해양에너지

2012. 11. 27. 21:59 자료공유/신재생 에너지

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해양 에너지

 

1.해양 에너지

   1)정의

  해양에너지는 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식은 조력·파력·조류·온도차 발전 등이 있다.

 

   2) 분류 

      (1) 에너지원별 분류 : 조력발전, 조류발전, 파력발전, 해양 온도차발전, 해수 염도차발전 등

     - 종류별 입지조건

 

구 분

입지조건

조력발전

평균조차 : 3m이상 폐쇄된 만의 형태, 해저의 지반이 견고, 에너지 수요처와 근거리

파력발전

자원량이 풍부한 연안육지에서 거리 30미만 수심 300m미만의 해상항해, 항만 기능에 방해되지 않을 것

조류발전

조류의 흐름이 2m/s 이상인 곳

조류흐름의 특징이 분명한 곳

온도차발전

연중 표·심층수와 온도차가 17이상인 기간이 많을 것

어업 및 선박 항행에 방해되지 않을 것

 

(2) 기술적 분류

   가) 후보지 해양특성 평가 및 예측 기술

   나) 에너지 직접, 추출, 변환 기술

   다) 발전 시스템 기술

   라) 해양 구조물 설계 및 시공기술

   마) 발전기 및 전력 변환 기술

   사) 환경영향분석 및 피해저감기술

 

3) 해양 에너지 SWOT 분석

 

강점(Strength)

약점(Weakness)

지리적 우수성

고급 연구인력 보유

산업체 시공경험 풍부

발전기, 전력변환장치, 증속기등 연구 인력풍부

외국 설계/시공사례 , 단기간에 선두그룹 진입가능

국내 시장 활성화시, 해외 시장 선점 가능

국제 표준화 활동을 선도함으로써, 시장 주도권 확보 가능

해양발전 잠재량 우수

기회(Opportunity)

위협(Threat)

기술개발 적용사례 미미, 경험

발전 터빈에 대한 국내 기술수준 낙후

B/C비율이 유동적, 초기투자비 ,

단기간 회수 불가능

대용량 전력변환기술 연구 부족

  자체기술 개발에 대한 필요성을 인지하지 못하는 분위기

건설경기 침체로 인한 투자 여력 낮음

현재 수준으로는, 시공기술개발과 활용에 많은재원이 소요됨에 반해 에너지 생산량

상용 운전 발전소 모델 미흡

해양E 개발에 대한, 국내의 불리한 규제, 표준

국내의 지리적 우수성

- 남해안은 조력조류발전의 우수한 입지 조건을 갖추고 있으며, 총 해양에너지 부존량은 1,400

kW 이상

 

구분

조력

조류

파력

부존량

650

100

650

1400

 

 

 

2. 해양 에너지 종류별 특성

   1) 조력 발전

     (1)발전 방식

조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고, 수차발전기를 설치하여 외해와 조지내의 수위차를 이용하여 발전하는 방식이다

 

 

      (2) 단점

             ①장 점

- 조력발전은 발전을 하는 지점이 결정되면 그 지점에 있어서 조위(潮位)의 변화를 예측 할 수 있다.

- 청정에너지이다.

 

          단 점

- 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점들이 있다.

      - 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다

 

          (3)국내 현황

                 ① 시화호 조력 발전소 개요

-발전시설 용량: 254MW(수차 발전기 10, 세계최대 규모)

-발전 방식: 단류식 창조 발전(밀물 때 낙차이용)

-연간발전량: 552GWh (하루평균 8.8시간 발전시, 소양감댐의 1,56, 국내 연간 전력 소비량

0.09%)

-연간 이산화 탄소 저감 효과 315000t

 

 

 

 


 

 

 

 

         (4)국외 현황

- 프랑스 : 랑스 조력발전소

발전용량 : 240MW (1MWx 24, 벌브형)

연간발전량 : 540GWh(‘68년부터 상용 가동중 )

평균조차 : 8.5m

전체방조제 길이 : 750m

 

프랑스 랑스 조력발전소 전경

 

 

 

 

 

 

 

2) 조류 발전

       (1) 방식

조류의 흐름이 빠른 곳을 선정하여 그 지점에 수차발전기를 설치하고, 자연적인 조류의 흐름을 이용하여 설치된 수차발전기를 가동시켜 발전을 하는 방식이다.

 

 

 

조력 발전 원리

 

 

(2) 특징

- 조류발전은 풍력발전과 같이 유체의 운동에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산하게 되는데 바람대신 해수의 흐름을 이용한다.

- 유체흐름에 의한 에너지는 유속에 지수함수로 증

가하기 때문에 유속이 큰 곳이 조류발전에 절대적으로 유리하다.

- 조류발전 터빈은 터빈의 회전방향에 따라서 수평축터빈과 수직축터빈으로 분류되며, 수평축인 경우 일방향 흐름, 하천과 같이 일정한 흐름을 유지하는 경우에 적용이 유리하고, 수직축인 경우는 조류와 같이 흐름의 방향이 변하는 경우에 유리하다.

- 다만 수평형은 대부분 발전기가 물 속에 위치해 유지보수가 어렵고 프로펠러에 이물질이 낄 수 있다는 단점이 있다. 반대로 수직형은 수면 위에 발전기가 있어 대형 구조물이 필요하고 선박운행에 방해가 될수 있다.

 

(3) 단점

- 발전에 필요한 수차발전기만을 설치하기 때문에 비용이 적게 드는 장점이 있다.

- 적지를 선정하는데 어려움이 있고 발전을 적절히 조절할 수 있는 조력발전에 비해 자연적인 흐름의 세기에 따라 발전량이 좌우 된다는 단점이 있다.

 

 

          (4)국내 현황

                - 울돌목 조류 발전소

 

 

 

 

 

 

 

 

3) 파력 발전

   (1) 발전 방식

 바닷가에 가면 파도가 쉴사이 없이 육지쪽으로 밀려오고 있는 것을 볼 수 있다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하 운동을 하며, 물입자는 전후로 움직인다. 이 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전운동 또는 축방향 운동으로 변환시킨 후, 전기에너지로 변화시키는 것을 파력발전이라 한다.

 

 

   (2) 발전 분류

파랑의 운동에너지를 1차 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있으나, 중요한 것으로는 수면에 떠있는 부체가 파랑의 운동에 의하여 상하 또는 회전운동을 하도록 하여 발전기를 회전시키는 가동물체형 방식과, 파랑의 작용에 의하여 공기실 내의 수위가 변동함에 따라 공기실 내의 공기가 압축, 팽창될 때 노즐을 통하여 발생하는 공기흐름으로 터빈을 돌려 발전하는 진동수주방식이 있다.

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

    (3) 국내현황

         -제주도 파력 발전소

 

 

 

 

 

      (4) 해외현황

 

- 포르투갈과 영국이 합작하여 펠라미스를 만들었다. 포르투갈 정부는 펠라미스를 조만간 상용화해 35만 가구에 전력을 공급하는 것을 목표로 하고 있다.

 

- 프랑스 국립과학개발연구원(CNRS)파력발전개발연구팀이라는 독립 연구소를 만들어 펠라미스와 비슷한 실험을 하고 있다. 2010년에 프랑스 인근 바다에서 직접 실험한 뒤 상용화한다는 계획이다. 바다 표면에 거대한 부표를 띄워 파도의 힘을 바다 속 터빈으로 연결하는 것으로 알려져 있다. 물은 공기보다 밀도가 1000배나 높기 때문에 바다 속 터빈은 풍력발전보다 훨씬 더 많은 전력을 생산할 수 있다.

 

 

 

 

 

4) 해수온도차

 

     (1) 발전 방식

 해양 표층과 심층간의 섭씨 20도 전후의 수온차를 이용하는 발전 방법으로서, 표층의 온수로 암모니아, 프레온 등의 끊는 점이 낮은 매체를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 

 

 

                     (2)국외 현황

 

- 온도차 발전은 열대지방에서 일부 상용화가 진행된 상태다. 상아 해안으로 유명한 서아프리카 아비잔에서는 30℃ 가량의 표층수를 -25기압으로 감압해 증기를 발생시킨 뒤 여기서 7MW의 전력과 1만4000톤의 담수를 얻고 있다. 이 발전소는 프랑스 민관합작 회사인 해양에너지 개발공단에 의해 건설됐다.

 

- 프랑스가 남태평양 타히티 섬에 5MW급 온도차 발전소를 건설할 예정이며 영국이 10MW급 해상 발전소 건설사업을 추진하는 등 온도차 발전의 상용화는 예상보다 빠르게 진행될 것으로 보인다.

 

 

 

              (3)국내

우리나라는 동해안에서 심층수가 본격 개발되고 있고 온대성 쿠로시오 난류가 이 일대와 남해안을 지나 비교적 적합한 조건을 갖춘 것으로 알려져 있다. 그러나 계절적 편차가 심해 개발착수까지는 신중한 접근이 필요하다는 전문가들의 지적이다.

 

 

 

       5) 해수 염도차

 

 해수와 담수가 만날 때 발생하는 압력을 이용하여 전기를 생산하다. 해수와 담수 사이에 멤브레인 필터를 넣으면 삼투압 현상으로 담수가 해수로 이동하게 되는데, 이때의 압력을 이용하여 전력을 생산하는 방식이다.

 

 

 

 

          6) 해류 발전

 육상에서 바람을 이용하여 거대한 풍차를 돌리는 것처럼 바다 속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치, 해류를 이용하여 이를 돌려 전기를 일으키게 하는 것이다.

 



 

3. 해양에너지에 대한 고찰

 

 

 해양에너지는 대규모로 개발이 가능한 무한한 재생에너지자원으로서 오염문제가 없는 무공해에너지 자원이며 미래의 유망 에너지 자원이다. 70년대 두 차례의 오일쇼크 이후 심각한 에너지파동을 겪은 세계 각국은 각종 대체에너지 개발방안을 강구 중에 있고 특히 자연에너지로서 가치가 재인식되고 무한한 에너지 자원인 해양에서 필요한 에너지를 얻기 위해 노력하고 있다. 우리나라는 에너지 최빈국으로 에너지 해외의존도가 약 97%, 380여 억불을 에너지 수입에 소비했고 또한 세계 10위권의 온실가스 배출국이기도 하다. 최근 해외에너지 자원 확보를 위한 노력이 국가 차원에서 이루어지고 있기는 하나 그 성과는 아직 미한 정도이고, 수입 원유의 상당부분을 중동지역에 의지하고 있는 형편에서 에너지자원의 확보문제는 우리나라가 당면한 가장 시급한 과제가 아닐 수 없다. 다행히 우리나라의 서․남해역은 조력 ․ 조류에너지 개발여건이 아주 높은 것으로 평가되고 있고 자원량도 조력에너지 부존량 약 650만 kW, 조류에너지 부존량은 약 100만 kw 정도로 추산되고 있어 대체에너지로서의 개발 가치가 높다.  앞으로 본격적인 해양에너지 개발시대가 우리 앞에 열리기를 기대해 본다.

 

 

 

 

참고 사이트

 

1. 조선일보 http://news.zum.com/articles/292196

2. http://blog.daum.net/_blog/BlogTypeMain.do?blogid=0Z8gQ#ajax_history_home

3. http://article.joinsmsn.com/news/article/article.asp?total_id=3607875&cloc=

4. http://www.kps.or.kr/storage/webzine_uploadfiles/345_article.pdf

5 한국 해양 과학 기술원 http://www.kiost.ac/kordi_web/main/main.jsp

6. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=chmyr&logNo=80053984999

7. http://cont2.edunet4u.net/~lsb9014/haeyangen.htm

8. http://curlyapple.egloos.com/4755093

 

 

해양 에너지 자료 다운로드 (유료):

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