자원 고갈 걱정 없는 청정발전소 ‘조력발전소’

자원 고갈 걱정 없는 청정발전소 ‘조력발전소’

16기 김창준

 

  여름휴가 하면 가장 먼저 떠오르는 장소라고 하면 바로 바다일 것이다. 그런데 바다는 단순히 우리에게 휴가 여행지로서 휴식의 공간만 되는 건 아니다. 주목받는 신재생 에너지에는 태양 에너지, 바이오 에너지, 풍력 에너지, 수력 에너지, 해양 에너지가 포함되어 있는데 그중 해양 에너지 사용 방식 가운데 하나인 조력 발전에 대해 소개하려고 한다.

[그림1. 시화호 조력발전소]

출처:Kwater

조력발전은 어떻게 전기를 만들까?

 조력 발전은 태양 인력 및 지구 공전에 의해 발생하는 조수간만의 수위 차를 이용해 위치 에너지를 운동 에너지로 바꾸어 전기 에너지로 전환하는 발전 방식이며, 조석 발전이라고 한다. 조석이 발생하는 만이나 하구를 방조제로 막아 해수를 가두고, 수차발전기를 설치해 빠져나가는 물의 힘을 통해 전력을 만든다.

[그림2. 조력발전의 원리]

출처:교육부블로그

 널리 보급되어 많이 알려진 태양광이나 풍력발전과 달리 ‘조력발전’은 아직까지 덜 알려져 있으며, 비주류에 속해있다. 조력 발전은 해양 에너지를 응용한 발전 방식 중 가장 먼저 개발되었으며, 에너지를 일으키는 매개체가 물이라는 것만 제외하면 풍력발전과 구조가 유사하다고 한다. 구조는 비슷하지만 물의 밀도가 공기보다 높아 규모가 작은 발전기라도 발전이 가능하다는 장점이 있다. 또한 바닷물의 흐름이 일 년 내내 중단되지 않고 일정하게 일어나므로 자원 고갈에 대한 걱정이 없는 에너지이다.

  조력발전소를 눈으로 보면 발전소보다는 그냥 넓은 강처럼 보일 것이다. 그만큼 자연을 해치지 않고 자연에서 그대로 에너지를 얻는다고 느낄 수 있다. 하지만 아쉽게도 모든 바다에 조력발전 방식을 사용할 수는 없다. 입지 조건이 밀물과 썰물 시 평균 해수면의 높낮이 차이가 3m 이상 조석 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어있다. 또한, 바다 깊은 바다에 설치되어 소음은 없지만 거센 물살과 압력 때문에 고장이 난다면 사람이 직접 수리하기도 힘들며, 수리 나 유지하기에는 많은 비용이 드는 단점이 있다. 이런 고정식 조력발전의 유지 보수의 문제점을 극복하기 위해 최근 해저에 고정된 방식이 아닌 바다에 떠 있는 부유식 조력발전 방식이 설계되어 기술적 변화를 꾀하고 있다.

고정식 조력발전의 유지보수 문제점 해결 ‘부유식 조력발전’은 무엇인가?

 에너지 전문 스타트 업인 STP(Scotrenewables Tidal Power)는 스코틀랜드 앞바다에서 조력 발전으로 추진하고 있는 기업으로 북해의 거친 환경을 견딜 수 있도록 특수 설계된 조력 발전기를 개발했는데 이 발전기가 부유식 조력 발전기이다.

  새로운 조력 발전기는 기존 조력 발전기들처럼 해저에 고정된 방식이 아니라, 바다에 떠 있는 부유식으로 약 60m 길이의 부표에 매달려 터빈이 전력을 생산한다. STP는 이를 12개월간 시험적으로 가동하면서 연간 3GWh의 전력을 생산하는데 성공했다고 발표했다. 또한. 물 위에 떠 있기 때문에 수리도 수월하며, 설치와 작동의 편리, 견고함, 유지보수 비용이 적게 든다는 점에서 전문가들은 향후 부유식이 차세대 조력발전기의 대세가 될 것이라고 전망하기도 하였다.

[그림3. 부유식 조력발전기의 조감도]

출처:Scotrenewables Tidal Power

굳이 부유식 조력발전을 사용하는 이유는 무엇일까?

 해저에 설치되어 육안으로 전혀 보이지 않고 주변 경관을 해치지 않을뿐더러 소음 공해도 유발하지 않는 고정식 발전기의 이점도 있지만, 굳이 부유식 방식을 사용하는 이유는 무엇일까?

  STP의 한 엔지니어는 기존 조력발전의 문제점은 거센 물살이라고 지적했다. 고정식 조력 발전기는 선박과의 충돌을 피하고자 바다 깊은 곳에 설치한다고 한다. 바다 깊은 곳에 설치하면 바닷물이 흐를 때 발생하는 거센 물살을 견디면서 전력을 만들다 보니 고장이 없을 수가 없다. 깊은 바닷속에 있다 보니 사람이 직접 수리하는 것이 힘들며, 유지 보수를 하기 위해서는 대형 크레인 등 특수 장비와 운송 설비가 필수적으로 동원되어야 한다. 하지만 부유식 조력 발전기는 바다에 떠 있는 채로 발전하기 때문에 바닷속까지 들어가 수리하지 않아도 되며, 고정식보다 유지보수 비용 훨씬 저렴하여 문제점들을 일거에 해결할 수 있게 해 준다.

해양 분야 재생에너지의 돋보이는 성장세

국제 재생에너지 기구(IRENA)가 지난해 1월 발표한 ‘재생에너지 발전비용’ 보고서는 수년간 재생에너지 발전 비용은 꾸준히 감소했고 앞으로 재생에너지 산업의 규모는 커질 것이라고 내다봤다. 재생에너지 중에서도 특히 해양에너지 분야의 성장세가 눈에 띈다. 미국의 시장조사기관인 TMR의 '파력 및 조력 에너지 시장 2016-2024' 보고서에 따르면, 전 세계 파력 및 조류에너지 시장규모가 2014년에서 2024년 연평균 23.2% 성장할 것으로 전망됐다. 또한, 영국은 스완지만에 240MW 규모의 조력발전소를 건설하는 등 여러 국가가 조력발전소 건설에 대한 투자도 꾸준히 늘어가고 있다.

이처럼 전 세계가 화석연료 사용을 줄이고 재생에너지를 확대하려는 에너지 전환 정책을 추진하는 가운데, 아직 세계는 에너지 소비의 많은 부분을 화석연료에 의존하고 있다. 자연에서 만들어진 에너지가 화석연료보다 효율이 낮으며, 재생에너지 개발의 비용 문제 등으로 아직 개발단계에 머물러 있는 것들이 많다. 하지만 화석연료의 고갈, 화력발전으로 인한 대기오염 등 문제점을 해결하기 위해서는 재생에너지의 개발은 꼭 필요한 임무로 보인다.

<참고자료>

1. 김종화, 「[과학을읽다]②차세대 조력발전 대세는 '부유식 발전기'」, 아시아경제, 2018.09.10

2. 김준래, 「차세대 신재생에너지, '조력 발전'」, 사이언스타임즈, 2018.09.04

3. 한국수력원자력, 「조력발전이란 무엇일까?」, 2019.07.25