Special Report l 에너지 종합 보고서 2부 l 신재생에너지

조력(Tidal Power) 발전, 실용적인 해양에너지

오늘날 실용화되고 있는 해양에너지는 바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용하는 조력 발전뿐이라고 볼 수 있다. 세계의 어떤 바다에서도 하루 두 번씩 밀물과 썰물을 만난다. 그런데 이런 조석 현상은 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.

조력 발전, 해양에너지 수위차 이용한 발전

조력 발전이란 조석이 발생하는 하구나 만을 방조제로 막아 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 외해와 조지 내의 해수를 가두고 수차발전기를 설치하여 외해와 조지 내의 수위 차를 이용하여 발전하는 방식으로써 해양에너지의 수위 차를 이용하여 발전하는 방식으로써 해양에너지에 의한 발전방식 중에서 가장 먼저 개발되었다.

현재 개발 가능한 조력자원을 보유한 국가는 세계에서 손꼽을 정도로 한정되어 있기 때문에 이들 국가에서는 조력자원을 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 5천m3나 된다. 프랑스는 1966년 이곳에 일당 최고 24만kW를 발전할 수 있는 조력발전소를 완공했다. 프랑스는 먼저 콘크리트 케이슨으로 랑스강 하구에 댐을 건설하여 우리나라의 팔당댐 보다 약간 적은 용량인 1만8천4백만 입방미터의 물을 담을 수 있는 저수지를 만들었다. 만조 때 이 저수지를 가득 메운 바닷물은 간조 때 낮아진 해면으로 떨어지면서 24개의 터빈 발전기를 돌린다. 바닷물이 저수지로 밀려들어 올 때도 발전기를 돌려 효율을 높일 수 있다. 조력발전의 효율을 결정하는 가장 큰 요소는 저수지의 저수량이다. 따라서 썰물과 밀물의 차와 함께 넓은 저수지가 들어앉을 수 있는 입지조건이 매우 중요하다. 조수간만의 차가 큰 곳은 황해·영국해협·아이리시 해의 연안에 있다.

조력 발전의 원리

조력 발전의 원리는 간단하다. 바닷물이 가장 높이 올라왔을 때, 물을 가두었다가 물이 빠지는 힘을 이용해 발전기를 돌리는 것이다. 수력발전소와 비슷한 원리인데, 차이점은 수력 발전의 낙차는 수십 m인데 비해 조력 발전은 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.

조력 발전 세계 현황

현재 가동 중인 조력발전소는 프랑스의 랑스(1967년 완공, 용량 400kW), 러시아의 키슬라야(1968년 완공, 용량 800kW), 캐나다의 아나폴리스(1986년 완공, 용량 2만kW), 중국의 지앙시아(1980년 완공, 용량 3,000kW)

등이다. 현재 캐나다, 중국, 프랑스, 러시아 등에서 조력발전소를 건설해 활용하고 있으며 우리나라를 비롯해 조력 발전이 가능한 지역을 보유하고 있는 미국, 호주, 인도 등의 국가에서도 조사 작업이 한창이다. 80년대 중반에 완성된 캐나다의 아나폴리스 조력발전소는 20kW급 대형발전소다.

프랑스는 랑스 조력발전소에 이어 연간 30억kW 규모의 조력발전소를 계획했으나 아직도 계획선에 머물러 있다. 러시아는 1968년 실험용 조력발전소를 준공했는가 하면 일본은 물결이 센 에히메현 내도 해협에서 조류발전 실험에 성공했다. 중국은 발해에서 북부만에 걸쳐 8기의 조석발전소를 보유하고 있는데 그 용량은 모두 합쳐 6천kW이다. 현재 영불 해협을 비롯하여 남북 아메리카, 중국, 러시아 그리고 우리나라 서해의 인천만, 아산만, 가로림만, 천수만 등을 포함하여 세계 도처에는 조석의 차가 크게 벌어지는 곳이 많다. 이런 곳을 이용하여 조력 발전을 한다면 수력 발전의 4배가 넘는 10억kW의 전력을 생산할 수 있다. 그러나 아직은 막대한 건설비때문에 주춤한 상태이지만 21세기 중반경에 화석연료 자원이 바닥이 나면 조력 발전은 다시 각광을 받게 될 것으로 전망된다.

조력 발전 우리나라 현황

우리나라 경기만 일대는 세계적으로 드문 조력 발전의 최적지로 부상한 곳이다. 1932년 일제강점기 때부터 발전소 설계도를 작성한 기록이 있을 정도이며 1986년 영국의 공식 조사 결과에 따르면 가로림만에 조력발전소를 지을 경우 시설용량이 40MW, 연간 발전량은 836GWH까지 가능한 것으로 판명되기도 했다.

국내에서는 현재 시험조력발전소 건설에 관한 조사사업을 추진 중에 있는데 앞으로 연구 개발되어야 할 주요 대상은 깊은 수심에서의 연안구조물 설계와 시공기술, 조력발전소 수심에서의 연안 구조물 설계와 시공기술, 조력발전소의 주요부분인 수차발전기의 설계제작기술, 발전계통기술, 발전시스템의 자동제어기술, 해수에 의한 소재의 부식방지기술 등이다.

우리나라에서의 조력 발전 건설은 서해안에 부존하는 천혜의 조력에너지를 개발함으로써 지역경제의 균형발전을 도모할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

조력 발전 장·단점

장점

- 조력 발전은 발전을 하는 지점이 결정되면 그 지점에 있어서 조위(潮位)의 변화를 예측할 수 있다.

- 청정에너지이다.

단점

- 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점이 있다.

- 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다.

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