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해양 환경 - 해양 에너지
해양에너지는 조력, 파력, 온도차, 해류, 염분차 등 여러 형태로 존재하며, 고갈될 염려가 전혀 없고, 인류의 에너지 수요를 충족시키고도 남을 만큼 풍부할 뿐 아니라, 공해문제가 없는 미래의 이상적인 에너지자원이라 할 수 있다. 우리나라의 서해안은 세계적으로도 조석간만의 차가 크고, 수심이 얕고, 해안선의 굴곡이 심해 조력 발전의 훌륭한 입지조건을 지니고 있으며, 동해안은 수심이 깊고, 연중 파도발생 빈도가 비교적 높아 파력 발전의 가능성이 클 뿐만 아니라, 동해로 북상하는 쿠로시오 해류를 이용하는 해양온도차 발전도 가능할 것으로 보고 있다. 임진왜란 당시 충무공이 왜적을 맞아 통쾌한 승리를 거둔 곳으로 유명한 서남해안 울돌목은 세계적으로 조류가 빠른 지역으로서 조류발전의 후보지로 각광을 받고 있다.
■ 온도차 발전
해양온도차발전이란 ?
해양 표층과 심층간의 섭씨 20도 전후의 온도차를 이용하는 발전 방법으로서,표층의 온수로 암모니아, 프레온등의 끊는 점이 낮은 매체를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전하는 방식으로 이를 해양 온도차 발전, 줄여서 보통 OTEC이라 부른다. 해양온도차발전의 개념은 1881년 프랑스에서 최초로 제안된 이후 1960년대 전반에 산발적인 시험이 시도되었으나, 기술상의 어려움 등으로 성공하지 못하였다. 그러나 1973년 1차 석유파동 이후 다시 연구가 시작되어 그 개발속도가 가속화되어 왔으며, 미국, 일본 등지에서 소규모 해상실험이 실시되고 있다.그러나 밀폐형이라고는 해도 매체로 사용하는 프레온의 오존층 파괴 때문에 문제가 된다. 또한 발전 비용도 원자력 발전의 10배 정도 비싸다. 심해 냉수의 2차 이용 등 합리적인 운용 등으로 장점을 높여 갈 방침이다.

해양 온도차 발전 개념도
외국의 연구현황
미국은 1978년 하와이 근해에서 50Kw급의 소규모 시험발전에 성공하였고 1981년에 이미 160 ㎾급의 해양 온도차 발전에 대한 실증 실험을 마친바 있으며, 하와이에는 50 ㎾급의 상용 발전 소가 가동중이고(Mini OTEC) 10만 ㎾급의 대규모 발전소가 건설되고 있다.
일본은 일찍부터 Sun-Shine 계획의 일부로 해양 온도차 발전 기술의 개발을 추진하여 Tokushima에 50 ㎾급, Saga대학에 75 ㎾급, Toyama에 3.5 ㎾급, 국제 협 력 사업으로 Nauru 섬에 100 ㎾급 시범 발전소를 건설하여 가동하고 있으며, 100 0㎾급에 대한 실증 실험을 수행하고 있다.
프랑스는 남태평양의 타히티 섬에 5000 ㎾급 해양 온도차 발전소 건설을 계획하고 있고, 북구의 핀란드도 스페인과 공동으로 저온도차 OTEC 시스템을 이용한 해수 담수화 장치 개발을 추진하고 있으며, 자마이카에 MW급 발전소 건설을 추진중이다. 네덜란드도 '80년대 후반부터 개발에 착수하여 인도네시아의 발리 섬에 250㎾급 발전소 건설을 추진중이며, 영국은 10㎿급 해상 발전소 건설 사업을 추진하고 있다.
우리나라의 경우도 동해 남부 해역에는 표층수와 심층수 사이에 상당한 온도차가 존재한다고 알려져 있어 해양온도차발전에 있어서 유리한 조건을 갖추고 있다 .이 분야의 연구는 아직 기초 단계에 머문 상태인데, 지난 1989년부터 동력자원부의 대체에너지개발 사업자금을 이용하여 최적후보지 선정을 위한 해양조사를 실시한 바 있다.그리고 2003년 강원도 고성의 해양심층수연구 단지가 들어 서면 본격적으로 연구가 이루어질것으로 사료 된다.

장점
에너지공급원이 무한하다. 이산화탄소(CO2)와 같은 유해물질을 발생시키지 않는 청정 자연에너지이다. 주·야 구별 없이 전력생산이 가능한 안정적 에너지원으로, 특별한 저장 시설이 필요 없으며 계절적인 변동을 사전에 감안해 계획적인 발전이 가능한 우수한 자원이다. 기존 화석연료를 전혀 소비하지 않는다.

단점
발전설비를 바닷물의 부식성에 영향을 받지 않는 재료로 만들어야 한다. 생물 때문에 생기는 오염을 막기 위한 대책을 필요로 한다. 실제 OTEC 발전을 통한 전력 생산시 열역학 시스템의 총 효율은 2.5∼3.0% 정도이다. OTEC 발전 시스템에서는 그 무엇보다도 적당한 작동유체를 개발하고 이를 향상된 열역학 사이클에 적용하여 그 성능을 측정하고 특성을 연구하는 일이 절대적으로 필요하다.
■ 파력 발전
바닷가에 가면 파도가 쉴사이없이 육지쪽으로 밀려오고 있는 것을 볼 수 있다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하운동을 하며, 물입자는 전후로 움직인다. 이 운동을 에너지 변환장치를 통하여 기계적인 회전운동 또는 축방향 운동으로 변환시킨후 전기에너지로 변환시키는 것을 파력발전이라 한다.

파의 상하 운동으로 발전                                                            파의 수평운동으로 발전
물입자의 운동방향에 따라 파의 상하운동, 파의 수평운동 또는 파에 의한 수중압력을 이용하여 각각 공기에너지나 기계에너지 또는 수력에너지로 변환시키는 세가지 방법으로 구별할 수도 있다. 수력에너지로의 변환방식은 파랑에너지를 물의 위치에너지로 변환하는 방법으로 파랑이 월파되면서 얻어지는 저수지와 해면사이의 수두차로 저낙차터어빈을 회전시키는 것과 위치에너지와 수류에너지를 병용하여 저낙차로 발전하는 것이 있다. 전기에너지로의 변환방식은 파랑의 상하운동 또는 수평운동에 의한 입사에너지를 이용하여 기계를 작동시키는 것으로서 기계운동력으로 변환된 에너지는 다시 펌프유압, 공기압으로 변환되거나 또는 그대로 발전기에 입력되는 것 등이 있다. 공기에너지로의 변환방식은 공기실을 설치하여 내부의 공기가 파랑의 상하운동에 의하여 압축, 팽창될 때에 생기는 공기의 흐름으로 터어빈을 움직이는 것으로, 공진효과를 이용하여 파랑의 상하운동을 증폭시킬 수도 있다. 파력발전에 관한 연구는 약 100년 전부터 시작되어 1973년 제1차 석유파동이후 전세계적인 관심을 불러 모았다. 일본은 Kaimei에 240 ㎾급의 해안 고정식 파력 발전 장치를 설치하여 시험 가동하고 있으며, 해양 과학 기술 센터 주관으로 540 ㎾급의 부유식 파력 발전소 건설을 진행하고 있다. 영국도 벨파스트의 Queen's 대학에 75 ㎾급 파력 발전 장치를 설치하여 가동중이고, 덴마크는 34 ㎾급 발전소에 대한 실증 실험을 진행하고 있으며 노르웨이도 500 ㎾급 발전소를 건설하고 있다. 우리나라 연안의 파력발전 에너지는 약 500만Kw로 추산되나 아직 파력 에너지의 개발에 관한 구체적인 연구가 시도된 바 없으나 파랑이 심하다고 알려진 일부 해역을 대상으로 타당성 검토를 한다고 한다.

장점
소규모 개발이 가능하고 방파제로 활용할 수 있어 실용성이 크다. 한번 설치해 놓으면 거의 영구적으로 사용할 수 있고 공해를 유발하지 않는다.

단점
심한 출력 변동과 대규모 발전 플랜트를 해상에 계류시키는데 기술적인 어려움이 있다. 입지 선정이 까다롭다. 현재의 기술 수준으로는 초기 제작비가 많이 들어 발전 단가가 화력 발전의 2배에 달한다.
■ 조력 발전
조석발전(潮汐發電)이라고도 하기도 하며조력발전이란 , 조석을 동력원으로 하여 해수면의 상승하강현상을 이용, 전기를 생산하는 발전방식으로 일정중량의 부체가 받는 부력을 이용하는 부체식, 조위의 상승하강에 따라 밀실에 공기를 압축시키는 압축공기식과 방조제를 축조하여 해수저수지 즉, 조지(潮池)를 형성하여 발전하는 조지식으로 나눌 수 있다. 그러나 오늘날의 실용화된 조력발전방식은 모두 조지식으로, 조차가 큰 하구나 만에 방조제를 설치하여 조지를 만들고 외해수위와 조지내의 수위차(水位差)를 이용하여 발전을 하게 된다. 이외에 조석에 의한 해수의 흐름 즉 조류(潮流)에서 에너지를 추출하는 조류발전 방식이 있다. 조력발전방식은 단조지식과 복조지식으로 또, 조석의 이용횟수를 따라 단류식)과 복류식으로 나누고 있다. 단조지단류식(單潮池單流式)은 하나의 조지를 조성, 창조(漲潮)시에 수문을 개방하여 조지 내에 해수를 만조수위까지 채운 후 수문을 닫고 조지와 외해 조위간의 수위차가 생길 때 그 낙차를 이용하여 발전하는 방식이다. 낙조(落潮)시에 수문을 개방하여 조지수위를 간조수위까지 낮춘 후 발전을 할 수도 있으나 발전 효율면에서 전자보다 약간 불리하다. 어느 경우이든 발전을 함에 있어서 한 방향의 흐름만을 이용하므로 단류식이라 한다. 운전방식은 발전(發電)→대기(待機)→충수(充水)→대기(待機)의 사이클을 계속 반복하므로 발전출력의 단속이 불가피하다. 그러나 발전방식이 가장 간단하고 발전설비의 가격도 저렴하여 가장 실용적인 조력발전방식이다. 단조지복류식(單潮池復流式)은 창조와 낙조 모두 발전이 가능하며 따라서 단조지단류식에 비해 발전시간이 연장될 수 있다. 그러나 이 경우에도 역시 조지와 외해와의 수위차가 발전가능 낙차에 이를 때까지 대기해야 하기 때문에 발전은 단속적이다. 또한 수차도 2방향 발전이 가능해야 하기 때문에 단류식 수차보다 구조가 복잡해진다. 일반적으로 이 발전방식은 조차가 아주 큰 지역에서는 단류식보다 유리한 것으로 알려져 있으나 우리나라 서해안의 경우는 단류식이 유리하다. 복조지연결식(復潮池連結式)은 연속발전이 가능하나 발전효율은 단조지 발전방식에 비해 떨어진다. 조력발전 대상지점이 지형상 2개의 조지 형성이 가능할 경우 하나를 고조지, 다른 하나를 저조지로 조성하여 2개 조지간의 수위차를 이용, 고조지에서 저조지로 해수를 유통시키면서 발전하고 외해의 조석변화에 따라 고조지와 저조지의 수문을 조작하여 조지의 수위를 계속적으로 조정한다. 복조지분리식(復潮池分離式)은 2개의 단조지단류식 발전소를 독립적으로 운영하여 계통으로 연결시키는 방식이다. 즉, 한쪽 조지는 창조시에 단류식으로 발전하고 이와 동시에 다른 쪽 조지에 해수를 채웠다가 낙조시에 발전함으로써 발전시간간의 시차를 이용하는 것이다. 이와 같이 조력발전은 그 발전방식에 따라 크게 네 가지로 구분할 수 있으며 복조지식 발전방식으로 조력발전의 가장 큰 약점인 출력의 단속성을 완화시킬 수 있다. 그러나 출력의 단속문제는 계통의 효과적인 운용으로 가능하다.
외국의 발전현황
현재 개발 가능한 조력 자원을 보유한 국가는 세계에서 손꼽을 정도로 한정되어 있기 때문에 이들 국가에서는 조력자원을 미래의 중요한 대체 에너지 자원의 하나로 지목하여 이에 대한 조사와 연구를 진행 중이다. 현재 가동중인 조력 발전소중 대표적인 것은 프랑스의 랑스 (용량 240,000㎾ 생산), 소련의키슬라야(68년 완공, 용량 8백kw), 캐나다의 아나폴리스(86년 완공, 용량 2만kw) , 중국의 장샤 (80년 완공, 용량 3천kw), 특히 위에서 언급한 프랑스의 서북부에 있는 랑스 발전소는 세계에서 최초의 조력발전소로 유명하다. 이 랑스 지역은 간만의 차가 대조 10.9m, 소조에서 5.4m, 연평균으로 8.5m의 간만의 차가나는 지역이다. 만의 입구에 길이 750m의 댐이 건설되었고 1966년부터 10,000kW의 발전기 24대가 설치되어 240,000kW출력으로 발전을 하고 있다.

우리의 현황
우리연안의 파력에너지는 약 5백만kw 정도로 추산되고 있고 서해안일원은 평균조차가 약 5m 이상으로서 천혜적으로 조력발전에 적합한 지역이다. 이미 1720년경부터 일본인에 의해 최초로 인천만 일대에 대한 조력발전 계획이 검토되었으며, 본격적인 조사연구는 1970년대부터 실시되었는데, 수차례에 걸친 서해안 10개 지점 검토결과, 제 1후보지로 충남 서산 가로림만이 지정되었다. 가로림만의 평균대조타는 6.5m, 평균조차는 4.8m로 시설용량 40만kW (20,000kW급 발전기 2O기 사용), 연간발전량은 836GWh로 평가되었다. 아울러 국내에서는 현재 시험 조력발전소 건설을 공사비 약 5억 달러, 공사기간 6년을 계획으로 사업을 추진하고 있다.

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

조석발전의 단점
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.
■ 해류 발전
육상에서 바람을 이용하여 거대한 풍차를 돌리는 것처럼 바다속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치, 해류를 이용하여 이를 돌려 전기를 일으키게 하는 것이다.

해류발전에 관한 연구
코리올리스 계획(Coriolis Project)이라고 부르는 미국의 해류발전 사업계획에서는 한 개의 무게가 6천톤이나 되는 거대한 발전기를 사용하여 약 2억 5천만Kw의 전기를 얻을 수 있다고 추정하고 있다. 이 계획에서는 우선 플로리다주 연안에 지름이 170m나 되는 초대형 발전기 242대를 설치하여 약 2천만Kw를 발전하려고 시도하고 있는데,해류의 계절적인 속도 변화와 발전기의 유지관리, 고장수리를 위한 가동 정지시간 등을 고려할 때 평균 발전출력은 약 1천만Kw가 될 것으로 보고 있다. 해류발전의 시간당 발전비용은 원자력발전보다 싸고, 화력발전보다는 절반 이상이 싼 것으로 나타나 발전기 제작에 엄청난 돈이 드는데도 불구하고 경제성이 매우 좋은 것으로 판명되고 있다. 해양에너지 개발에 적극적으로 참여하고 있는 일본은 1983년 8월 카지마 해역에서 행한 해류발전 시험에서 해류의 흐름이 3노트에 달했을 때 최고 1000w의 전류를 발전하여 세계 최초의 해류 발전에 성공한 바 있으며, 실용적인 발전기의 개발을 위해 주력하고 있다.
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