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1. 해양 에너지의 종류
1) 조류 발전
2) 조력 발전
3) 파력 발전
4) 해양 온도차 발전
5) 해수 양수 발전
6) 해상 풍력 발전
2. 조류 발전 (Tidal Stream Power Generation)
(1) 조류 발전의 원리
- 조수간만의 차이에 의해 발생하는 높은 유속을 이용하여 에너지를 생산하는 발전으로,
물살이 빠른 곳에 터빈을 설치하여 수평유체 흐름을 회전운동으로 변환시켜 전력을 생산한다. - 조수 간만에 의해 창조류, 낙조류가 발생하며, 조수간만의 차가 클수록 유속이 빠르다.
(2) 조류 발전의 특징
1) 기상 조건에 관계없이 발전이 가능하고, 일정한 예측이 가능하다.
2) 조류 속도가 빠른 해협이나 남해안에 적합하다.
3) 갯벌 황폐화 및 해양 생태계에 영향이 거의 없다.
4) 댐의 건설이 필요하지 않으므로 조력 발전에 비해 토지비가 저렴하다.
3. 조력 발전 (Tidal Power Generation)
(1) 조력 발전의 원리
- 바다의 조수 간만의 차를 이용한 위치에너지 차로 전력 생산
(2) 조력 발전 방식
1) 창조식: 밀물 시 발전한 후, 썰물 때 방류하는 방식
2) 낙조식: 밀물 시에 저수하여 해수를 저장 후, 썰물 때 발전하는 방식
3) 복조식: 밀물 때와 썰물 때 모두 발전하는 방식
(3) 조력 발전의 특징
1) 비고갈성 무공해 발전원으로서, 해와 달이 존재하는 동안은 계속 전기 생산 가능
2) 발전 시간을 정확히 알 수 있다
- 풍력은 바람, 태양광은 일사량을 이용하여 발전하며, 이들은 해역에 거슬리는 경우도 있어
발전 가능 시간이나 전도의 비효율이 발생하고 예측하기 어렵다. - 조력 발전은 하루 중 어느 시점에 밀물과 썰물이 발생하는지 정확한 시간까지 계산이 가능하다.
- 이는 전력을 공급·운영하는 입장에서 매우 중요한 요소다.
3) 다른 신재생 에너지보다 에너지 밀도가 커서 대량의 발전소를 만들 수 있다.
4) 바다에 인공 구조물을 건설 시, 물의 흐름과 수온 변화가 생물 우려가 있다.
(4) 조력 발전 현황
1) 포항 – 강릉 조력 발전소: 10 MW급 2채널 총 20 MW급
2) 국내 – 시화호 조력 발전소: 254 MW급
- 시화호 조력은 세계 최대 규모의 조력 발전소이다.
4. 파력 발전 (Wave Power Generation)
(1) 원리 및 현황
1) 파도의 상하 운동을 에너지 변환장치를 통해 기계적인 회전운동 또는 직선 왕복운동으로 변환한 뒤 전기에너지로 발전시키는 방식이다.
2) 파력 발전에 관한 연구로 약 50여 종의 파력 발전 장치가 고안되어 있으며, 소형 파력으로 상용화되고 있다.
(2) 파력 발전 형식
1) 가동 물체식
- 부체의 동요를 회전운동으로 변환하는 방식
- 가동 물체의 상하운동이 파력으로부터 기계적 에너지를 생산하는 원리
- 그림 예시: 부체와 상하운동 → 터빈 → 물리운동
2) 공기 터빈식
- 파도의 상하운동에 따라 일어나는 힘으로 공기를 이동·팽창시켜 공기터빈을 회전시키는 방식
- 현재 활발한 연구 개발이 진행 중에 있다.
5. 해양 온도차 발전 (Gradient Power Generation)
(1) 원리
1) 해양 표층수와 해면 밑 수심(m) 심층수의 온도차 (10~20°C)를 이용한 발전 방식이다.
2) 온도차가 낮고 온도차가 작으므로 작동유체로 암모니아, 프로판 등의 비점이 낮은 매체를 사용한다.
(2) 해양 온도차 발전의 개발 문제점
1) 발전단가: 현재 기술로는 출력(MW)당 매초 4kcal의 발산이 필요하며, 이를 100㎠ 이하에서 효율적으로 관리하기 위한 방안이 필요
2) 열교환기: 온도차 발전은 온수와 냉수의 극한 온도차를 이용하므로, 열교환기 효율이 중요하다
3) 생물부착: 온·냉수의 교환기 조작 중에 해양 생물의 부착 및 점성 문제 발생
6. 해수 양수 발전 (Pumped Storage Power Station Using Sea Water)
(1) 원리
- 양수 발전의 원리로, 해수를 인공적으로 상부 조정지에 저장하고 필요 시 바다로 낙하시켜 발전하는 것이다.
(2) 특징 및 문제점
1) 하부 조정지가 필요 없고 해수 공급이 무한정 가능하다.
2) 해양에 접하면서 상부 조정지를 조절해야 하며, 고낙차가 필요하다.
3) 해수에 의한 사용기기 재료 부식, 수로 내 해양 생물 부착, 상부 조정지에 해소로 인한 영향(환경 변화)이 있다.
7. 해상 풍력 발전
(1) 해상 풍력 발전 개발 필요성
1) 바람이 강한 지역에서 활용할 수 있는 풍력 에너지는 친환경 에너지라는 장점이 있다.
하지만, 비용이 많이 들고 입지 선정에 제약이 있는 단점이 있다.
2) 육상 풍력 발전은 새의 이동이나 동물의 이동을 방해하여 생태계에 영향을 주고, 자연 경관을 파괴한다는 이유로 많은 사람들이 반대하기도 한다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 해상 풍력 발전이 증가하고 있다.
(2) 해상 풍력 설치 방식
1) 고정식
2) 포지셔식
3) 재킷식
4) 트라이포드식
5) 부유식
해상 풍력 발전의 설치 방법 비교
(1) 중력 기반 방식
- 수심 20m 정도의 얕은 지형에서는 해저면을 콘크리트로 다진 후, 기둥을 꽂는 방식으로 해저의 수중 지중을 견딘다.
- 큰 기둥을 단순히 바닥에 꽂기 때문에 기술적으로 큰 어려움이 없어 초기 대형 풍력 단지를 만들 때 많이 사용된다.
(2) 모노 파일 방식
- 수심 20~50m 이내의 해저면에 콘크리트 지지대를 만들고 단단한 쇠기둥을 박아 그 위에 발전기를 설치하는 방식으로 가장 많이 사용된다.
- 기둥이 무게를 이겨내지 못하면 파괴될 수 있고, 심해는 바닷물에 오래 노출되며 부식이 일어날 위험이 있다.
(3) 트라이 포드 방식
- 수심이 80m 정도의 먼 바다에 적용되는 방식으로, 삼각형 강재 구조물을 해저에 설치해 고정하고 그 위에 풍력 발전기를 설치한다.
- 수심이 깊은 곳에서도 설치할 수 있는 장점이 있으나, 장치 구조물은 복잡하고 설치 후 해양용이 많이 필요해 설치비가 비싸다.
(4) 부유식
- 수심에 따라 공사 방식이 달라지는 것은 안전성과 경제성 때문이다.
- 깊은 바다로 나갈수록 바람이 많이 불고 넓은 공간을 활용할 수 있는 반면, 공사비가 증가하므로 대형 해양부유체를 개발해야 한다.
- 부유식은 바람과 파랑 등에 따른 구조물의 안정성을 유지하는 방식으로 수심에 관계없이 적용할 수 있다.
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