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2021년 9월 10일 (금) 13:31 판
조력발전(Tidal Power, 潮力發電)은 조류(潮流)나 조수(潮水)의 간만(干滿) 등 근소한 낙차를 이용하여 수차(水車)를 구동시켜 발전하는 방식이다. 밀물 때 저수지에 물을 채워 저장하고 썰물 때 반대편 해수면의 높이가 충분히 낮아져서 낙차가 생기는 경우 저장한 물을 배출하여 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 조석발전이라고도 한다.[1][2][3][4]
개요
조력발전은 조수 간만의 수위차로부터 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 발전 방식이다. 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 밀물과 썰물 때 해수면의 수위차를 이용하여 발전한다. 물이 한꺼번에 방류되면서 발전기 터빈을 돌려 전력이 생산되며 해양에너지에 의한 발전 방식 중에서 가장 먼저 개발되었다. 조력 발전은 태양 인력 및 지구 공전에 의해 발생하는 조수간만의 차이를 이용해 에너지를 만드는 방식이다. 조력발전은 지난 1970년대 석유위기 이후 본격적인 개발이 추진되기도 했으나 유가가 다시 떨어지면서 관심권 밖에 머물러있었다. 그러나 2002년 이후 고유가 현상이 지속되면서 대체 에너지원으로 조력발전이 다시 각광을 받고 있다. 조력발전기는 수력발전기와 비슷하다. 또한 바닷물의 흐름이 일 년 내내 중단되지 않고 일정하게 일어나므로 태양광 및 풍력 같은 다른 발전 방식과 연결될 경우 서로를 보완해주는 효과까지 낼 수 있다. 스코틀랜드 앞바다에서 조력 발전을 추진하고 있는 기업은 에너지 전문 스타트업인 스코트렌너블스 조력(Scotrenewables Tidal Power, STP)는 북해(北海)의 거친 환경에 견딜 수 있도록 특수 설계된 조력 발전기를 개발했다. 새로운 조력 발전기는 기존 조력 발전기들처럼 해저에 고정된 방식이 아니라 바다에 떠 있는 부유식 구조로 설계되었으며 12개월간 시험적으로 가동하면서 연간 3GWh의 전력을 생산하는 데 성공했다고 발표했다.
조력발전은 조석 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어 입지조건이 까다롭고 조위의 변화가 1년 동안 균일하지 않으며 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없고 시설 기반 비용이 비싸다는 단점이 있다. 최근에는 갑문 안쪽의 해양 생태계에 끼치는 영향 때문에 많은 나라에서 조력발전에 대해 회의적이다. 갑문 안팎의 바닷물 소통량이 작아 식물성 플랑크톤의 급증으로 인한 먹이 사슬 변화, 염분의 농도 변화 그리고 물고기가 둑을 자유로이 오갈 수 없는 이유로 생태계의 혼란이 우려된다. 또한 강어귀에 침전물이 늘어나 생태계와 발전 모두에 악영향을 끼칠 수 있다. 그러나 에너지원이 고갈될 염려가 없는 신재생에너지이며 공해의 원인이 되지 않기 때문에 장차 유망한 발전 방법의 하나이다. 한편 대한민국에서는 한국수자원공사가 시화호 방조제에 총 시설 용량 254MW급의 조력 발전소를 지었다. 현재 시화호조력발전소가 세계 최대 규모의 조력 발전소이며 세계에 몇 안되는 조력발전소 중 하나이다. 또한 520MW급의 가로림만 조력 발전소도 2011년 착공 및 2014년 완공을 계획하고 있었지만 2016년 7월 28일 대한민국 해양수산부에서 가로림만을 해양보호구역으로 지정하며 자연스럽게 가로림조력발전소 계획도 백지화되었다.[5][6]
원리
조류가 밀려드는 동안 수문이 열려 저수지가 채워지고 만조(滿潮)일 때는 수문이 닫힌다. 유입한 바닷물을 높은 곳의 저수지에 가두어 두었다가 간조(干潮)와 같이 터빈을 작동시킬 만큼 충분한 낙차(落差)를 얻을 때 물을 방수하여 발전기를 회전시키는 원리이다. 저수지로 흘러들어온 조류로 터빈을 작동시켜 발전하는 방식이다. 실제적으로는 조차가 큰 강 하구나 만에 방조제를 건설하여 조지를 만들고 방조제 안과 밖의 수위차를 이용하여 발전한다. 발전 방식은 대체로 수력 발전과 비슷하다. 위치에너지는 조지의 면적과 조차의 제곱에 비례한다. 조력발전은 입지조건이 제한되는데 에너지원이 무제한 무한정이고 공해의 원인이 되지 않기 때문에 장차 유망한 발전 방법이다.
분류
조력발전은 크게 한방향 발전인 단류식과 양방향 발전인 복류식으로 구분된다. 또 발전 시기가 밀물인지 썰물인지에 따라 다시 창조식과 낙조식으로 분류된다. 단류식 낙조발전은 조력 댐을 설치하여 조지를 조성하고 창조 시에 수문을 개방하여 조지 내에 해수를 만조 수위까지 채운 후 수문을 닫고 대기하다가 낙조 때 조지와 외해 조위간의 높낮이 차이를 이용하여 발전하는 방식이다. 이와 반대로 낙조 때에 수문을 개방하여 조지 수위를 간조 수위까지 낮춘 후 창조 시에 발전을 하는 형태가 창조식 발전이다. 운전방식은 발전, 대기, 배수, 대기의 사이클을 1일 2회 반복하기 때문에 발전 출력의 단속이 불가피하다. 그러나 발전 방식이 가장 간단하고 발전설비의 가격도 저렴하여 가장 실용적인 조력 발전 방식이다.
복류식 발전 방식은 창조 및 낙조 모두 발전이 가능하며 단류식에 비해 발전시간이 연장될 수 있다. 그러나 이 경우에도 역시 조지와 외해와의 수위차가 발전 가능 낙차에 이를 때까지 대기해야 하기 때문에 발전은 단속적이다. 또한 수차 발전기도 두 방향 발전이 양쪽으로 가능해야 하기 때문에 단류식 수차발전기보다 구조가 복잡하다. 일반적으로 이 발전 방식은 조차가 아주 크게 발생하는 지역에서 이용하면 단류식 보다 유리한 것으로 알려져 있다.
역사
14세기경 이탈리아 사람 마리아노는 조석 방앗간 건설에 대한 책을 발간하였고 프랑스 랑스 지역에는 작은 마을단위로 조석 방앗간을 만들어 사용했던 흔적이 보존되어 있다고 한다. 18세기 프랑스에서는 조석 에너지를 연속적으로 얻을 수 있는 복조수지식(복류식) 발전에 관한 원리가 소개되기도 하였으나 화력 발전과 수력발전이 꾸준히 개발되고 대형화되면서 효율이 떨어지는 조력발전에 대한 개발은 더 이상 진행되지 못하였다. 그러나 수력발전설비가 꾸준히 개발되고 상용화되면서 대형 수차와 전기기술의 향상에 힘입어 대규모 조력발전 개발과 운영상의 기술적 문제점들이 하니씩 해결되면서 1966년 11월 현대화된 조력발전소가 프랑스 랑스강 하구에 세계 최초로 건설되어 가동되기 시작하였다. 프랑스 랑스의 조력 발전설비의 발전 용량은 24만kW 이며 조석의 차이는 약 13.5m 라고 한다. 이후 조력발전소가 운영 중인 나라는 러시아 키슬라야에 약 800kW 발전소가 1968년 완공되어 가동중이며 캐나다 아나폴리스에 발전용량 2만kW가 1986년에 완공되었고 중국의 지앙시아에 발전용량 3,000kW가 건설되어 가동 중이다.[7]
특징
세계적으로 화석연료를 줄이기 위한 방법으로 친환경에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 친환경에너지에는 태양광, 태양열, 풍력, 조력, 조류 등 그 종류가 많다. 조력은 달이 공전하면서 인력으로 하루에 두 번 지구에 밀물과 썰물을 생기게 하는 힘으로 이러한 힘을 이용해 조력발전을 한다. 조력발전은 조석 간만의 차가 큰 만이나 강 하구에 댐을 건설하고 발전기를 설치하여 만조가 되어 해수가 들어오면 수문을 열어 방조제 안에 물을 채워 가두었다가 간조가 되면 다시 수문을 열어 가두었던 물을 일제히 방류한다. 이때 물이 한꺼번에 방류되면서 발전기의 터빈을 돌려 전력이 생산되는 원리로 파력발전, 조류발전 등의 해양에너지에 의한 발전 방식 중에서 가장 먼저 개발되었다. 조력발전은 조석 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어 있어 입지조건이 까다로워 전 세계 230여 개의 나라 중 조력발전을 할 수 있는 지형적인 조건을 가진 나라는 10개국 정도 밖에 되지 않는다. 평균 조위차가 5m이상이면 조력발전소를 실용화할 수 있다고 한다. 또한 입구가 좁고 내부가 넓은 만에 설치하는 것이 좋은데 작은 제방으로도 많은 에너지를 얻을 수 있기 때문이다. 게다가 조력발전을 하기 위해서는 바다를 막고 발전소를 건설해야 하기 때문에 엄청난 초기 건설비용이 든다. 이렇게 만들어진 시설들은 바다의 염분 때문에 부식이 되기 쉽고 강한 해류나 파도에 의해 손상을 입기도 쉽다. 이외에 조력발전의 부정적인 측면이 많이 있는데 환경적인 측면에서의 문제점이 많은 화두에 오르고 있다. 최근 많은 환경학자들은 조력발전소를 반대하고 있는 데 그러한 이유가 조력발전소가 환경을 파괴한다는 것이다. 아주 작은 댐을 건설하기만 해도 주변 생태계를 파괴시키는 데 거대한 조력발전소를 짓게 되면 그 영향은 엄청날 것이기 때문이다. 조력발전의 댐의 안쪽은 플랑크톤의 급증으로 인해서 먹이 사슬 변화, 염분의 농도 변화 그리고 물고기의 이동이 자유로이 오갈 수 없는 이유로 생태계의 혼란이 우려된다. 또한 강어귀에 침전물이 늘어나 생태계와 발전 모두에 악영향을 끼칠 수 있다. 조력발전은 석탄이나 석유처럼 고갈되는 자원이 아니기 때문에 무한한 에너지이자 신재생에너지이며 환경오염을 일으키지 않기 때문에 장차 유망한 발전 방법의 하나이다. 또한 풍력발전이나 태양광발전의 발전량에 비해서 발전량을 예측하기가 쉽다는 장점이 있다. 그리고 막대한 초기의 투자비에 비해 유지비는 투자비의 3.63%밖에 되지 않아 경제성이 좋다. 조력발전소는 관광지로 발전시킬 수도 있는데 우리나라의 조력발전소인 시화호발전소의 경우에는 연간 100만 명의 관광객이 방문할 것이라 예상된다.[8]
장점
조력발전의 가장 큰 장점은 에너지를 일으키는 매개체가 물, 즉 자연이라는 점이다. 조력발전을 신재생에너지라 표현하기도 하는데 환경을 파괴하지 않고 자연에서 만들어진다는 점에서 그린 에너지라 부른다. 특히 환경오염의 주범인 이산화탄소 배출이 없다는 점에서 온실가스 배출을 감축시키는 해법으로도 주목받고 있다. 에너지 생산량에서도 다른 신재생에너지 대비 생산량이 많다. 조력발전의 설비와 비슷한 수력발전의 경우 우기 시에 상류 댐 저수지에 담수한 물을 이용해서 에너지를 생산하며 보통 일 년 주기로 발전을 하고 여름철 내리는 비를 가두어 두기 때문에 생산할 수 있는 에너지의 양이 한정적이다. 반면에 조력발전은 하루 두 번 발생하는 조석 간만의 차를 통해 에너지를 얻는다. 밀물과 썰물 현상은 지구의 자전에 의해 발생하고 달의 공전으로 시간이 정해지고 달이 존재하는 한 이런 현상은 규칙적으로 발생하기 때문에 에너지를 무한으로 얻을 수 있어 자원 고갈에 대한 염려도 적다.[9]
각주
- ↑ 〈조력 발전〉, 《위키백과》
- ↑ 〈조력 발전〉, 《나무위키》
- ↑ 〈조력발전〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ "Tidal power", Wikipedia
- ↑ 〈차세대 신재생에너지, ‘조력 발전〉, 《사이언스온》, 2018-09-04
- ↑ 〈조력발전〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 천일, 〈조력발전〉, 《네이버 블로그》, 2014-07-27
- ↑ 빛구름, 〈조력 발전이란?〉, 《네이버 블로그》, 2017-10-22
- ↑ 한국수자원공사 , 〈달과 물의 힘으로 만들어내는 청정에너지, 조력발전의 모든 것〉, 《네이버 블로그》, 2020-07-22
참고자료
- 〈조력 발전〉, 《위키백과》
- 〈조력 발전〉, 《나무위키》
- 〈조력발전〉, 《네이버 지식백과》
- "Tidal power", Wikipedia
같이 보기
