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조력발전소
조력발전소(Tidal Power Station, 潮力發電所)는 해협(海峡), 항만(港灣) 입구 등의 지형을 이용하여 거기서 생기는 조류(潮流)나 조수(潮水)의 간만(干滿) 등 근소한 낙차를 이용하여 수차(水車)를 구동시켜 발전하는 발전소이다. 조력발전소는 바다의 수력발전소로 미국, 영국, 캐나다 등에서 많이 볼 수 있으며 국내에는 경기도 안산시 단원구 대부동에 위치한 시화호조력발전소가 세계 최대 규모의 조력발전소이며 프랑스 랑스조력발전소와 함께 대표적인 조력발전소로 꼽힌다.[1][2][3][4]
개요[편집]
조력발전소는 해수의 유입 또는 방출 시 모두 발전이 가능하나 방출 시 발전량이 더 많다. 조력발전소는 조석간만의 차이를 이용한다. 갯벌에 방조제를 건설한 뒤 밀물 때 물을 가둔 후 썰물 때 물을 흘려보내 낙차의 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하며 수력발전과 같은 원리이나 차이점은 수력발전의 낙차가 수십 미터인 데 비해 조력발전은 낙차가 보통 10m 이하라는 점이다. 조력발전소는 외해와 조지내의 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 해양에너지의 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 해양에너지에 의한 발전 방식 중에서 가장 먼저 개발되었다. 조력발전소는 발전 규모가 커 한곳에만 건설해도 태양광발전이나 풍력발전소보다 재생에너지 비율을 크게 높일 수 있다. 태양광 1단지의 발전 규모는 10㎽, 풍력은 10~30㎽이지만 조력발전소 1기는 최소 250㎽다. 효율이 좋은 조력발전소를 만들기 위해서는 조석 간만의 큰 차이와 함께 저수 용량이 큰 저수지를 만들 수 있어야 한다. 이 때문에 조력 발전 개발이 가능한 국가는 영불해협, 남북 아메리카, 중국, 러시아, 한국 등으로 한정되어 있다. 조력발전소의 원리에는 두 가지가 있다. 밀물 시 수문을 열어 호수를 채운 후 수문을 닫고 썰물 시 바다와 호수의 수위차에 따라 발전하는 방식인 단류식 발전과 바다와 호수의 수위차가 발생하면 밀물과 썰물의 양쪽 방향으로 발전하는 방식인 복류식 발전이다. 단류식 발전은 전기를 생산하는 과정에서 한 방향으로 흐르는 물의 흐름을 이용하는 것이고 복류식 발전은 두 방향으로 물의 흐름을 이용하는 것이다. 복류식 발전보다 단류식 발전이 설비비용이 저렴하고 서해에서는 단류식 발전이 더 유리하기 때문에 시화호조력발전소는 단류식 발전을 채택하여 운영하고 있다.
조력발전소는 화석연료를 사용하지 않아 온실가스 배출량이 적고 신재생에너지 중 거의 유일하게 대규모 개발이 가능하다. 세계의 어떤 바다에서도 하루 두 번씩 밀물과 썰물을 만난다. 그런데 이런 조석현상은 달이나 태양의 인력만으로 생기는 것은 아니다. 이런 기조력은 지구가 공전할 때 생기는 원심력의 차이에 의해서도 발생한다. 인류는 벌써 오래전부터 이런 조류를 이용해 왔다. 예컨대 11세기에 프랑스에서는 조류로 수차를 돌려 생기는 동력을 이용하여 옥수수나 밀을 가루로 빻기도 했다. 중세 유럽에서는 조류로 돌리는 수차를 이용하여 제재소를 가동하고 제분소도 운영했다. 현재 개발 가능한 조력 자원을 보유한 국가는 세계에서 손꼽을 정도로 한정되어 있기 때문에 이들 국가에서는 조력 자원을 미래의 중요한 대안에너지 자원의 하나로 지목하여 이에 대한 조사와 연구를 활발히 진행 중에 있다. 영불 해협과 이웃한 프랑스의 브르따뉴 지방의 랑스 하구에는 밀물과 썰물의 차이가 13.5m나 벌어지고 밀물이 들어오고 나갈 때의 조류의 용량이 매초 5천㎥나 된다. 프랑스는 1966년 이곳에 일당 최고 24만kW를 발전할 수 있는 조력발전소를 완공했다.[5][6][7]
원리[편집]
조력발전은 바닷물이 가장 높이 올라왔을 때 물을 가두었다가 물이 빠지는 힘을 이용해 발전기를 돌리는 것이다. 수력발전소와 비슷한 원리인데 차이점은 수력발전의 낙차가 수십 m인 데 비해 조력발전은 낙차가 보통 10m 이하라는 점이다. 따라서 효율이 좋은 수차발전기를 개발하는 것이 관건이라고 할 수 있다. 밀물 때 수문을 닫아 두었다가 문을 열면 물이 쏟아져 들어오면서 터빈을 돌려 발전하게 된다. 썰물 때는 터빈의 날개가 반대 방향으로 돌면서 다시 발전하게 된다.
구조[편집]
- 수문(gate) : 수직으로 움직이는 문이며, 바다와 저수지 사이의 유속을 조절한다.
- 제방(bank) : 바다에 면한 좁고 긴 땅.
- 가동 댐(operating dam) : 수문을 갖춘 구조물. 해수면에 따라 저수지의 수위를 조절한다.
- 물막이 제방(inactive dike) : 댐 가운데 주로 바위 등의 재료로 만들어지는 부분. 발전소와 가동 댐 사이에 만들어져 저수지와 바다를 분리시킨다.
- 바다(sea) : 내륙으로 상당히 들어온 거대한 염수 부분. 대양처럼 깊지는 않다.
- 발전소(power plant) : 댐 가운데 조력 발전기가 있는 부분. 밀물과 썰물의 힘으로 전기를 생산한다.
- 갑문(lock) : 문과 수문을 갖춘 구조물. 바다와 저수지 사이에 만들어진다. 선박은 수위가 다른 수면을 통행할 수 있다.
- 관리실(administrative building) : 사무실이 있는 건물. 시설을 관리하는 사람들이 근무한다.
- 변전소(substation) : 전기의 전압을 높여 송전망으로 운반하는 시설(변압기와 변환 스위치 등).
- 저수지(basin) : 만조일 때 물이 저장되는 구역. 저수지는 간조일 때 수압관을 통해 물이 빠진다.[8]
수차 발전기[편집]
- 1) 수차 : 낙차에 의해 흐르는 바닷물의 힘을 받아 회전력을 발생시키는 장치
- 2) 수차축 : 수차의 회전력을 회전자에 전달하는 장치
- 3) 회전자 : 자극(N,S)이 형성되어 회전하는 부분
- 4) 고정자 : 전기가 유도되는 고정되어 있는 부분
- 5) 벌브케이스 : 수차발전기 전체하중지지 및 수차 점검공간
- 6) 벌브노우즈 : 발전기 점검공간[9]
역사[편집]
세계 최초의 조력발전소는 1966년 가동을 시작한 프랑스의 랑스조력발전소이다. 시험용 발전소로 준공한 랑스조력발전소는 프랑스 서북부 노르망디 지역의 랑스강 하구에 건설되었다. 랑스강 하구의 조수간만의 차는 최대 13.5m, 폭은 1㎞로 좁아 조력발전에 적합한 지형이다. 10㎿급 조력발전기 24대가 설치돼 총 시설용량이 240㎿에 달하고 연간 5억㎾h 정도의 전력을 생산하는데 이 정도면 36만 명 가량이 1년 동안 사용하는 전력량이다. 우리나라 지방자치단체 중에서 서울 서대문구의 인구가 1년 동안 사용하는 전력량과 맞먹는다고 한다. 세계 두 번째 조력발전소는 러시아 서북부 무르만스크 근처 유라만에 1968년 건설된 키슬라야 구바 조력발전소이다. 이 발전소의 최대 조차는 3.9m, 120만kWh의 전력을 생산한다. 1980년대 이후에는 여러 나라에서 조력발전소를 건설하였으며 1984년 캐나다는 소규모의 아나폴리스 조력발전소를 건설했는데 선풍기 모양의 수차를 발전기의 회전자로 처음 사용하였다. 중국의 대표적 조력발전소인 저장성 장샤 조력발전소는 총 시설용량이 3900㎾에 달하며 1972년부터 2009년까지 순차적으로 발전기를 증설해온 결과이다. 이 발전소는 밀물과 썰물 때 두 번 발전기를 돌린다. 우리나라의 시화호 조력발전소가 밀물 때만 발전기를 돌리는 것과 차이가 있다. 하루에 발전기를 두 번 돌리는 방식은 구조가 복잡하고 비용이 많이 드는 대신 발전량은 당연히 많다.[10]
잠점[편집]
- 무제한, 친환경 에너지이다.
- 바다에 건설하므로 토지 소모가 적다.
- 운영비가 적다.
- 주변 지역 관광지화(국내 시화호도 매월 10만 명이 찾는다고 한다.)
- 조석 현상으로 에너지를 얻으므로 태양 에너지같이 고갈 가능성이 희박하다.
- 풍력, 태양열 등과 같이 외력에 취약하지 않고 일정한 주기성을 가져 안정적이다.
- 조력발전을 위해 건설한 방파제를 육로로 이용하며 강화도 조력발전소는 섬 네 곳을 잇는 방파제를 육로로 사용할 수 있는 설계상 장점이 있다.
단점[편집]
- 초기 건설비가 비싸다. 기본적으로 만의 입구에 방조제를 만드는 비용이 대규모로 들어가며 바닷물은 부식 및 침식성이 높아 특수한 설비가 많이 필요하다.
- 조석 간만의 차가 큰 지역이어야 하므로 입지조건이 까다롭다. (서해안은 입지조건이 좋은편)
- 하루에 두 번 정도 간만의 차로 발전이 가능하다.
- 발전소 주변의 해양 환경을 크게 변화시킨다.
- 갯벌 훼손 및 어류량 감소 등 환경파괴가 된다.
- 조수 간만의 차이가 많은 곳이 적다 보니 수력발전 이상으로 입지가 제한된다.[11]
국내 조력발전소[편집]
전 세계 230여 개국의 나라 중 조력발전을 할 수 있는 나라는 불과 10개국 정도뿐이고 대한민국이 다행히 그 속에 포함되어 있다. 우리나라에서도 서해안에서만 조력발전이 가능하다. 우리와 가까운 일본은 조력발전을 개발하고 싶어도 할 수가 없다. 일본의 그 많은 바닷가 어느 곳에도 조력발전을 할 수 있을 정도의 큰 조차(潮差)가 발생되는 지점을 찾아볼 수 없기 때문이다. 우리나라 서해안은 무한한 청정해양(海洋)에너지의 보고(寶庫)이다. 밀물과 썰물 때 해수면의 차이인 조수간만의 차가 커서 오래전부터 세계적인 조력발전소의 건설 적지로 알려져 있었다. 하지만 우리나라 서해안의 조력발전 사업은 그동안 경제성이 미흡하였기에 개발이 계속 미루어지고 있었다. 조력발전소는 화력발전소의 온실가스 배출 걱정도 원자력발전소의 방사능 오염에 대한 두려움 걱정이 없는 무궁무진한 해양자원을 이용한 안정적인 청정에너지를 생산한다.
국토해양부는 연구 개발 사업으로 2005년 울돌목조류발전소 착공에 들어가서 2009년에 완공되었다. 건설 비용은 총 125억 원이며 국토부와 사업자인 동서발전이 각각 절반씩 댔다. 500㎾급 발전기 2기가 울돌목을 가로질러 설치되어 있으며 수면 위 발전 시설을 포함하여 가로 16미터, 세로 36미터, 높이 48미터에 무게만 1천톤에 달하는 규모이다.[12]
시화호조력발전소는 한 때 죽음의 호수라고 불렸던 만큼 오염됐던 시화호의 수질개선 대책을 찾는 과정에서 탄생한 세계 최대 조력발전소다. 시화호조력발전소는 2004년 착공해 2011년 8월 시험 발전을 시작했으며 2012년 2월부터 본격적으로 전기를 생산하였다. 시화호조력발전소 조차도 8~10m에 달해 웬만한 수력발전소에 뒤지지 않지만 실제 전력을 생산할 때의 낙차는 5.8m 정도이다. 시화호조력발전소는 세계 최대 규모의 설비용량인 254MW를 자랑하며 연간 552.700만kWh의 이산화탄소 배출이 없는 친환경 전기에너지를 생산하고 있다. 이는 50만 명 규모의 도시에서 1년간 사용할 수 있는 전기의 양이고, 2000cc(경유) 자동차가 서울에서 강릉을 500만 번 왕복할 수 있는 862천 배럴의 유류를 대체하는 양이며, 30년생 나무 5000만 그루에서 매년 흡수하는 315천톤의 CO2 저감량에 해당하는 수치이다. 또한 매일 1만 4천700만 t의 해수유통으로 시화호 수질개선 및 시화호 건강성 회복을 통한 수생태 복원 등 시화호조력발전소의 직,간접효과로 1조 3천억 원의 생산유발 효과와 1만여 명의 일자리를 창출해 친환경 성장의 토대 역할을 해 왔다.[13][14]
각주[편집]
- ↑ 〈조력 발전〉, 《위키백과》
- ↑ 〈조력 발전〉, 《나무위키》
- ↑ 〈조력 발전소〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ "Tidal power", Wikipedia
- ↑ 목정민, 〈조력발전소 ‘물살’에 ‘몸살’ 앓는 가로림만〉, 《경향신문》, 2011-12-13
- ↑ 〈수차발전기〉, 《시화호조력발전소》
- ↑ 박장수, 〈신재생시리즈/조력발전〉, 《에너지단열경제》, 2019-12-30
- ↑ 〈조력발전소〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈발전설비〉, 《시화호조력발전소》
- ↑ 김종화, 〈(과학을읽다)①조력발전의 원리와 세계의 조력발전소〉, 《아시아경제》, 2018-09-09
- ↑ Science 이야기, 〈바다로부터의 발전 : 조력 발전〉, 《티스토리》, 2017-12-05
- ↑ 〈울돌목 조류 발전소〉, 《나무위키》
- ↑ 송우복, 〈예측이 가능한 신재생 에너지 조력발전을 활용합시다.〉, 《에너지신문》, 2019-02-15
- ↑ 전춘식, 〈한국판 뉴딜의 해법을 찾는 K-water 시화호조력발전소〉, 《중부일보》, 2020-07-09
참고자료[편집]
- 〈조력 발전〉, 《위키백과》
- 〈조력 발전〉, 《나무위키》
- 〈울돌목 조류 발전소〉, 《나무위키》
- 〈조력 발전소〉
- "Tidal power", Wikipedia
- 목정민, 〈조력발전소 ‘물살’에 ‘몸살’ 앓는 가로림만〉, 《경향신문》, 2011-12-13
- 〈수차발전기〉, 《시화호조력발전소》
- 〈발전설비〉, 《시화호조력발전소》
- 박장수, 〈신재생시리즈/조력발전〉, 《에너지단열경제》, 2019-12-30
- 김종화, 〈(과학을읽다)①조력발전의 원리와 세계의 조력발전소〉, 《아시아경제》, 2018-09-09
- Science 이야기, 〈바다로부터의 발전 : 조력 발전〉, 《티스토리》, 2017-12-05
- 송우복, 〈예측이 가능한 신재생 에너지 조력발전을 활용합시다.〉, 《에너지신문》, 2019-02-15
- 전춘식, 〈한국판 뉴딜의 해법을 찾는 K-water 시화호조력발전소〉, 《중부일보》, 2020-07-09
같이 보기[편집]
