조력발전

조력발전

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.

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.

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. 창조식은 밀물 시 외해와 조지(潮池)의 수위차를 이용해 발전을 하고 썰물 시 조지의 물을 방류하는 발전 방식이며 낙조식은 밀물 시 조지를 채운 후 썰물 시 조지와 외해의 수위차를 이용하여 발전하는 방식을 말한다.

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.

참고자료

• 〈조력 발전〉, 《위키백과》
• 〈조력 발전〉, 《나무위키》
• 〈조력발전〉, 《네이버 지식백과》
• "Tidal power", Wikipedia

같이 보기

• 발전
• 조류
• 조류발전소

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