Global system value of tidal stream energy for cost-effective decarbonisation

세계는 전기가 거의 전적으로 태양과 바람으로부터 오는 미래를 향해 질주하고 있습니다. 이러한 변화는 기후 변화를 막기 위해 필수적이지만, 까다로운 문제를 동반합니다. 바로 태양은 항상 빛나지 않고, 바람은 항상 불지 않는다는 점입니다. 날씨가 잔잔할 때 전력망은 부족해질 수 있으며, 이로 인해 엔지니어들은 나중에 사용할 에너지를 저장하기 위해 엄청난 양의 배터리 저장 장치를 구축해야 합니다. 이러한 배터리는 비싸고 제작에 막대한 양의 희귀 재료를 필요로 합니다. 과학자들은 오래전부터 조수가 다른 종류의 동력을 제공한다는 사실을 알고 있었습니다. 바람이나 태양과 달리, 해수의 상승과 하강은 달과 태양의 중력에 의해 발생하므로, 날씨와 무관하게 완벽하게 예측 가능합니다. 큰 의문은 항상 이 신뢰할 수 있는 동력이 수중 터빈을 건설하는 높은 비용을 감수할 만큼 가치가 있는지, 아니면 그저 틈새적인 호기심에 불과한 것인지였습니다.

옥스퍼드 대학교와 플리머스 대학교 연구진의 새로운 연구는 세계 20개 지역(스코틀랜드의 바람 부는 해안부터 인도네시아의 햇살 가득한 섬까지)에서 전력망이 어떻게 작동하는지를 시뮬레이션함으로써 마침내 그 질문에 답했습니다. 이 연구는 단일 발전소의 비용만을 보는 것이 아니라 전체 전기 시스템을 살펴보았습니다. 연구진은 정교한 컴퓨터 모델을 사용하여 조류 에너지(조류의 흐름에 따라 회전하는 수중 터빈을 통해 생성되는 에너지)를 추가하는 것이 넷제로(net-zero) 전기 시스템의 총비용과 설계에 어떤 변화를 주는지 테스트했습니다. 결과에 따르면 조류 에너지는 단순히 저렴하게 구축될 수 있어서가 아니라, 풍력 및 태양광의 완벽한 파트너로서 작용하여 전체 시스템이 훨씬 적은 비용의 배터리 저장 장치와 더 적은 총 자원을 사용하여 운영될 수 있게 해주기 때문에 이전보다 훨씬 더 가치 있는 것으로 나타났습니다.

연구진은 조류 에너지의 가치가 해당 지역에 이미 어떤 다른 동력원이 가용하냐에 따라 크게 달라진다는 것을 발견했습니다. 풍력이 주요 재생 에너지원인 곳에서는 조류 에너지를 추가할 때 강력한 조합이 만들어집니다. 바람은 며칠 동안 예측 불가능할 수 있기 때문에, 그리드는 항상 충분한 전력을 확보하기 위해 엄청난 양의 추가 풍력 터빈과 배터리를 구축해야 합니다. 그러나 조류는 하루에 두 번, 짧은 휴지기를 사이에 두고 규칙적으로 오르내리는 엄격하고 예측 가능한 일정을 따릅니다. 이 예측 가능한 리듬이 바람이 센 시스템에 더해지면, 바람이 남긴 빈자리를 채워줍니다. 연구는 이러한 풍력 중심 지역에서 조류 에너지를 추가하는 것이 전기 시스템의 총비용을 20% 이상 절감할 수 있음을 보여줍니다. 이는 종종 녹색 그리드에서 가장 비싼 부분인 배터리 저장 장치의 필요성을 획기적으로 줄임으로써 가능해집니다. 실제로 시뮬레이션에서 필요한 배터리 용량은 20%에서 55% 사이로 감소했습니다.

태양광이 지배적인 지역에서는 이야기가 약간 다르지만 여전히 긍정적입니다. 태양광 패널은 낮 동안 전력을 생산하고 밤에는 멈추는데, 이는 매우 규칙적인 패턴입니다. 이곳에 조류 에너지를 추가하는 것도 도움이 되지만, 절감 효과는 일반적으로 15% 미만으로 더 완만합니다. 이는 태양광과 배터리가 이미 낮과 밤의 일주기 패턴을 처리하는 데 꽤 능숙하기 때문입니다. 그러나 이러한 햇빛이 풍부한 지역에서도 조류 에너지는 여전히 중요한 역할을 했습니다. 조류 에너지는 배터리 저장 용량을 약 15% 줄였고 전력 공급을 안정화하는 데 도움을 주어, 거의 모든 재생 에너지 혼합 방식에 조류 에너지가 자리 잡을 수 있음을 증명했습니다. 연구는 조류의 독특한 타이밍이 풍력과 태양광이 단독으로는 제공할 수 없는 차별화된 안정성을 제공한다고 제안합니다.

가장 놀라운 발견 중 하나는 조류 에너지가 에너지 전환의 물리적 발자국을 얼마나 많이 줄일 수 있는가 하는 점이었습니다. 넷제로 세상을 건설하려면 태양광 농장과 풍력 단지를 위한 방대한 토지뿐만 아니라, 배터리 제조에 필요한 리튬과 같은 엄청난 양의 핵심 재료가 필요합니다. 시뮬레이션 결과, 조류 에너지를 포함함으로써 많은 풍력 중심 지역에서 개발에 필요한 총 면적을 30% 이상 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 마찬가지로, 배터리를 만드는 데 필요한 리튬 수요도 크게 감소했습니다. 어떤 경우에는 배터리 용량의 필요성이 80%까지 떨어졌습니다. 이는 조류 에너지가 어디에 이 새로운 발전소들을 지어야 할지, 그리고 이를 건설하기 위한 재료를 어디서 구할 것인지에 대한 문제를 해결하는 데 도움을 주어, 환경과 글로벌 공급망에 가해지는 압박을 완화할 수 있음을 의미합니다.

연구진은 또한 세계가 탄소 배출 제로에 가까워짐에 따라 조류 에너지의 가치가 어떻게 변하는지도 살펴보았습니다. 풍력 중심 시스템에서는 탄소 제한이 엄격해질수록 조류 에너지의 가치가 실제로 커집니다. 그리드가 더 깨끗해지고 화석 연료에 대한 의존도가 낮아질수록, 예측 가능하고 날씨에 영향을 받지 않는 전력의 필요성이 더욱 중요해지기 때문입니다. 반면, 태양광 중심 시스템에서는 그 가치가 일정하게 유지되지만 그렇게 극적으로 증가하지는 않습니다. 연구는 지역 내 풍력과 태양광 자원의 비율이 조류 에너지가 얼마나 도움이 될지를 예측하는 좋은 지표라고 밝혔습니다. 만약 특정 지역에 바람이 많고 태양광이 적다면, 조류 에너지는 아마도 주요한 비용 절감 요소가 될 것입니다. 만약 그곳이 매우 햇빛이 강한 곳이라면, 조류 에너지는 여전히 도움이 되겠지만 퍼즐의 더 작은 조각이 될 것입니다.

이 작업은 새로운 에너지 기술을 바라보는 기존의 사고방식에 도전합니다. 오랫동안 전문가들은 조류 에너지와 같은 기술을 단순히 단위 전력당 자체 비용만으로 판단해 왔습니다. 수중 터빈은 현재 건설 및 유지 관리에 비용이 많이 들기 때문에, 저렴한 태양광 패널과 경쟁하기에는 너무 비싸다는 평가를 받아왔습니다. 이 새로운 연구는 이러한 관점이 너무 좁다고 주장합니다. 연구는 기술의 진정한 가치는 그것이 전체 시스템에 어떻게 어우러지는지에 달려 있다고 제안합니다. 조류 터빈이 태양광 패널보다 건설 비용이 더 많이 들더라도, 이들은 배터리나 추가 풍력 터빈과 같은 다른 비싼 구성 요소의 필요성을 줄임으로써 시스템 전체의 비용을 절감합니다. 연구는 조류 스트림 에너지가 단지 몇몇 특정 해안가만을 위한 국지적인 호기심이 아니라, 더 저렴하고 효율적이며 탄력적인 넷제로 미래를 구축하기 위한 세계적으로 중요한 도구라고 결론짓습니다.

연구진은 배터리나 풍력 터빈의 비용이 크게 오르거나 내릴 수 있다는 가정 등 다양한 시나리오를 포함하여 자신들의 발견을 신중하게 검증했습니다. 배터리나 풍력 터빈의 비용이 크게 변하더라도 조류 에너지를 추가하는 이점은 일관되게 유지되었습니다. 시뮬레이션은 조류 에너지가 전체 시스템을 더욱 견고하게 만든다는 것을 보여주었는데, 이는 예상치 못한 다른 기술의 비용 변화에 의해 시스템이 균형을 잃을 가능성이 낮아짐을 의미합니다. 이러한 탄력성은 조류 에너지의 핵심적인 가치입니다. 또한 연구는 최고의 조류 자원이 스코틀랜드의 펜틀랜드 해협이나 뉴질랜드의 쿡 해협과 같은 몇몇 특정 위치에 집중되어 있지만, 그 혜택이 이러한 거대 사이트에만 국한되지 않는다는 점에도 주목했습니다. 일본과 인도네시아를 포함한 세계의 더 작은 사이트들도 상당한 시스템 차원의 이점을 보여주었습니다.

궁극적으로, 이 논문은 바다가 중심적인 역할을 하는 미래 에너지 시스템의 모습을 그려냅니다. 조류의 예측 가능한 리듬을 활용함으로써, 우리는 더 깨끗할 뿐만 아니라 더 저렴하고 지구의 자원에 대한 요구가 적은 전력망을 구축할 수 있습니다. 이 연구는 조류 에너지가 어디에, 언제 배치되어야 하는지에 대한 명확한 로드맵을 제공하며, 이것이 글로벌 탈탄소화라는 퍼즐의 필수적인 빠진 조각임을 시사합니다. 이는 기후 위기를 해결하는 데 있어 단 하나의 솔루션에 의존하기보다는, 각자의 고유한 강점을 발휘하는 다양한 기술의 조합이 필요하다는 점을 상기시켜 줍니다. 고대부터 변함없이 이어져 온 조류의 리듬은 지속 가능한 세상을 향한 전환을 안내하는 안정적인 손길을 제공합니다.