될 수 있습니다.”

시스템의 동작을 이해하기 위해 그는 선형 파동 이론을 활용해 해양 파동, 자이로 및 구조물 간의 상호작용을 모델링했습니다. 분석을 통해 팀은 회전 속도와 발전기 제어에 대한 이상적인 설정을 발견했습니다. 적절히 튜닝되면 GWEC는 모든 파동 주파수에서 이론적인 최대 에너지 흡수 효율인 절반에 도달할 수 있습니다.

“이 효율 한계는 파동 에너지 이론의 기본 제약입니다.”라고 Iida는 언급했습니다. “흥미로운 점은 이제 이것이 단일 공명 조건이 아니라 광대역 주파수에서도 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다는 것입니다.”

팀은 시간 및 주파수 영역 모두에서 수치 시뮬레이션을 통해 결과를 검증했습니다. 이러한 결과는 장치가 공명 주파수 근처에서 높은 효율을 유지하며, 움직임이 자연 파동 패턴과 일치할 때 최적의 성능을 발휘한다는 것을 입증했습니다. 작동 파라미터에 대한 이러한 명확화는 기후 목표 달성에 기여할 수 있는 효율적인 파동 에너지 시스템 개발 가능성을 보여줍니다.

재생 에너지 투자

투자 관점에서 파동 에너지에 전적으로 전념하는 상장 기업은 거의 없습니다. 이는 높은 인프라 비용과 제한된 프로젝트 실행으로 인해 아직 성장 중인 분야입니다. 순수 파동 에너지 상장 주식은 기술이 상업 규모 경제성을 입증하는 초기 단계에 머물러 있어 일반적으로 부진한 실적을 보였습니다.

대신, 우리는 시간이 지남에 따라 해양 에너지 성장의 혜택을 받을 수 있는 강력한 재생 포트폴리오를 보유한 기업에 초점을 맞출 것입니다. NextEra Energy, Inc. (NEE )는 광범위한 해상 풍력 및 전력망 통합 경험을 갖춘 미국 주요 재생 에너지 선두 기업입니다.

이 회사는 NextEra Energy Resources(NEER)와 Florida Power & Light(FPL)를 통해 운영됩니다. FPL은 순용량 35,052 메가와트를 보유한 요금 규제 전력 유틸리티로, 고객 수(1,200만 명) 기준 미국 최대 전력 유틸리티입니다. 이 규제 사업은 안정적인 수익과 현금 흐름을 창출하여 배당 성장에 기여합니다.

NEER는 발전 시설을 운영하고 재생 연료, 천연 가스 파이프라인, 배터리 저장소 등 청정 에너지에 투자합니다. NextEra Energy Resources는 세계 최대 재생 에너지 발전업체이며 프로젝트 파이프라인을 지속적으로 확대하고 있습니다. 강력한 수익 성장과 전략적 기술 계약은 향후 상승 여력을 지원하지만, 트럼프 행정부 하에서 반재생 정책에 취약합니다.

현재 NextEra 주가는 $90.79로 신규 최고치에 근접해 있으며, 연초 대비 13.63% 상승, 지난 1년간 32% 상승했습니다. 회사는 EPS(TTM) 3.30, P/E(TTM) 27.63을 기록하고 있습니다.

NextEra는 2.73%의 배당 수익률을 지급합니다. 최근 회사는 주당 $0.6232의 분기 배당을 선언했으며, 이는 전년 대비 10% 증가한 수치입니다. NextEra는 2025년 4분기에 조정된 수익이 11억 1,300만 달러이며, 연간 총 76억 8,300만 달러를 보고했습니다. NEER는 신규 발전 7.2 GW를 가동하고, 백로그에 13.5 GW를 추가해 총 30 GW에 이르렀다고 보고했습니다. 여기에는 Google과 함께 Duane Arnold 원자력 발전소를 재시작하는 계획도 포함됩니다.

“우리는 미국의 급증하는 에너지 수요를 신뢰성 있게 저렴하게 충족시키는 인프라를 구축할 최적의 기업이 없다고 믿습니다.”라고 CEO John Ketchum이 말했습니다. 회사는 조정 EPS가 2032년까지 연평균 8% 이상 성장할 것으로 예상합니다. 또한 전략적 인수를 통해 천연 가스 공급 솔루션을 확대하고 있습니다.

NextEra는 2026년 조정 EPS가 $3.92에서 $4.02 사이가 될 것으로 예상하며, 배당은 2028년까지 연간 6% 성장할 것으로 전망합니다.

결론

극심한 기후와 AI 데이터 센터에 의해 전 세계 에너지 수요가 증가함에 따라, 배출량을 완화하기 위해 재생 에너지 성장이 더욱 중요해지고 있습니다. 태양광과 풍력이 채택을 주도하고 있지만, 파동 에너지는 예측 가능하고 고밀도 자원을 제공함으로써 더 깨끗한 에너지로의 전환을 가속화할 잠재력을 가지고 있습니다.

자이로 파동 에너지와 같은 기술에 대한 연구는 이 분야를 제한하는 기술적 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 지원 정책과 전략적 투자가 결합된다면, 이러한 진전은 상당한 새로운 용량을 열어줄 수 있습니다.

여기를 클릭하면 상위 10대 재생 에너지 주식 투자에 대한 모든 정보를 확인할 수 있습니다.

참고 문헌

1. Clemente, D., et al. 근해 500 MW 파도 농장의 전력 생산 및 해안 보호 평가. Applied Energy 379, 124950 (2025). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.1249502
2. Iida, T. 광대역 주파수에서 파동 에너지의 절반을 흡수하는 자이로 파동 에너지 변환기의 선형 분석. Journal of Fluid Mechanics 1029, A20 (2026). https://doi.org/10.1017/jfm.2026.11172