조력발전소

시화호조력발전소(始華湖潮力發電所, Sihwa Lake Tidal Power Station)

조력발전소(Tidal Power Station, 潮力發電所)는 해협(海峡), 항만(港灣) 입구 등의 지형을 이용하여 거기서 생기는 조류(潮流)나 조수(潮水)의 간만(干滿) 등 근소한 낙차를 이용하여 수차(水車)를 구동시켜 발전하는 발전소이다. 조력발전소는 바다의 수력발전소로 미국, 영국, 캐나다 등에서 많이 볼 수 있으며 국내에는 경기도 안산시 단원구 대부동에 위치한 시화호조력발전소가 세계 최대 규모의 조력발전소이며 프랑스 랑스조력발전소와 함께 대표적인 조력발전소로 꼽힌다.

개요

조력발전소는 해수의 유입 또는 방출 시 모두 발전이 가능하나 방출 시 발전량이 더 많다. 조력발전소는 조석간만의 차이를 이용한다. 갯벌에 방조제를 건설한 뒤 밀물 때 물을 가둔 후 썰물 때 물을 흘려보내 낙차의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하며 수력발전과 같은 원리이나 차이점은 수력발전의 낙차가 수십 미터인 데 비해 조력발전은 낙차가 보통 10m 이하라는 점이다. 조력발전소는 외해와 조지내의 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 해양에너지의 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 해양에너지에 의한 발전 방식 중에서 가장 먼저 개발되었다. 조력발전소는 발전 규모가 커 한곳에만 건설해도 태양광발전이나 풍력발전소보다 재생에너지 비율을 크게 높일 수 있다. 태양광 1단지의 발전 규모는 10㎽, 풍력은 10~30㎽이지만 조력발전소 1기는 최소 250㎽다. 효율이 좋은 조력발전소를 만들기 위해서는 조석 간만의 큰 차이와 함께 저수 용량이 큰 저수지를 만들 수 있어야 한다. 이 때문에 조력 발전 개발이 가능한 국가는 영불해협, 남북 아메리카, 중국, 러시아, 한국 등으로 한정되어 있다. 조력발전소의 원리에는 두 가지가 있다. 밀물 시 수문을 열어 호수를 채운 후 수문을 닫고 썰물 시 바다와 호수의 수위차에 따라 발전하는 방식인 단류식 발전과 바다와 호수의 수위차가 발생하면 밀물과 썰물의 양쪽 방향으로 발전하는 방식인 복류식 발전이다. 단류식 발전은 전기를 생산하는 과정에서 한 방향으로 흐르는 물의 흐름을 이용하는 것이고 복류식 발전은 두 방향으로 물의 흐름을 이용하는 것이다. 복류식 발전보다 단류식 발전이 설비비용이 저렴하고 서해에서는 단류식 발전이 더 유리하기 때문에 시화호조력발전소는 단류식 발전을 채택하여 운영하고 있다.

조력발전소는 화석연료를 사용하지 않아 온실가스 배출량이 적고 신재생에너지 중 거의 유일하게 대규모 개발이 가능하다. 세계의 어떤 바다에서도 하루 두 번씩 밀물과 썰물을 만난다. 그런데 이런 조석현상은 달이나 태양의 인력만으로 생기는 것은 아니다. 이런 기조력은 지구가 공전할 때 생기는 원심력의 차이에 의해서도 발생한다. 인류는 벌써 오래전부터 이런 조류를 이용해 왔다. 예컨대 11세기에 프랑스에서는 조류로 수차를 돌려 생기는 동력을 이용하여 옥수수나 밀을 가루로 빻기도 했다. 중세 유럽에서는 조류로 돌리는 수차를 이용하여 제재소를 가동하고 제분소도 운영했다. 현재 개발 가능한 조력 자원을 보유한 국가는 세계에서 손꼽을 정도로 한정되어 있기 때문에 이들 국가에서는 조력 자원을 미래의 중요한 대안에너지 자원의 하나로 지목하여 이에 대한 조사와 연구를 활발히 진행 중에 있다. 영불 해협과 이웃한 프랑스의 브르따뉴 지방의 랑스 하구에는 밀물과 썰물의 차이가 13.5m나 벌어지고 밀물이 들어오고 나갈 때의 조류의 용량이 매초 5천㎥나 된다. 프랑스는 1966년 이곳에 일당 최고 24만kW를 발전할 수 있는 조력발전소를 완공했다. 국내에서 최초 조류발전소는 2009년 전남 진도 울돌목에 건설된 울돌목조류발전소이다.

원리

조력발전은 바닷물이 가장 높이 올라왔을 때 물을 가두었다가 물이 빠지는 힘을 이용해 발전기를 돌리는 것이다. 수력발전소와 비슷한 원리인데 차이점은 수력발전의 낙차가 수십 m인 데 비해 조력발전은 낙차가 보통 10m 이하라는 점이다. 따라서 효율이 좋은 수차발전기를 개발하는 것이 관건이라고 할 수 있다. 밀물 때 수문을 닫아 두었다가 문을 열면 물이 쏟아져 들어오면서 터빈을 돌려 발전하게 된다. 썰물 때는 터빈의 날개가 반대 방향으로 돌면서 다시 발전하게 된다.

구조

조력발전소 구조

• 수문(gate) : 수직으로 움직이는 문이며, 바다와 저수지 사이의 유속을 조절한다.
• 제방(bank) : 바다에 면한 좁고 긴 땅.
• 가동 댐(operating dam) : 수문을 갖춘 구조물. 해수면에 따라 저수지의 수위를 조절한다.
• 물막이 제방(inactive dike) : 댐 가운데 주로 바위 등의 재료로 만들어지는 부분. 발전소와 가동 댐 사이에 만들어져 저수지와 바다를 분리시킨다.
• 바다(sea) : 내륙으로 상당히 들어온 거대한 염수 부분. 대양처럼 깊지는 않다.
• 발전소(power plant) : 댐 가운데 조력 발전기가 있는 부분. 밀물과 썰물의 힘으로 전기를 생산한다.
• 갑문(lock) : 문과 수문을 갖춘 구조물. 바다와 저수지 사이에 만들어진다. 선박은 수위가 다른 수면을 통행할 수 있다.
• 관리실(administrative building) : 사무실이 있는 건물. 시설을 관리하는 사람들이 근무한다.
• 변전소(substation) : 전기의 전압을 높여 송전망으로 운반하는 시설(변압기와 변환 스위치 등).
• 저수지(basin) : 만조일 때 물이 저장되는 구역. 저수지는 간조일 때 수압관을 통해 물이 빠진다.

수차 발전기

수차 발전기

• 1) 수차 : 낙차에 의해 흐르는 바닷물의 힘을 받아 회전력을 발생시키는 장치
• 2) 수차축 : 수차의 회전력을 회전자에 전달하는 장치
• 3) 회전자 : 자극(N,S)이 형성되어 회전하는 부분
• 4) 고정자 : 전기가 유도되는 고정되어 있는 부분
• 5) 벌브케이스 : 수차발전기 전체하중지지 및 수차 점검공간
• 6) 벌브노우즈 : 발전기 점검공간

참고자료

• 〈조력 발전〉, 《위키백과》
• 〈조력 발전〉, 《나무위키》
• 〈조력 발전소〉
• "Tidal power", Wikipedia
• 목정민, 〈조력발전소 ‘물살’에 ‘몸살’ 앓는 가로림만〉, 《경향신문》, 2011-12-13
• 〈수차발전기〉, 《시화호조력발전소》
• 박장수, 〈신재생시리즈/조력발전〉, 《에너지단열경제》, 2019-12-30

같이 보기

• 발전
• 조력발전
• 수력발전소

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