한국의 해양에너지, 조류발전의 현재

한국의 해양에너지, 조류발전의 현재

기술 난점 불구 지속 개발해야, 풍부한 해양에너지 활용 필요 정부 R&D 지원 확대 요망   지난 9일 ‘미래 한국 해양·수산선진화 포럼’이 창립총회를 갖고, 공식 출범했다. 대통령직속 미래기획위원회와 국토해양부, 농림수산식품부가 후원하는 미래 한국 해양·수산선진화 포럼은 울산 북구와 울주군, 남구, 동구를 비롯해, 경남 통영시, 전북 군산시 등 동해와 남해, 서해지역 31개 기초자치단체가 참여하고 있다. 미래 한국 해양·수산선진화 포럼은 ‘바다가 희망이다, 선진 해양강국으로’를 캐치프레이즈로 21세기 급변하는 기후변화에 적극 대처하고, 해양·수산·해양자원·해양환경 등의 선진화를 위해 동해안과 남해안, 서해안을 통합하는 ‘Sea Belt’를 구축하여 공동번영을 위한 발전방안을 모색하게 된다. 창립기념 세미나에서는 인하대학교 조철희 교수가 해양에너지 기술동향과 국내 적용사례에 대한 소개를 발표했고, 목표해양대학교 김도희 교수는 기후변화와 수온상승에 따른 해양생태계의 변화에 그에 대한 대응을, 부경대학교 김창훈 교수는 한국형 해양바이오에너지 생산에 대해 발표했다. 조철희 교수는 발표문에서 “우리나라는 앞으로 미래의 주요 에너지를 해양에서 해결할 것이라 예상된다. 우리나라 연안 해역은 조력, 조류, 파력, 해양바이오, 해상풍력 등 다양한 해양에너지 자원이 풍부하게 분포하고 있다” 며 한국에서 시도되고 있는 조류발전의 현황과 기술적 쟁점들에 대해 소개했다.   ▲ 울돌목 헬리칼 조류발전 2003년 국내 최초로 미국 Gorlov의 기술을 제공받아 해양연구소에서 100KW 시험 VAT 헬리칼 조류발전장치를 울돌목에 설치하였다. 시험운전 중 헬리칼 발전의 특성에 따라 이물질 부착에 따른 진동이 심하게 발생하였다. 해양연구소는 2006년에 1MW급 헬리칼 조류발전을 준공할 계획이었으나 현장의 빠른 조류로 인해 여러 번의 사고가 발생하면서 설치시기가 여러차례 연기되었다. 2009년 5월 국내최초로 1MW VAT 수직축 조류발전장치가 설치되었다. 구조물 제작은 삼호조선, 현장 설치는 현대건설이, 블래이드 설계는 에코오션이 담당했다. 구조물의 총중량은 1,350톤에 달한다. 울돌목 협수로에는 최대 6.5m/s(13 노트)의 유속이 발생하며 해저는 퇴적층이 없는 암반으로 구성되어 있다. 1MW급 조류발전 설치 이전에 2003년 100KW급 시험발전 장치를 설치했으나 주변의 이물질 및 쓰레기가 블래이드에 달라붙어 심한 진동으로 인해 유지보수에 많은 문제가 발생했다. 1MW급 헬리칼 조류발전장치는 블래이드에 쓰레기 등의 이물질을 접근을 막기 위해 스크린망을 설치하였으나 이로 인해 유속이 분산되고 감소되는 문제가 발생하고 와이어 메시 사이에 해양 동식물들이 번식하여 구멍을 막게 되어 정기적인 청소가 요구된다. 헬리칼 조류발전장치는 구조상 해저면과 해수면을 연결하는 수직회전축이 요구되고 이를 지지하기 위해 대형 구조물이 필수적이고 지지파일이 많고 클 수밖에 없다. 이로 인해 수직축의 휨하중과 변형에 대비한 설계가 요구된다. 헬리칼 조류발전의 장점은 수면위에 전기장기가 있어서 수중체의 수밀이 나 전기장치의 과열 등이 없다.   ▲ 100KW HAT 부유식 조류발전 지난 2006년 에너지관리공단의 지원을 받아 남동발전, 삼호중공업, 인하대학교 등이 참여한 ‘고효율 부유식 조류발전스템 개발’ 과제는 2010년 4월 여수 근방 묘도 앞바다에 설치를 추진하고 있다. 100KW 수평축 조류발전장치 개발에 앞서, 2008년 6월 오션스페이스와 인하대가 개발하고 남동발전이 참여한 25KW 조류발전장치가 삼천포 방수로에 시험 설치되어 성공적으로 현장 실험을 완료했다. 전 세계적으로 조류발전 기술이 최초로 방수로에서 시험하여 발전장치의 실용화 가능성을 확인하였다는데 그 의의가 크며 대규모로 설치 및 해양에 조류발전 장치 설치를 위한 기초 데이터를 확보했다. 처음 계획은 삼천포방수로에 여러 대의 25KW 장치를 설치할 예정이었으나 방수로 끝단에 설치한 소수력시설로 인해 방수로의 유속이 현저히 낮아서 발전량이 매우 작아 더 이상의 설치를 보류한 상태이다. 발전량은 유속의 3승에 비례하기 때문에 속도에 매우 영향이 또한 블래이드 직경도 중요한 요소인데 방수로의 수심에 최대 직경은 약 2.4미터로 발전량에 제한을 갖고 있다. 25KW 방수로 조류발전장치의 가장 큰 문제로 지적된 사항은 오션스페이스에서 적용한 유지/보수 절차였다. 해양환경과 같지는 않지만, 발전장치 보수나 점검을 위해서 대형 크레인을 동원해야 지지 구조물 전체를 제거하기 위해 엥커 볼트를 일일이 제거하고 수리 후 다시 처음 설치할 때와 같은 과정을 거쳐야 했다. 추후 제작된 100KW 부유식 조류발전장치에는 이런 경험을 토대로 상하 이동장치가 장착되었다.   ▲ 하동 방수로 헬리칼 조류발전 남부발전은 조류발전 원리를 적용하여 하동발전소 방수로에 한국해양연구소 주관으로 헬리칼 발전시설을 1차로 2006년 설치하였으나 지지구조물 및 헬리칼 연결 축의 심한 굽힘변형과 과대 응력발생이 발생하였다. 형식은 3블래이드 헬리칼로 1.5미터x1.8미터 (2기 1세트)크기로 1열 6기 수평축직렬로 설계되었다. 1기당 평균출력은 8.5KW, 최대출력 24.5KW, 정격출력 17.4KW로 수차효율 30%, 발전기 효율 94%를 예상했다. 1차로 방수로 개수구 중간위치에 수차 3셑트 100KW급 (3.3m/s 유속기준)를 설치하고 시운전을 한 결과 축정렬 문제와 베어링/커플링, 베벨기어 파손등의 문제가 발생했다. 1차시험의 문제해결 한계로 위치를 배수암거 출구부로 변경하여 2차로 35KW급 헬리칼 조류발전 장치를 설치하였다. 2차 테스트 결과 최대유속 3.63m/s에서 39KW 출력으로 보증 출력 35KW를 상회하였고 수차효율 30%도 달성하였다. 추후 상용화를 위한 최적개발방식을 제시하였고 32기 300KW의 생산이 가능하다고 보고되었다.   ▲ 완도 조류발전 2008년 3월 1MW급 발전기를 한국 전라도 완도 횡간수도에 최초로 설치하려는 계획을 갖고 한국 중부발전과 전라남도와 MOU를 맺었었으나, 현장 유속조사 결과 2m/s이하로 계측되어 3.0m/s이상을 요구하는 루나에너지의 1MW 조류발전 사양에 못 미쳐 2015년까지 1MW 장치 300대를 설치하려는 계획은 보류된 상태다. 처음 계획은 완도지역에 2009년까지 1차로 1개의 1MW 조류발전장치를 설치하고, 2015년까지 300MW 조류발전단지를 조성하며 RTT에서 기술지원하고 현대중공업에서 터빈을 생산하여 국내시장에 진출예정이었다. 루나에너지의 덕트형 HAT발전장치는 자중 착저식으로 파일이나 계류장치 없이 자중에 의해 해저면에 안착되는 고정방식이다. 현재 중부발전에게 완도지역에 적합한 장치개발을 위한 연구투자를 제안한 상태이다. 인하대 조철희 교수는 “8개 재생에너지 중 해양에너지는 우리나라에 적용할 수 있고 매우 적합하다. 다른 나라에 없는 매우 좋은 조류, 조력발전 후보지가 산재해 있는 현실은 축복이고 그 에너지량도 매우 많다”며 해양에너지 개발에 존재하는 기술적 난점에도 불구하고 해양에너지 개발에 적극 나서야 한다고 강조하면서 “정부의 적극적인 지원 하에 기업체가 앞서고 연구소나 대학이 지원하는 정책으로 전환하여 새로운 산업육성과 일자리 창출과 경쟁력있는 기술력확보가 매우 시급한 실정”이라고 주장했다.

이창호기자

작성일자 : 2010-03-15(제83호)