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해양에너지를 이용한 발전은 현재 가장 많이 이용되는 조력발전을 비롯 파력발전 해양온도차발전 해류발전 등이 연구되고 있다.

21세기 인류의 가장 큰 고통은 아마도 에너지자원의 부족 심각한 공해문제 그리고 지구의 온난화 현상일 것이다. 이러한 문제를 동시에 해결 할 수 있는 방법은 해양에너지의 적극개발과 이용이다.

문명이 발달함에 따라 인간이 사용하는 연료도 목재 석탄 석유 원자력 등 다양해지고 있으나, 이러한 연료들은 2000년대에는 고갈될 것으로 예상되고 있으며 또 환경문제에 많은 문제점들을 야기하고 있다. 따라서 미래의 에너지자원은 고갈되지 않고 공해문제도 없어야 하며 적어도 에너지추출 과정에서 열손실이 적어야 할 것이다. 해양에너지 자원은 바로 이러한 면에서 이상적인 대체에너지 자원이라 할 수 있다.

해와 달이 존재하고 지구가 돌고 있는 한 바다에는 바람이 불어 파도를 일으키며 바닷물의 흐름과 조석 간만의 차가 생기고 또 태양열로 인해 바닷물의 표면과 깊은 곳의 온도차가 존재하기 마련이다. 바로 이 파도 흐름 조석간만의 차 그리고 바닷물의 온도차 등이 바로 해양에너지 자원이다.

선진국들에서는 이러한 무공해 대체에너지를 이용하기 위해 많은 연구를 수행하고 있다. 우리나라의 경우 해양에너지 개발의 역사는 짧지만 여러 좋은 입지를 가지고 있으므로 적극 개발하면 많은 에너지를 바다로부터 얻을 수 있다.

서해안은 세계적으로도 조석간만의 차가 크고 수심이 얕으며 해안선의 굴곡이 심하고 연안에 섬이 많아 조력발전의 훌륭한 입지조건을 지니고 있다. 동해안은 수심이 깊고 연중 파도발생 빈도가 비교적 높아 파력발전 이용 가능성이 높을 뿐만아니라 북상하는 쿠로시오 난류와 바다밑의 찬 물 사이의 온도차를 이용하여 온도차발전이 가능할 것으로 보고 있다. 한편 남해안에는 임진왜란 당시 충무공이 왜적을 맞아 센 물살을 이용하여 통쾌한 승리를 거둔 곳으로 유명한 울돌목이 조류가 빠른 해역으로서 해류발전의 유망 후보지라 하겠다.

국내 에너지원의 80% 이상을 해외로부터 수입하는 우리나라는 다른 나라들보다 더욱 이러한 대체에너지 자원의 개발에 박차를 가해야 할 입장이다.

■ 조력 발전／재평가돼야할 가로림만 입지

조력발전은 조석간만의 차가 큰 연안에 수륜과 수차를 설치한 방조제로 해수를 가두고 내수면과 외수면의 수위차로 수차를 돌려 발전하는 방식으로 해양에너지에 의한 발전중 가장 먼저 개발됐다.

현재 가동중인 발전소로는 프랑스의 랑스(1967년 완공, 용량 24만 ㎾), 소련의 키슬라야(1968년 완공, 용량 8백㎾), 캐나다의 아나폴리스(1984년 완공, 2만 ㎾), 그리고 중국의 지앙시아(1980년 완공, 용량 3천㎾)등이 있다. 그리고 현재 해외에서 검토 또는 연구단계에 있는 주요 계획으로는 미국 알래스카의 쿡인렛이 시설용량 1백40만 ㎾, 영국 서해안 세븐강하구의 7백20만 ㎾, 캐나다의 펀디만의 4백만 ㎾, 소련 백해연안의 1천5백만 ㎾, 그리고 인도 캄베이만의 8백만 ㎾급 발전소 구상 등이 있다.

우리나라의 경우 1970년대에 와서 충청남도 가로림만과 천수만을 대상으로 조력발전 예비타당성 조사가 실시됐다. 1980년에 당시 최적후보지로 선정된 가로림만에 대한 조력발전 정밀타당성 조사 및 기본설계가 프랑스 기술진과 공동으로 실시됐다. 1988년에 영국기술진과 재검토한 결과 최적시설용량은 40만 ㎾, 연간 발전량은 8백36GWh(Giga Watt hours)로 평가된 바 있으나. 건설 운영면에서 경제성이 입증되지 못했다. 이는 조력발전에 따른 수익을 평가할 때 오로지 생산되는 대체에너지의 가치만을 고려했기 때문에 나온 결과라 하겠다.

그러나 국가 경제 및 지역발전을 위한 종합계획의 일환으로 조력발전이 검토된다면 경제성은 월등히 향상될 수 있다. 우선 조력발전소의 방조제는 조지(basin) 내외로 필요 해수의 유출을 위한 수문과 발전을 위한 수차 발전기 그리고 인근 선박의 통행을 위한 갑문식 수로 및 댐으로 구성되어 이 방조제는 국토의 외곽도로로 사용할 수 있으므로 도로 건설에 따른 사회기반시설 건설효과도 발전소 건설의 편익으로 평가해야 할 것이다.

또한 방조제 건설로 인해 조지 내에는 폭풍시에도 잔잔한 수면이 확보되며 방조제가 없을 경우에 비해 조석 간만의 차가 거의 반감되어 훌륭한 항만입지를 제공하게 된다. 당연히 있어야 할 갑문식 수로의 규모를 확대하면 중대형 선박의 출입 수로도 확보될 수 있다. 우리나라는 급속히 증가하는 수출입 물동량을 처리하기 위한 항만시설이 매우 부족한 실정이다. 따라서 조력발전소 구상과 함께 항만계획을 동시에 수립하면 조력발전소 건설은 항만 입지의 잠식이 아니라 오히려 항만입지의 제공이란 면에서 막대한 편익을 추가로 제공할 수 있다. 따라서 경제성 평가의 방법이 달라져야 할 것이다.

우리나라 연안의 조력자원을 효율적으로 이용하기 위해서는 현재까지의 입지별 계획보다는 경기만 내의 여러 섬들을 연결하는 대단위 복합목적의 조력발전 건설에 관한 구체적 연구가 필요하다고 생각된다. 경기만 내에 수심 80여m의 해역을 발전소 도로 그리고 항만의 복합 목적으로 개발할 경우 최고 발전 시설용량은 1천5백만 ㎾ 이상이며 이로 인한 연간 발전량은 3만GWh에 이를 것으로 추정되며 경제성도 훨씬 향상될 것으로 기대된다.
 

■ 파력발전／특수 전력수요에 적합

파력발전은 파도에 의한 수면의 급속한 상하 움직임 또는 물입자의 회전운동에 따른 수평운동 에너지를 기계장치를 통해 기계의 움직임 또는 공기의 흐름으로 바꾸어 터빈을 회전시켜 발전하는 것으로, 현재까지 고안된 실용적 파력발전장치는 세계적으로 50여종에 이르고 있다.

현재까지 연구결과에 의하면 진동수주에 의해 압축 팽창된 공기로 터빈을 돌리는 방식이 가장 효율이 놓은 것으로 판명됐다. 이는 수면 상부에 공기 주머니를 설치하여 파도에 의해 수면이 오르내리면 이 공기주머니 내부 공기압이 압축 팽창함에 따라 일정방향의 공기 흐름을 발생시켜 터빈을 돌려 발전하는 방식이다.

현재 미국 영국 일본 노르웨이 등 여러나라에서 파력발전에 관한 연구를 수행하고 있으며 특히 일본은 1966년부터 항로표시용 소형파력발전 부이 buoy)를 개발하여 상용화하고 있다. 영국은 루이스(Lowis)섬 근해 수심 21m해역에 5천 ㎾급 발전소를 운영중이며, 인도네시아는 발리섬에 1천㎾급의 발전소를 건설했다.

국내 동해안의 경우에는 해안선 1㎞당 연간 부족 파력에너지는 약 44GWh다. 파력발전은 조력발전에 비해 규모가 작고 발전량도 기상 조건에 따라 크게 변하므로 생산전력도 조력발전처럼 기존의 전력망에 연결시키기 어려우므로 지역적 특수 전력수요에 맞추어 개발함이 바람직하다. 예를 들어 항로표시용 부이의 자체전원공급, 대규모 해양목장 건설시 물고기의 먹이가 되는 영양염이 풍부한 저층 해수를 상층으로 끌어 올리는 해수펌프의 사용, 그리고 퇴적이 진행되는 해안에서 펌프로 퍼낸 준설토를 파이프를 통해 침식되는 해안으로 이동하는 과정 등에 이용할 수 있다.

우리나라의 경우 동해안에 대규모 항만을 건설할 경우 수심이 깊어 방파제의 규모도 크게 마련인데 파력발전을 할 수 있는 파력발전케이슨으로 방파제를 대체하면 파력을 방파제 외곽에서 흡수하므로 방파제의 안정도를 증가시킬 수 있을 것이다. 이 방법은 일본에서 많은 연구가 진행되고 있다.

■해양온도차 발전／포항 부근 유력

해양온도차 발전은 해수의 표층과 심층간의 온도차를 이용하여 표층의 온수로 암모니아 프레온 등 저비점(低沸點)매체를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전하는 방식이다.

1881년 프랑스에서 최초로 제안된 이후 1960년대에 산발적 실험이 시도됐으나 1973년 제1차 석유파동 이후 급속한 연구가 시행되어 현재 미국 일본 등에서 소규모 해상실험이 실시되고 있다. 우리나라 근해에는 아열대 근원의 쿠로시오 해류가 남해안과 동해안을 거쳐 북상하므로 해양온도차 발전에 비교적 유리한 조건을 갖추고 있다. 현재의 기술수준으로는 온도차가 20℃ 정도면 발전이 가능한데, 동해안 포항 부근 해역에서 5월과 11월 사이에 수심 8백m 이내에서 이 온도차를 얻을 수 있다. 해양온도차 발전의 실용화를 위해서는 발전장치에서 경제성을 좌우하는 열교환기와 터빈, 펌프 등의 개선을 통한 전체적 효율 개선이 필요하다.

■해류발전／바닷물로 풍차 돌려

조류발전과 해류발전은 같은 개념으로서 옥상에서 바람을 이용하여 풍차를 돌리는 것처럼 바다속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치하여 바닷물의 흐름으로 이를 돌려 발전하는 방식이다. 해류는 비교적 일정방향의 흐름인데 반해 조류는 조석에 따라 흐르는 방향이 주기적으로 바뀌는 점이 다를 뿐이다. 대표적인 해류로는 대서양의 서쪽인 미국의 동부 해안을 흐르는 멕시코만류와 태평양의 서쪽을 흐르는 쿠로시오 해류가 있다.

미국의 코리올리스계획(Coriolis Project)은 플로리다주 연안에 지름 1백70m나 되는 초대형 발전기 2백 42대를 설치하여 평균 약 1천만 ㎾를 발전하고자 하는 사업이다. 일본은 1983년 3월 카지마 해역에서 행한 해류발전 시험에서 해류의 속도가 3노트일때 세계 최초로 최고 1천W의 발전을 성공한 이래 실용적 발전기의 개발 연구를 진행중이다. 해류발전의 경제성은 입지여건에 따라 크게 변화한다.

해양에너지자원은 인류의 마지막 보고인 해양으로부터 얻는 무공해이며 고갈되지 않는 대체에너지라는 점에서 향후 쾌적한 생활환경을 위해 필수적으로 개발되어야 할 자원이다. 그러나 이의 이용을 위해서는 장기적 계획하에 꾸준한 연구가 진행되어야 할 것이다.