[에너지] 차세대 발전 - 해양 에너지

 

해양 에너지를 유효하게 하는 발전방식으로는 조력발전, 조류발전, 파력 발전, 온도차 발전 등이 있습니다.
이 중 대용량 출력으로 현대 실용화되고 있는 것은 조력발전, 곧 해수면의 간만차를 이용한
수력 터빈 발전기에 의한 방식 뿐입니다.

 

파도의 힘

1. 파력발전

 

파력발전 시스템은 파도의 상하진동을 이용하거나 파도의 수평진동을 이용하는 두가지 방법으로 크게 나누어지는데 현재 개발되고 있는 것은 거의 대부분이 파도의 상하진동을 이용하는 방식입니다. 바다 위를 부는 바람으로 생기는 파도는 운동 에너지로서 파도의 높이의 제곱과 그 주기의 곱의 1/2로 표시됩니다. 이로부터 지구상의 파력의 에너지는 27억kW라는 엄청난 에너지가 된다는 계산결과도 있습니다.

 

2. 파력에너지의 특징과 장점

파력에너지는 풍력, 태양광과 마찬가지로 태양으로부터 지속적으로 받는 재생에너지에 그 기원을 두고 있습니다. 파력 에너지는 지구상에서 가장 집중된 재생 에너지 형태이며 풍력 및 태양 에너지보다 전력 밀도가 훨씬 높다는 점에서 독특합니다. 말할 것도 없이, 이는 풍력이나 태양광보다 더 예측 가능하고 일관성이 있습니다. 바다 상태는 48~72시간 전에 정확하게 예측할 수 있는 반면, 정확한 바람 예측은 5~7시간 이상 앞서는 거의 불가능합니다.

 

• 파도는 바람이 바다 표면 위로 이동할 때 생성됩니다. 바다 표면의 작은 잔물결조차도 바람이 에너지의 일부를 파도에 분산시킬 수 있는 기회를 제공하여 바람이 장거리에 걸쳐 파도에 영향을 미칠 때 파도가 더 커지도록 합니다. 가져오는 거리가 길고 바람이 강할수록 파도는 더 커집니다. 파도는 사실상 에너지 손실 없이 수백, 심지어 수천 킬로미터까지 이동할 수 있기 때문에 바람에 의해 충전되는 에너지 저장소 역할을 합니다.
• 태양이 지구 표면을 고르지 않게 가열하여 공기 이동을 생성하면 바람이 생성됩니다. 뜨거운 공기가 위로 올라갈 때 먼저 수직으로 움직이고, 상승하는 공기로 인해 빈 공간이 만들어지면 수평 운동으로 더 많은 공기가 빈 공간을 채우는데, 이를 바람이라고 합니다.
• 각 단계에서 에너지는 점점 더 집중됩니다. 먼저 태양 광선이 땅을 가열할 때, 두 번째로 뜨거운 땅이 바람을 일으킬 때입니다. 마지막으로 바람이 파도를 만들 때 변환된 태양 에너지는 가장 집중된 상태에 도달합니다. 해안선을 따라(특히 대륙의 서해안에서) 부지가 땅을 보호하지 않고 긴 인출에 노출되면 파도 에너지는 태양의 초기 광선보다 몇 배 더 집중될 수 있습니다.

3. 해양 온도차 발전

해양온도차 발전은 바다의 표층과 심층에서의 온도차를 이용해서 발전하는 것입니다. 곧 이 발전방식은 해양 표층의 온수와 바다 및 500~1000m 정도의 심층 냉수의 온도차를 이용하는 것입니다. 기본적인 발전원리는 태양열로 데워진 해면 표층 온수를 고온열원으로 하고, 이것을 열교환기를 중계로 해서 비등점이 아주 낮은 프레온이나 암모니아 등의 증기를 만들고 이것을 2차 유체로 해서 터빈 발전기를 구동해서 발전합니다. 그런 다음 터빈을 구동한 프레온 등의 2차 유체는 저온열원인 심해의 심층 냉수로 냉각, 핵화 시킨 다음 증발기로 보내집니다. 

  

4. 조력에너지

조력에너지는 달, 태양, 기타 천체가 해양 수역에 중력적으로 끌리면서 발생하는 해수면의 높이 변화에 의해 파생되는 위치 에너지입니다. 조수(범위)의 상승 및 하강은 만조를 가두어 둑이나 울타리 뒤로 밀물이 떨어지는 것을 지연시킨 다음 다음 조수 주기 전에 잠재 에너지를 소진할 수 있는 기회를 제공합니다. 전 세계적으로 조력 발전(조류 포함)의 이론적 전력은 약 7,800TWh/년으로 추산됩니다.

• 조력발전은 바다의 조수와 해류의 변화로 생성된 에너지를 사용 가능한 전기로 바꾸는 재생에너지원입니다. 조력발전은 조력발전소, 조수발전기, 조력 울타리 등 다양한 유형의 기술을 사용하여 확보할 수 있습니다. 이러한 모든 유형의 조력 발전소는 조력 터빈을 사용하므로 터빈이 에너지 생산을 위해 조수 내의 운동 에너지를 포착할 수 있는 방법을 이해하는 것이 가장 중요합니다. 
• 조력 터빈은 풍력 터빈이 풍력 에너지를 포착하는 방식과 유사하게 조력 에너지를 활용합니다. 조류와 조류가 변하면서 움직이는 물이 터빈의 블레이드를 밀어냅니다. 터빈은 발전기를 돌려 전기를 생산합니다. 조력발전은 바다의 조수와 해류의 변화로 생성된 에너지를 사용 가능한 전기로 바꾸는 재생에너지원입니다. 조력발전은 조력발전소, 조수발전기, 조력 울타리 등 다양한 유형의 기술을 사용하여 확보할 수 있습니다. 이러한 모든 유형의 조력 발전소는 조력 터빈을 사용하므로 터빈이 에너지 생산을 위해 조수 내의 운동 에너지를 포착할 수 있는 방법을 이해하는 것이 가장 중요합니다. 
• 조력 터빈은 풍력 터빈이 풍력 에너지를 포착하는 방식과 유사하게 조력 에너지를 활용합니다. 조류와 조류가 변하면서 움직이는 물이 터빈의 블레이드를 밀어냅니다. 터빈은 발전기를 돌려 전기를 생산합니다. 

해양에너지의 미래 

• 파력 및 조력에너지 변환기는 아직 상용화 초기 단계에 있습니다. OTEC 및 해류 기술은 현재 규모가 작으며 분포가 제한되어 있습니다. 전 세계에서 활동 중인 OTEC 발전소 3곳 중 하나가 하와이에 있습니다. 그러나 이 기술을 개발하는 이해관계자는 이 기술에 대한 투자 수익의 불확실성으로 인해 산업체보다는 주로 연구 기관 및 대학입니다. 

해양에너지는 재생 가능한 에너지원으로, 사용함에 따라 에너지가 고갈되지 않는다는 의미입니다. 탄소배출이 없고, 예측가능하므로  터빈이 얼마나 많은 전력을 생산할 것인지 쉽게 알 수 있습니다. 해양에너지가 에너지의 미래가 될 수 있을까요?