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바다야 에너지를 만들어줘! 조력, 조류, 파력, 해수온도차 발전 알아보기

전세계적인 탄소중립 기조에 따라, 대체 에너지원의 확보가 무엇보다도 중요해지고 있습니다. 화석연료가 아닌 자연의 힘을 통해 공해가 적은 에너지를 얻는 것도 중요해 졌는데요. 우리와 친숙한 바다에서 발생하는 각종 자연현상을 통해서도 다양한 방식으로 에너지를 얻을 수 있습니다. 이러한 에너지를 해양에너지라고 하는데요. 해양에너지에는 어떤 종류가 있으며 어떻게 얻을 수 있을까요?

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▲시화호 조력발전소 (출처:KIOST)

조력에너지, 조수 간만의 차를 이용하다.

조력에너지(tidal energy)는 바다의 밀물과 썰물에 의한 조수간만의 차이를 이용해 에너지를 얻습니다. 조석은 태양이나 달의 인력에 의해 지구에 있는 바닷물이 끌려가면서 발생하는데요. 밀물과 썰물에 의해 하루에 1-2회 해수면의 상승과 하강이 반복되면서 바다의 수위 차이인 조차가 발생합니다. 이에 따라 바다는 가장 수위가 깊은 만조와 가장 수위가 낮은 간조가 반복되지요.

조력에너지는 이러한 반복되는 해수의 변화를 이용합니다. 조력에너지는 밀물 때 바닷물을 가두었다가 썰물 때 내보내면서 발생하는 힘으로 터빈을 회전시켜 전기를 얻습니다. 따라서 조차가 크고, 가두는 바닷물이 많을수록, 그리고 조석주기가 짧을수록 에너지를 효과적으로 얻을 수 있습니다. 조석주기와 조차는 장소에 따라 특정한 값이 발생하므로, 조력에너지는 얻을 수 있는 에너지를 미리 예측할 수 있다는 장점이 있습니다.

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조류에너지, 조류의 흐름을 이용하다.

조류에너지(tidal current energy)는 조석에 의해 발생하는 해류인 조류(tidal current)를 활용합니다. 조력에너지가 해수면의 변화를 이용해 터빈을 돌린다면, 조류에너지는 바다(유체)의 흐름을 이용합니다. 풍력 발전이 마치 바람의 흐름을 이용하는 것처럼 말이죠. 조석을 이용한다는 점에서는 앞서 살펴본 조력에너지와 발생 원리가 동일하다고 할 수 있습니다.

조류에너지는 풍력에 비해 해류의 속도를 예측하기 쉽고, 에너지를 발생시키는 유체의 밀도가 높다는 장점이 있습니다. 다만, 조류의 이동 속도가 낮고 바다에 설비를 설치하는 것이 어려워서 여러 가지 고려해야 할 점들이 많다고 할 수 있습니다.

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파력에너지, 파도의 힘을 이용하다.

파력에너지는 파도의 움직임에 따라 발생하는 힘을 이용합니다. 따라서 파도의 주기 및 진폭이 클수록 더 많이 얻을 수 있습니다. 따라서 이러한 파도의 특성을 지닌 지역을 선정하여 발전 설비를 건설하게 됩니다. 파력에너지는 파도의 높이나 방향이 불규칙한 편이므로 고려해야 할 변수들이 많습니다. 파력을 견딜 수 있으면서도 수동 효율을 높일 수 있는 장치가 필요하므로, 설치나 비용 측면에서 고려해야 할 점이 많습니다.

파력에너지는 얻는 방식이 다양합니다. 파도의 높이변화를 이용하는 진동수주형, 방파제 위로 넘치는 파도를 배수구로 내보내며 터빈을 돌리는 월파식 발전, 바다 표면의 부유장치가 파도에 따라 움직이면서 발전기를 돌리는 가동물체형 방식, 파도를 모으는 장치를 통해 파도를 집중시켜 발전기를 가동시키는 집파형 방식 등이 있습니다.

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해수온도차 발전, 해수의 온도차를 이용하다.

해수온도차 발전은 수백 미터 아래의 차가운 수온과, 비교적 따듯한 표면 해수의 온도 차를 이용해 에너지를 얻습니다. 고온의 표층수를 이용해 폐쇄파이프 내부를 흐르는 액체 냉매를 가스로 만들어(팽창시켜) 터빈을 돌린 후, 저온의 심해수를 이용해 다시 액화시키는(응축시키는) 과정을 반복하면서 에너지를 얻게 됩니다. 해수 온도차가 클수록 에너지를 얻는데 유리합니다. 발전 장치의 용량만큼만 열 자원을 확보하면 되고, 발전에 필요한 히트펌프 장치는 기존에 개발된 기술로 운용이 가능합니다.

다만 심해와 표면해수의 온도가 지역마다 다르기 때문에, 대략 20~25℃ 정도의 온도 차이가 있는 열대 기후 지역, 적도 부근 등 제한적인 환경에서 가능합니다. 또한 설치 규모가 크고 가격이 높아, 발전 설비와 함께 시너지를 낼 수 있는 다양한 병행 시설의 설치를 필요로 할 수 있습니다.

:: 참고자료 ::

[도서] 신재생에너지(출판사: 씨아이알)

시화호조력발전소(KIOST)

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