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조류발전
조류발전(潮流發電, tidal current power generation)은 조수간만의 차에 의해 발생하는 해수의 높은 유속을 이용하여 전기를 생산하는 방식을 일컫는다.. 현재 남해안 울돌목에서는 작은 규모로 조류발전 한다.
조류는 재생 가능한 비(非)고갈성 운동에너지로, 조류발전은 조류의 자연적인 흐름으로 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 방식을 말한다. 이는 운동에너지를 회전에너지로 변환하여 터빈을 돌린다는 점에서 원리상 풍력발전과 같다. 밀도를 비교했을 때 해수가 공기보다 약 840배 정도 크므로, 풍력발전에 비해 에너지 밀도가 높다. 조수의 낙차를 이용한 조수발전과는 달리 바닷물의 흐름을 이용하는 발전 방식이므로 발전 설비를 설치할 때, 저수지 확보를 위한 댐이나 둑 등의 건설이 필요 없으며, 선박 및 어류의 이동을 방해하지 않아 환경 친화적 에너지 시스템에 해당한다. 하지만 조수간만의 차가 커 유속이 빠른 지형에서만 발전 가능하며, 역으로 빠른 유속 때문에 발전 설비 설치가 어렵다는 문제가 있다. 또한 해양 설치비, 육상까지의 계통연결 비용 등으로 인해 초기 투자비용이 높다는 단점이 있다.
조류발전은 계절이나 낯과 밤에 관계없이 항상 발전이 가능하며 예측 가능한 에너지일 뿐 아니라, 해양에 댐을 설치하지 않음으로 주변 해양환경 변화를 최소화 할 수 있는 장점이 있다.
현재 조류발전시스템이 성공적으로 상용화된 곳은 미국의 해양에너지 개발기업 버던트 파워(Verdant Power)가 2006년부터 미국의 이스트강 하구에 설치한 터빈 6기가 유일하다.[1]
개요
조류발전은 해수의 흐름을 이용해 발전하는 방식이다.
해안에 방파제를 설치하여 조수간만의 차이를 이용하여 발전하는 조력발전과 달리, 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식이다. 방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 비용이 적게 들고, 선박 다니기가 자유로우며, 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않아 환경친화적인 것으로 평가된다.
국내에서 조류발전이 시도된 때는 1963년이다. 울돌목 일대에 조류발전 시설을 설치했는데, 준공하는 순간 버팀대가 부러져 실패했다고 전해진다. 해양수산부는 조류발전의 본격적인 연구를 위해 2001년 8월부터 해남과 진도 사이의 울돌목과 인근 장죽소도 등 전남 남해안 해역을 중심으로 조류발전소 건립 타당성 조사를 실시하는 등 사전 작업을 통해 2008년 5월 전남 진도군과 해남군 사이의 울돌목(명량해협)에 국내 최초, 세계 최대 규모의 시험 조류발전시설 설치에 성공하였다.
이후 2009년 5월 14일 1000kW급 시험조류발전소 준공식을 가졌고, 시험 운영을 거친 뒤 2013년까지 세계 최대 규모의 상용조류발전소로 발전시킬 예정이었다. 그러나 설비시설의 잦은 고장, 낮은 경제성, 주변 경관 저해 등의 이유로 몇 차례 가동 중단에 이어, 2012년 9월 태풍피해로 가동이 전면 중단되었다. 게다가 2013년 10월에는 진도군으로부터 5년간의 사용기간 만료로 철거 명령이 내려져 철거 위기에 놓였다. 이후, 2014년 2월 진도군은 2018년 말까지 울돌목 조류발전소에 대한 사용연장 결정을 내린 바 있다.
한편 우리나라에는 울돌목 외에 진도 조도면 인근 장축수도에 조류발전소가 2011년부터 시험 가동 중이다.
발전 방식
발전 방식은 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 유체의 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 전자유체발전 방식과 조수간만의 차를 이용하여 조류의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 발전기를 이용한 방식이 있다. 발전기를 이용하는 방식은 물살의 발향과 회전축의 방향이 이루는 각도에 따라 수평축 터빈 방식과 수직축 터빈 방식으로 나뉘며, 조류 발전 시스템의 고정 방식에 따라 파일고정식, 착저식, 계류식으로 구분할 수 있다.
조류에너지와 발전 전력
단위 시간당 발생하는 조류에너지(E(W))와 한 조석주기당 발전 전력(P(W))에 관하여 다음의 식이 성립한다.
E(W) = 0.5ρAV3
P(W) = 0.5ηρAV3
- ρ = 해수밀도(1.025kg/㎥), A = 통수면적(㎡), V = 조류유속(m/s), η = 발전용 수차발전기의 효율.
위 식에서도 알 수 있듯이 에너지 및 발생 전력은 조류의 유속에 의해 크게 좌우된다. 보통 조류의 유속이 1m/s 내외일 때도 발전이 가능하지만 유속이 2m/s 이상은 되어야 경제성 있는 발전이 가능하다.
개발 및 이용 현황
영국의 경우 2003년 잉글랜드 데본 링머스 해안에 세계 최초 300kW급 상용 규모의 조력 발전소를 설치하였다. 캐나다에서는 2001년에 조류에너지를 추출 기술 개발 및 프로젝트 수행의 목적으로 클린 커런트 파워 시스템(Clean Current Power System) 사를 설립하였으며, 조류 발전 터빈에 관한 다양한 특허를 소유하고 있다.
한편 한국에서는 2009년 최초로 진도 울돌목에 조류 발전 시설을 완공하여, 2017년 발전량 약 1,000kW급으로 시험 운영 중이다.
- 울돌목 조류발전
2003년 국내 최초로 수직축 헬리컬 방식의 터빈이 적용된 100kW급 발전장치가 울돌목에 설치되었고, 2005년 국토해양수산부의 지원을 받아 해양연구소 주관으로 2009년 국내 최초로 1MW급 수직축 조류발전장치를 그림과 같이 설치하였다. 수직축 터빈을 채택함으로써 발전기, 전력변환 장치 등의 주요 파트가 수면 위에 위치하여 유지보수가 용이하다. 수면에서 해저면 부근에 걸친 큰 터빈에 의해 대형 자켓 구조 물을 이용하여 전체 시스템을 지지하였다
- 100kW 수평축 부유식 조류발전
2008년 6월 오션스페이스와 인하대가 개발하고 남동발전이 참여한 25kW급 조류발전장치가 그림과 같이 삼천포방수로에 시험⋅설치되었다. 확보된 요소기술을 바탕으로 100kW급 부유식 조류발전장치가 개발되어 2010년 전남 여수해역에 설치되었다. 계류식 지지방법이 적용된 사례로써 TLP (Tension Leg Platform) 계류를 이용하여 구조물을 고정하였다(그림 )
각주
- ↑ 현대건설, 〈조류발전으로 세계시장에 도전하다 현대건설의 친환경 에너지 이야기〉, 《HMG저널》, 2016-11-11
참고자료
- 조류발전 기술동향 및 개발전망 - https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO201334446972297.pdf
- 〈조류발전〉, 《두산백과》
- 〈조류발전〉, 《시사상식사전》
- 현대건설, 〈조류발전으로 세계시장에 도전하다 현대건설의 친환경 에너지 이야기〉, 《HMG저널》, 2016-11-11
같이 보기
