해양에너지

해양

해양에너지( Marine energy, Marine power, Ocean energy, Ocean power, 海洋能源)는 해양의 파도, 조석간만의 차, 염도, 해양의 온도차에서 나타나는 에너지이다. 세계의 여러 바다에서 해류의 움직임은 방대한 운동에너지를 품고 있으며 움직이는 에너지이다. 해양에너지는 지구 표면의 70% 이상을 차지하고 있는 해양의 조수, 파도, 해류, 온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 현재 에너지를 생산하는 방식은 대표적으로 조력, 파력, 조류, 온도차 발전 등이 있다.

개요

해양에너지는 파력부터 표면파, 조력, 해류의 운동에너지로부터 얻는 모든 것들을 망라한다. 그러나 연안에서 이루어지는 풍력발전은 해양에너지에 속하지 않는다. 풍력 터빈이 해양에 위치해 있지만 바람에서 에너지를 얻는 것이기 때문이다. 해양은 많은 양의 에너지를 갖고 있고 아직까지 개척되지 않은 많은 것들을 갖고 있다. 해양에너지는 전 세계에 상당한 양의 재생 가능한 에너지를 제공할 잠재력을 갖고 있다. 우리 인류는 가장 중요한 에너지원으로 석유, 석탄, 천연가스, 원자력 등 에너지를 이용하고 있으며 이런 에너지는 한 번 쓰고 나면 사라지는 재생 불가능 에너지로서 인류가 언제까지나 이들 에너지에 의존하며 살아갈 수는 없다. 화석연료의 사용으로 인해 발생한 오늘날의 지구 온난화와 같은 문제는 자원의 고갈 차원을 넘어 매우 심각한 환경의 문제를 일으키고 있다. 이에 따라 환경의 문제를 발생시키지 않으면서도 계속해서 사용하여도 없어지지 않는 새로운 에너지원을 찾아야 한다. 이런 가능성을 가진 재생 가능 에너지원으로 태양, 바람, 물, 지열, 바이오가스, 조력, 조류, 파도 등이 손꼽히고 있으며 이들을 이용하는 방법을 연구하고 있다. 그중 바닷물을 이용하여 얻을 수 있는 해양에너지에는 네 가지가 있다. 파도를 이용하는 파력 에너지, 밀물과 썰물을 이용하는 조력 에너지, 좁은 해협의 조류를 이용한 조류 에너지가 있고 해양 온도차에 의해서도 전기를 얻을 수 있다.

해양은 지구 표면의 70%를 차지하고 있기 때문에 기후변화 및 자원 고갈 문제를 극복할 수 있는 유망한 형태의 에너지원으로 각광받고 있으며 해양에너지 자원은 고갈될 염려가 전혀 없고 일단 개발되면 태양계가 존속하는 한 이용이 가능하고 오염 문제가 없는 무공해 청정에너지라는 장점이 있다. 특히 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 해양에너지 부존자원이 풍부하여 2000년부터 해양에너지 기술 개발에 착수해왔다. 다만 현재는 조력발전 외에는 상용화된 해양에너지가 없으며 선진국과의 기술 수준 격차도 존재한다. 발전 방식별로 특징을 살펴보면 조력발전의 경우 날씨나 계절에 상관없이 에너지 공급량이 규칙적이고 대규모 전력 생산이 가능하다는 장점이 있지만 높은 투자비용과 해양생태계를 파괴한다는 단점이 있다. 파력발전은 환경오염이 없고 지속적으로 사용 가능하다는 장점이 있지만 투자비용에 비해 발전 효율이 낮다는 단점이 있으며 조류발전은 조력발전과 달리 방파제를 건설할 필요가 없어 비용이 절감되는 효과가 있지만 조차보다 조류가 빠른 곳에 설치가 가능하여 입지조건이 까다롭다는 단점이 있다. 온도차 발전은 에너지 공급원이 무한하며 예측이 가능하여 계획적인 발전이 가능하다는 장점이 있지만 전력 생산 효율이 낮고 미생물로 인한 오염에 취약하다는 것이 단점으로 꼽힌다.

분류

파력발전

파력발전은 파도의 움직임으로 공기를 압축시키고 그 압축공기로 발전기를 돌려 전기에너지를 얻는 공학적 기술이다. 파도가 가진 에너지는 실로 어마어마해서 적절한 기술을 개발하면 수력발전에 버금가는 미래의 에너지원이 될 것으로 기대하고 있으나 파도가 불규칙적이고 부식성이 강한 바닷물에 대한 발전장치들의 내구성, 경제성 등 다양한 문제들로 인해 꾸준한 연구와 노력이 기반되어야 하는 분야이다. 현재 영국에서는 파력발전으로 작은 마을에 전기를 공급하고 있으며 일본에서도 파력발전으로 얻은 전기에너지로 등대를 밝히는 사례가 있다. 국내에서 또한 제주에 첫 파력발전소를 설치해 시범 운영에 들어갔으며 이곳을 통해 지역 주민들에게 연간 약 580MWh 규모의 전력을 공급할 예정이라고 한다.

조력발전

조력발전은 조수나 조력의 간만 등 근소한 낙차를 이용하여 수차(水車)를 구동시켜 전기를 만드는 것을 조력발전이라고 한다. 밀물을 가두어 두었다가 썰물 때 내보내면서 발전기를 돌리는 방식이다. 조력발전소는 설비를 갖추는 데 많은 비용이 들지만 연료가 따로 필요하지 않아 편리하고 연료 사용으로 인한 공해 물질이 발생하지 않아 깨끗한 에너지를 생산할 수 있다는 특징을 갖고 있다. 조력발전의 경우 자원 고갈로 인해 석유 가격이 상승하면 경쟁력이 생길 것으로 보고 있다. 현재 가장 유명한 조력발전소는 프랑스의 랭스조력발전소이다. 프랑스 캐나다에서는 조력발전소를 통해 전기를 만들어내고 있으며 중국과 러시아도 작은 규모의 조력발전소를 가지고 있습니다. 유리 나라의 경우 경기도 안산시에 시화호조력발전소가 있는데 밀물과 썰물의 높이차가 최대 9m를 넘기 때문에 아주 좋은 위치로 손꼽히며 수질 개선과 함께 청정에너지 생산으로 일석이조의 효과를 얻고 있으며 하루 두 차례에 걸쳐 총 254MWh의 전력을 생산해내고 있다.

조류발전

조류발전은 밀물과 썰물로 인해 생기는 조류와 빠른 물살을 이용한 에너지 발전 방법이다. 수차를 구동하거나 기계장치의 운동을 통해 전기를 생산하는 기술로써 해수의 유속이 빠른 지역에서 적용 가능하며 조류를 이용할 경우 계절에 관계없이 발전이 가능하다는 장점이 있다. 방대한 에너지와는 달리 발전 장비 설치를 위해서는 대규모 토목공사가 필요해 이를 실용화하는 데는 기술적인 어려움이 따르고 있다. 현재 우리나라에는 진도와 해남 사이의 울돌목에 조류발전소가 설치되어 있다. 조류발전을 위해서는 유속이 초속 2m 이상 돼야 경제성이 좋아지기 때문에 울돌목의 경우 초당 평균 유속이 5.5m로 우리나라에서 조류가 가장 센 곳이다. 발전소 설치 후 400여 가구가 1년간 사용할 수 있는 규모(1000kw급)로 시험운영을 마쳤지만 장비의 잦은 고장과 낮은 경제성 등을 이유로 가동 중단되거나 철거 위기에 놓인 적도 있다.

해양 온도차 발전

해양 온도차 발전은 해양의 수심에 따른 온도 변화를 이용해 에너지를 만드는 방법이다. 표면의 따뜻한 해수와 심해의 차가운 해수를 이용해 열에너지를 기계적으로 변환시켜 에너지로 활용하는 기술이다. 액체를 기체로 기체의 압력으로 다시 발전기를 돌려 전기에너지를 만든다. 보통 표층수의 온도는 10℃~30℃이며 심층수 온도는 4℃ 이하이며 표면과 심해의 온도차가 클수록 많은 에너지를 얻을 수 있어 위치상으로는 적도 지방이 가장 유리하다. 1881년 프랑스에서 해양 온도차 발전이 처음 제안된 이후 실험이 계속 이어졌지만 기술상의 어려움으로 인해 성공하지 못했다. 1978년 드디어 미국 하와이 근해에서 소규모 실험이 성공을 거두었으며 해양 온도차 발전이 진행되면 영양염이 풍부하고 잡균이 적은 심층수를 어류 양식에 사용할 수 있어 해양 생물을 위한 환경 조성에도 큰 도움이 될 것으로 보인다. 우리나라의 한국전력은 2014년 3월 강원도 강릉 영동 화력 발전소에 10kW급 해양 복합 온도차 실증 발전 준공식을 진행하였다. 한전이 세계 최초로 고안한 이 설비는 표층수 대신 발전소의 발전 과정에서 방출되는 열에너지를 활용할 수 있도록 설계되어 계절적인 단점을 극복할 것으로 평가된다.

국내 현황

국내 해양에너지 시장 초기에는 조력발전에 의한 주도가 예상되며 중장기적으로 조류발전과 파력발전으로 확대될 것으로 보이며 제4차 신재생에너지 기본계획에 따라 해양에너지는 2025년 신재생에너지 전체의 1.6% 보급을 목표로 하고 있다. 현재 민간과 공공부문에서 추진 중인 해양에너지 개발은 조력과 조류 분야이며 우리나라 서해안과 남해안은 굴곡이 심한 리아스식 해안으로 크고 작은 만이 발달하고 조위차가 커서 조력과 조류발전의 적지로 꼽히고 있다. 국내 해양에너지 중에서는 조력발전이 가장 먼저 상용화되었으며 2011년 완공된 시화조력발전소는 시화만에 농, 공업용지 및 휴식 공간 조성을 목적으로 시화방조제를 구축해 담수호를 조성할 계획이었으나 수질 문제로 담수호 계획을 포기하고 해수호로 유지하기로 한 이후 수질 개선을 목적으로 추진되었다. 이외 조력발전의 주요 후보지로는 가로림, 강화, 인천, 천수만 등의 지역이 검토 중이며 조류발전은 인천, 진도, 장죽수도 등에서 대규모 발전 단지 건설이 검토되고 있다. 파력발전은 현재 국내의 경우 연안역과 외해역 모두를 포함하는 파력에너지 가용 잠재량이 10.3GW이고 광력 파랑 에너지 밀도는 계절별, 해역별로 차이가 크지만 일반적으로 겨울철의 파랑에너지 밀도가 상대적으로 높다. 파력발전 기술은 아직 상용화 단계까지 도달하지 못했으나 진동수주형 용수 시험 파력발전소가 건설되는 등 파력을 활용한 에너지를 얻기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.

참고자료

• 〈해양 에너지〉, 《위키백과》
• 〈해양 에너지〉, 《네이버 지식백과》
• "Marine energy", Wikipedia

같이 보기

• 운동에너지
• 파력발전
• 조력발전
• 조류발전
• 해양 온도차 발전

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