해양에너지와 조류발전

1. 해양에너지와 조류발전

 

지구온난화 및 화석연료의 고갈로 인해 대체에너지 자원의 확보문제가 세계적으로 대두되고 있다. 태양열에너지, 해양에너지, 수소에너지 등 오염이 발생하지 않는 무한한 에너지원을 찾기 위해 전 세계가 노력을 기울이고 있으며, 이 중 해양에너지도 신재생에너지원으로써 연구되고 있다.

 

그렇다면, 해양에너지의 종류에는 어떤 것들이 있을까? 크게 6가지로 나눠볼 수 있다.

 

⦁ 파력발전

⦁ 조력발전

⦁ 조류발전

⦁ 해수온도차발전

⦁ 바이오매스

⦁ 해상풍력발전

 

위와 같이, 바다를 이용해서 다양한 신재생에너지를 개발하고 있으며, 조류발전은 이런 해양에너지를 이용한 여러 발전방식 중 하나이다.

 

조류발전은 조수간만의 차에 의해 발생하는 높은 유속을 이용하여 에너지를 생산하는 발전으로 물살이 빠른 곳에 터빈을 설치하여, 수평 유체흐름을 회전운동으로 변환시켜 전력을 생산한다. 조수간만에 의해 밀물과 썰물 즉, 창조류와 낙조류가 발생하며 이는 조수간만의 차가 심할수록 유속이 빠르다.

 

2, 조류발전의 장점

 

조류발전의 장점은 매우 많다. 특히 국내 조류에너지는 매우 풍부하며, 인천 및 서해안과 남해안에 빠른 조류가 발생되는 지역이 많이 있다. 세계적으로 조수간만의 차가 크게 발생하는 나라는 매우 드물며, 대한민국은 조류발전 개발의 최적지 중 하나로 꼽히고 있다. 그리고 공기와 해수의 밀도차가 약 900배 이므로 에너지 밀도가 매우 높다는 장점이 있다.

 

조류발전은 날씨나 계절에 상관없이 항상 발전할 수 있는 신뢰성 있는 에너지이다. 신재생에너지는 일반적으로 자연을 이용하는 특성을 갖고 있고 이로 인해 불안정한 전력생산이 큰 문제가 된다. 예를들어 풍력발전을 생각해보면, 언제 얼만큼의 바람이 불어올지 모르기 때문에 전력량을 예측하기 힘들며, 이는 생산전력을 안정화 시키는데 큰 노력을 기울여야 하는 원인이 된다. 태양열발전 또한 날씨와 계절에 영향을 많이 받아 정확한 전력량을 예측하기 어렵다. 밀물과 썰물은 날씨나 계절에 상관없이 항상 발생하는 자연현상이다. 조류발전은 특정지역의 시간대별 유속을 측정하면 비교적 정확한 발전량예측이 가능하며, 이는 신재생에너지 분야에서 큰 장점이 된다.

 

조류발전은 생태계에 미치는 영향이 거의 없는 친환경적인 에너지이다. Fig 1.에 보이듯이 댐이 필요 없기 때문에 해수유통이 자유롭고 생태계에 미치는 영향이 매우 적다. 조력발전은 댐이 필요하며 댐의 설치에 의해 해수의 유통이 자유롭지 않기 때문에 제 2의 오염을 유발할 가능성이 있다. 또한, 밀물과 썰물의 자연스러운 발생에 의해 유지되는 갯벌이 항상 물에 고임으로써, 갯벌생태계를 파괴할 수 있다. 현재 조력발전과 조류발전의 개념이 혼용되어 사용되는 경우가 많으며, 조력발전과 조류발전은 특성상 구분되어야 한다. 조석간만에 의한 발전이라는 점에서 같으나 댐의 유무에 의해 두 발전방식이 구분된다.

 

Fig. 1 조류발전과 조력발전

 

3. 조류발전의 분류

 

Fig 2. HAT 방식과 VAT 방식

 

조류발전은 물살의 방향과 회전축의 방향에 따라 크게 두 가지로 분류할 수 있다. Fig 2.와 같이 물살과 로터 회전축의 방향이 평행한 HAT방식과, 직각을 이루는 VAT 방식으로 나뉜다. 해양에서 조류발전 시스템을 어떻게 고정하는지 그 방식에 대해서도 세 가지로 분류할 수 있으며 Fig 3.과 같이 파일고정식과 착저식, 계류식으로 분류된다.

 

Fig 3. 고정방식에 따른 분류

 

4. 국내외 개발현황

 

조류발전은 선진국을 위주로 연구되고 있으며, 영국과 미국을 중심으로 캐나다와 일본, 한국에서 기술이 발전되고 있다. 현재 세계에서 가장 상용화에 가까운 조류발전시스템인 Seagen을 Fig 4.에 나타냈고, 이 발전기는 영국 MCT(Marine Current Turbine)사에서 개발되어 2008년 설치되었으며 현재 시험발전하며 발전능력평가, 환경영향 평가 등이 이루어지고 있다.

 

Fig 4. 영국 MCT사의 “Seagen”

 

미국은 Fig 5.와 같이 Verdant Power사에서 맨하탄 동쪽 강바닥에 HAT방식의 조류발전기 6기를 설치했으며, 유향변화에 따라 발전기의 방향을 조정할수 있도록 설계되었다.

 

Fig 5. Verdant Power사의 HAT 조류발전

 

우리나라에서도 최적의 입지조건을 활용해 상용화를 위한 기술개발이 진행되고 있다. 해양연구소 주관으로 Fig 6.과 같이 울돌목에 시험조류발전기를 설치하였으며, 물살과 터빈 회전축이 직각을 이루는 VAT타입이 적용되었다.

 

Fig 6. 울돌목 조류발전

 

2008년 6월 오션스페이스와 인하대가 개발하고 남동발전이 참여한 25kW 조류발전장치가 삼천포 방수로에 시험 설치되어 성공적으로 현장 실험을 완료하였다. 국내 최초로 HAT타입의 조류발전기가 실해역에 설치되었다는 점과 전 세계적으로 조류발전 기술이 최초로 방수로에서 시험하여 발전장치의 실용화 가능성을 확인하였다는데 그 의의가 크며 대규모로 설치 및 해양에 조류발전 장치 설치를 위한 기초 데이터를 확보하였다. 방수로 조류발전장치의 모습을 Fig 7.에 나타냈다.

 

Fig 7. HAT 타입을 적용한 조류발전장치