[문동진의 솔라이야기] WHO 기준 식수 14톤의 기적 – 캄보디아 오까꼽 정수장 정밀 설계 리포트

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지난 호에서는 태양광과 수처리 시스템이 결합했을 때 캄보디아 농촌 지역에 제공할 수 있는 사회적 가치와 생존의 의미를 살펴보았습니다. 이론은 완벽해 보이지만, 전기가 닿지 않거나 극히 불안정한 오지 마을에 매일 수십 톤의 깨끗한 물을 고장 없이 공급하는 것은 전혀 다른 차원의 문제입니다.

이번 호에서는 캄보디아 캄퐁츠낭 주(Kampong Chhnang Province)에 위치한 오까꼽(Oukarkorp) 신도시 및 인근 마을 식수 정수장 프로젝트의 실제 설계 데이터와 도면을 최초로 공개합니다. 철저한 수질 분석과 수치 계산, 그리고 현지 사정에 맞춘 운영 방식이 현장의 지도를 어떻게 바꾸었는지 그 진짜 이야기를 공유합니다.

1. 목표 설정: 2,793명의 생명을 위한 하루 ’14톤’의 식수

모든 솔라/수처리 융합 프로젝트의 첫 단계는 패널의 장수를 정하거나 인버터 용량을 고르는 것이 아닙니다. ‘하루에 얼마만큼의 물이, 누구에게 필요한가’를 정확히 산정하는 것이 설계의 시작이자 끝입니다.

캄퐁츠낭 주 오까꼽 정수장 프로젝트의 급수 목표는 단순히 하나의 마을이 아니었습니다. 새롭게 조성되는 오까꼽 신도시(400명/100가구)를 중심으로 반경 1.2km~2.9km 내에 흩어져 있는 크삿써(672명), 속센째이(1,361명), 끄달 아피웟(360명) 등 총 4개 구역, 2,793명(590가구)의 주민이 매일 마실 물을 책임져야 하는 상황 이였습니다..

• 필요 식수량의 과학적 산정: 세계보건기구(WHO)가 권장하는 1인당 일일 최소 식수 기준은 5리터입니다.
• 일일 목표 생산량 도출: 2,793명×5리터=13,965리터. 즉, 이 정수장은 건기나 우기, 맑은 날이나 흐린 날에 상관없이 하루 약 14톤(14,000리터)의 맑은 물을 어김없이 생산해 내야만 했습니다. 오프그리드(독립형) 태양광 환경에서 하루 14톤의 물을 생산하는 것은 결코 만만한 부하(Load)가 아닙니다.

2. 수질과 에너지의 상관관계: 철분과 망간에 맞춘 적정 여과 설계

식수 14톤을 생산하는 데 필요한 전기에너지는 원수(原水)의 상태에 따라 천차만별로 달라집니다. 물이 오염되어 있을수록, 필터를 강제로 밀어내는 데 더 강력한 가압 펌프가 필요하기 때문입니다.

오까꼽 현장의 지하수를 정밀 분석한 결과, 가장 큰 문제는 캄보디아 지하수의 고질병인 높은 탁도와 붉은 철분, 망간이었습니다. 다행스러운 점은 치명적인 중금속이나 비소(Arsenic) 등은 기준치 이내였다는 것입니다.

만약 수질 분석을 소홀히 하여 무턱대고 막대한 전력을 소모하는 고압 역삼투압(RO) 시스템을 달았다면 어땠을까요? 이를 감당하기 위해 태양광 패널과 배터리 용량이 기하급수적으로 커져 프로젝트 자체가 무산되었을 수도 있습니다. 우리는 정확한 수질 데이터를 바탕으로 철분과 탁도를 효과적으로 걸러낼 수 있는 다단 여과 장치(미디어 필터)만을 최적화하여 배치했습니다. 수질에 딱 맞춘 적정 필터의 선택이 전체 시스템의 ‘전력 다이어트’를 가능하게 한 첫 번째 열쇠였습니다.

▲그림: 정수설비공정도(저자 작성)

3. 정밀 부하 산정: “작은 펌프로 오래 달린다”

전력을 줄였다 하더라도 하루 14톤의 물을 정수하는 작업은 인버터에 큰 부담을 줍니다. 보통은 대형 펌프 하나를 달아 단시간에 물을 폭발적으로 생산하려 하지만, 이러한 방식은 태양광 시스템의 수명을 급격히 단축시킵니다. 우리는 펌프의 크기를 극단적으로 줄여 가동 시간을 늘리는 ‘마라톤 설계’를 도입했습니다.

▲표:오카콥 신도시용 식수정수장 소비 전력 설계표(저자 작성)

이 설계표를 통한 주한점은 3대의 펌프가 동시에 최대 출력으로 돌아가더라도 시스템에 가해지는 최대 순간 전력이 고작 0.87kW에 불과하다는 점입니다. 하루 20시간씩 펌프를 멈추지 않고 가동하며 14톤의 생명수를 만들어내지만, 시스템이 24시간 동안 소모하는 총 전력량은 11.09kWh로 완벽하게 통제되었습니다.

▲그림: 솔라시스템개념도(저자 작성)

4. 지속 가능한 운영과 솔라 하드웨어의 결합

오까꼽 프로젝트의 진정한 백미는 정수된 물을 각 가정에 배분하는 ‘방식’에 있습니다. 땅을 파서 배관을 묻어 멀리 압송하는 방식은 누수와 2차 오염 리스크가 너무 큽니다. 우리는 이를 해결하기 위해 현지 ‘물관리위원회’를 조직했습니다. 피드 펌프가 정수된 물을 위생적인 탱크에 보관해 두면, 물관리위원회가 이를 생수(Bottled Water) 형태로 포장하여 4개 마을 주민들에게 직접 배달합니다. 11.09kWh의 적정 에너지는 단순히 펌프만 돌리는 것이 아니라, 마을의 자생적인 비즈니스 모델까지 함께 구동시키고 있는 셈입니다.

이러한 운영을 위해 다음과 같은 하드웨어를 매칭했습니다.

• 15.36kWh의 마르지 않는 창고 (리튬 배터리): 하루 20시간씩 가동되는 시스템을 위해 51.2V 300Ah 규격의 리튬 배터리를 채택했습니다. 방전심도(DOD 80%)를 넉넉하게 고려한 대용량으로, 우기철 흐린 날씨나 야간 생수 포장 작업 시에도 전력이 끊기지 않도록 지켜주는 최후의 보루입니다.
• 5.34kWp의 정밀한 오버사이징 (태양광 패널): 445W 패널 12장을 지붕에 올렸습니다. 캄보디아의 짧은 피크 일조 시간(하루 약 4.5시간) 동안 펌프를 가동함과 동시에, 밤새 비워둔 15kWh의 거대한 배터리를 저녁이 오기 전까지 다시 가득 채워 넣기 위한 필수 산정값입니다.
• 5.5kW 하이브리드 인버터와 ATS 백업: 초기 펌프 가동 시의 막대한 기동 전류(Starting Current)를 흡수하기 위해 5.5kW의 든든한 하이브리드 인버터를 장착했습니다. 평상시에는 오프그리드(독립형)로 가동하되, 기상 악화 시 향후 연결될 국가 전력망(Grid)을 백업으로 활용하는 ATS(자동절체스위치)를 구성해 이중 안전장치를 마련했습니다.

▲그림: 솔라 융합형 식수 정수장 내 정수 시스템

솔라 수처리 융합 시스템의 성공은 무조건 규모를 키우고 패널을 많이 까는 데 있지 않습니다.

오까꼽 프로젝트는 적절한 에너지 소비량의 확정과 그에 따른 정밀한 솔라 시스템 산정이 중요한 요소였습니다.

수질과 목표 수량을 면밀히 분석해 불필요한 설비를 덜어내고 0.87kW라는 최적의 부하를 도출한 뒤, 이를 완벽하게 받쳐줄 시스템을 구성한 것.
이 정교한 맞춤형 시스템과 물관리위원회의 헌신적인 배달 망은 지금 이 순간에도 2,700여 명의 주민들에게 단 하루의 끊김도 없이 깨끗한 생수를 선물하고 있습니다.

이상 식수 정수장 프로젝트를 통한 현장 맞춤형 솔라 설계 사례였습니다. 그렇다면 이제는 캄보디아 농민들의 진짜 지갑을 열어주는 대규모 ‘먹거리’ 영역으로 가볼 차례입니다.

다음 회에서는 넓은 건기 농지에 물을 대기 위해 매일 디젤 기름통을 짊어지고 펌프와 씨름하던 농민들의 삶을 완전히 바꾸는 [솔라/수처리 융합 시스템(3) – 관개용 솔라 펌프 시스템]에 대해 알아보겠습니다.

▲그림: 20L 생수 생산소 및 시음 현장

▲그림: 식수 관리 위원회 식수 포장 및 배달

글 문동진
개도국 정수/재생에너지솔루션 특화 한국 기업, 글로리엔텍 캄보디아 (전)지사장
캄보디아 프놈펜 왕립대 개발학 석사 졸업
캄보디아 대상 한국 정부 공적개발원조(ODA) 사업 다수 수행
제22기 민주평통 캄보디아 지회 자문위원
재캄보디아한인회 제 13,14대 청년단장