에너지자료

바다가 전기를 만들어 준다고요?

박근혜 대통령은 지난달 30일 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 한 가지 야심 찬 목표를 발표했다. 바로 한국이 신기후체제 출범을 위해 2030년까지 배출전망치(BAU) 대비 온실가스를 37% 줄이겠다는 것이다. 에너지 신산업 육성을 통해 100조 시장을 열고, 50만 개의 일자리를 창출한다는 비전도 제시했다.

박 대통령이 이야기한 에너지 신산업에는 어떤 것들이 있을까? 아직 정확하게 밝혀지진 않았지만, 그중 많은 부분을 신재생에너지가 차지할 것이라고 예측되고 있다. 현재 우리나라에서 연구·개발 중인 신재생에너지는 매우 다양한데, 그중에서 오늘은 ‘바다’와 관련된 이야기를 해 볼까 한다. 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라에서는 어쩌면 바다가 가장 풍요로운 자원일 테니까.

바다를 이용해 에너지를 얻는 방법!
‘바다’ 하면 어떤 것이 떠오르나? 시원한 바닷물, 부서지는 파도, 내리쬐는 태양, 바람, 밀물과 썰물…. 아토미도 매우 다양한 것들이 떠오르는데, 사실 이 모든 것이 해양 에너지의 근원이 된다. 그야말로 바다의 모든 낭만이 우리의 에너지 자원이 되는 것이다. 태양열이나 풍력 같은 방식은 육지에서도 이미 많이 다루고 있으니, 이를 제외한 순수 바다만을 이용한 에너지 생산 방식을 알아보자.

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밀물과 썰물을 이용하다, 조력발전
조력발전은 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산하는 발전 방식이다. 달의 인력 때문에 바다의 깊이 차이가 생기고, 이 과정에서 발생하는 위치에너지의 차이를 전력으로 변환하는 것이다. 즉 조수 간만의 차이를 이용해서 터빈을 돌리는 것이다. 이 발전 방식은 1967년 프랑스에서 처음 시작된 것으로 알려졌다.

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우리나라에서는 한국수자원공사가 시화호 방조제에 총 시설 용량 254MW급의 발전소를 지은 것이 대표적이다. 놀라운 것은 이 시설이 2014년 기준 세계 최대 규모의 조력발전소라는 것이다. 조력발전소는 아직 세계적으로 그리 많이 건설되지 않았다는 점도 우리의 기술력을 인정하는 부분이다.

파도의 힘을 이용하다, 파력발전
다음은 부서지는 파도를 이용한 발전을 알아볼자.  파도를 이용한 발전을 파력발전이라고 부른다. 파도로부터 에너지를 얻는 방식은 조금 다양하다. 물의 회전 운동을 이용할 것인지, 수평운동 또는 수직운동에서 나오는 에너지를 이용할 것인지, 위치에너지와 운동에너지를 각각 이용할 것인지 또는 동시에 이용할 것인지에 따라 각기 다르다. 이에 따른 에너지 추출장치도 모두 다르다.

우리나라는 파력발전의 기술개발을 주로 대전에 있는 한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소에서 진행하고 있다. 1993년부터 2001년까지 진행된 60kW 부유식 진동수주형 파력발전장치를 처음으로 500kW 진동수주형 파력발전장치, 250kW 나선 암초형 월류파력발전 기술개발이 진행됐다.

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바다의 온도 차이를 이용하다, 해수온도차발전
사실 조력과 파력에 대한 이야기는 여러 매체를 통해 많이 접해서 이제는 익숙한 단어들이다. 그렇다면 해수온도차는 어떨까? 해수온도차를 이용해 발전하는 방식은 다음과 같다.

우선 끓는점이 낮은 암모니아, 프레온 등의 냉매를 표층수(바다 표면에 가까운 해수)에 의해 증발시킨다. 이렇게 만들어진 가스를 심층수(수심 1000~4000m에 있는 저온·고밀도의 해수)의 냉열원으로 응축시키는 과정에서 만들어지는 냉매 증기를 이용해 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 것이다. 이 발전 방식은 표층수와 심층수의 온도 차이 덕분에 가능한 것인데, 열대 해역의 경우 표층수의 온도는 20℃ 이상이며 심층수의 온도는 4℃로 유지되기 때문이다.

말이 좀 어려운가? 쉽게 말하자면, 화력발전과 비슷한 방식이라고 생각하면 된다. 화력발전은 석탄이나 가스로 물을 끓여서 증발시키고, 복수기로 응축시키는 과정에서 생겨나는 수증기의 움직임을 이용해서 터빈을 회전시켜 전기를 얻는다. 화력발전과 해수온도차발전 모두 증기로 터빈을 돌려 전기를 얻는 거죠. 다만 증기를 만들어내는 방식이 다른데, 화력발전은 석탄이나 가스를 이용하고 해수온도차발전은 냉매와 온도가 다른 해수를 이용한다.

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앞으로 사용할 수 있는 해수온도차에너지의 양은 관점에 따라 조금씩 다르지만 1.1조kW에 달한다고 알려져 있다. 이는 세계 전체 에너지 수요의 약 100배에 달하는 어마어마한 양이라고 한다. 이 수치대로라면 해수온도차발전은 아주 매력적인 친환경 발전방안이다.

우리나라에서도 해수온도차발전을 연구개발하고 있다. 조력․파력발전 등 다른 해양발전에 비해서는 늦게 시작한 편인데, 2010년 ‘해양심층수의 에너지 이용기술 개발’에 착수하면서 본격적으로 연구가 시작됐다. 2013년에는 프랑스, 미국, 일본에 이어 세계 4번째로 20kW급 파일럿 플랜트를 개발하는 데 성공했다. 지난해에는 여기서 한 단 계 더 나아가 200kW급 고온도차 발전기 제작에 성공했다.

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바다는 지구 표면적의 70%를 차지하고 있다. 그만큼 육지에서 얻을 수 있는 것보다 많은 양의 에너지가 숨겨져 있을 것으로 여겨진다. 이런 해양에너지를 잘 활용한다면 지구의 환경오염이나 에너지 고갈에 대한 걱정을 덜 수 있지 않을까?