조력 발전
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1. 개요
조력 발전은 지구의 조수 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술이다. 조석력은 달과 태양의 중력으로 인해 발생하며, 조력 발전은 이러한 조수의 움직임을 활용하는 유일한 기술이다. 조력 발전은 단류식, 복류식, 조류 발전, 조력 댐, 조력 석호, 동적 조력 발전 등 다양한 방식으로 분류되며, 랑스 조력 발전소, 시화호 조력 발전소 등이 대표적인 사례이다. 조력 발전은 무한정의 에너지원과 공해 방지라는 장점을 가지지만, 입지 조건의 제약, 높은 초기 비용, 환경 문제 등의 단점도 존재한다. 환경 문제 해결과 기술 발전을 통해 조력 발전은 미래 에너지원으로의 잠재력을 가지고 있다.
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| 조력 발전 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 유형 | 재생 가능 에너지 |
| 에너지원 | 조수 |
| 작동 원리 | 운동 에너지를 전기 에너지로 변환 |
| 사용 기술 | 조력 댐 조류 발전기 조력 래군 |
| 역사 | |
| 초기 사용 | 11세기 |
| 현대적 기술 개발 | 20세기 |
| 기술 | |
| 조력 댐 | 댐을 건설하여 조수 간만의 차를 이용 수차를 돌려 전기를 생산 |
| 조류 발전기 | 조류의 흐름을 이용하여 터빈을 회전 물 속의 풍력 발전기와 유사 |
| 조력 래군 | 해안에 인공 석호를 건설 조수 간만의 차를 이용하여 발전 |
| 장점 및 단점 | |
| 장점 | 예측 가능 탄소 배출 감소 지속 가능한 에너지원 |
| 단점 | 초기 투자 비용 높음 환경 영향 (생태계 변화) 제한적인 위치 조건 |
| 현황 및 전망 | |
| 주요 국가 | 프랑스 캐나다 영국 대한민국 |
| 미래 전망 | 기술 발전과 함께 성장 가능성 높음 |
| 관련 정보 | |
| 관련 항목 | 해양 에너지 파력 발전 수력 발전 |
2. 발전 원리
지구의 해양 조수에서 조석력은 천체가 가하는 중력의 주기적인 변화로 인해 발생한다. 이러한 힘은 전 세계 바다에서 해당 운동 또는 해류를 생성한다. 그 결과 지구가 자전함에 따라 해수면이 주기적으로 변한다. 이러한 변화는 지구의 자전과 달의 지구 주위 궤도의 일관된 패턴으로 인해 매우 규칙적이고 예측 가능하다.[7] 이 운동의 크기와 변화는 지구에 대한 달과 태양의 위치 변화, 지구 자전의 영향, 지역 해저와 해안선의 지형을 반영한다.
조력 발전은 크게 단류식과 복류식으로 구분되며, 발전 시기가 밀물인지 썰물인지에 따라 창조식과 낙조식으로 나뉜다.
조력 발전은 지구-달 시스템의 궤도 특성에 내재된 에너지를 이용하는 유일한 기술이며, 지구-태양 시스템에서도 약간의 영향을 미친다. 인류의 기술이 활용하는 다른 자연 에너지는 화석 연료, 일반 수력, 풍력, 바이오 연료, 파력 및 태양 에너지를 포함하여 직간접적으로 태양에서 유래한다. 원자력 에너지는 지구의 핵분열 원소의 광물 매장량을 사용하며, 지열 발전은 행성 강착으로부터의 잔열(약 20%)과 방사성 붕괴를 통해 생성된 열(80%)의 조합으로 발생하는 지구의 내부 열을 활용한다.[8]
조력 발전기는 조류의 에너지를 전기로 변환한다. 조수 변동이 크고 조류 속도가 높을수록 조력 발전 가능성이 크게 증가할 수 있다. 반면에 조력 에너지는 높은 신뢰성, 우수한 에너지 밀도 및 높은 내구성을 가지고 있다.[9]
지구의 조수는 궁극적으로 달, 태양과의 중력적 상호 작용과 지구의 자전으로 인해 발생하므로 조력 에너지는 사실상 고갈되지 않으며 따라서 재생 에너지 자원으로 분류된다. 조수의 움직임은 지구-달 시스템에서 기계적 에너지 손실을 유발한다. 이는 해안선을 따라 자연적인 제약으로 물이 펌핑되고 그 결과 점성이 해저 및 난류에서 소산되기 때문이다. 이러한 에너지 손실은 지구의 자전을 지구 형성 이후 45억 년 동안 늦추는 결과를 낳았다. 지난 6억 2천만 년 동안 지구의 자전 주기(하루의 길이)는 21.9시간에서 24시간으로 증가했다.[10] 이 기간 동안 지구-달 시스템은 회전 에너지의 17%를 잃었다. 조력 발전이 시스템에서 추가 에너지를 가져가겠지만, 그 효과는 미미하며 가까운 미래에는 눈에 띄지 않을 것이다.
지구의 자전과 달의 공전에 따라 해수에는 조석력이 작용한다. 그 때문에 시각에 따라 조위가 변동한다. 입구가 넓은 만 내에서는 간만의 차가 크다. 따라서 만조 시에는 둑을 개방하여 만 내에 해수를 도입하고, 간조 시에는 둑을 폐쇄하여 해수를 터빈에 도입한다. 이 터빈의 회전력을 이용하여 발전기를 돌린다. 저낙차 수력 발전의 일종이라고도 할 수 있다.
조력 발전의 장점은 연료가 필요 없고 유해한 배출물이 없다는 것, 물의 밀도가 충분히 커서 에너지 집중이 가능하다는 것, 조석 현상을 이용하므로 풍력 발전과는 달리 출력의 정확한 예측에 따른 전력 공급이 가능하다는 것이다. 단점은 조개 등의 부착 제거 및 기재의 염해 대책 등에 유지 관리비가 드는 한편, 내구 연한이 5~10년으로 짧기 때문에 비용 효율이 나쁘다는 것, 어업권 및 항로 등 다양한 제약으로 설치 장소가 제한된다는 점 등이 있다.
지구의 운동 에너지를 이용하고 있기 때문에 이론상으로는 지구의 자전 속도에 영향을 미치지만, 매우 작기 때문에 무시할 수 있다.
3. 조력 발전의 분류
3. 1. 단류식 조력 발전
단류식 조력 발전은 조력 발전의 한 방식으로, 발전 시기가 밀물 또는 썰물인지에 따라 창조식과 낙조식으로 나뉜다.
지구의 자전과 달의 공전에 따라 해수에는 조석력이 작용하여 시각에 따라 해수면의 높이(조위)가 변한다. 입구가 넓은 만에서는 간만의 차가 크기 때문에, 만조 시에는 둑을 열어 만 안에 해수를 채우고 간조 시에는 둑을 닫아 해수를 터빈으로 보내 발전을 한다. 이는 저낙차 수력 발전의 일종으로 볼 수 있다.
단류식 조력 발전의 장점은 다음과 같다.
단점은 다음과 같다.
단류식 조력 발전은 지구의 운동 에너지를 이용하므로 이론적으로 지구의 자전 속도에 영향을 미치지만, 그 영향은 매우 작아 무시할 수 있다.
일본에서는 나루토 해협, 간몬 해협, 쓰가루 해협 등 조류가 강한 곳에서 수평형 수차를 이용한 조력 발전 연구가 진행되고 있다. 기타큐슈시와 큐슈공업대학은 간몬 해협에서 2011년부터 실증 실험을 시작했고[71], 오마자키 등에서도 검토가 이루어지고 있다. 그러나 간만의 차가 큰 곳이라도 대규모 조력 발전소 설치에 적합한 장소가 없어 보급은 더딘 편이다.
3. 2. 복류식 조력 발전
조력 발전은 한 방향 발전인 단류식과 양방향 발전인 복류식으로 구분되며, 발전 시기가 밀물 또는 썰물인지에 따라 다시 창조식과 낙조식으로 분류된다.
4. 조력 발전 방식
조력 발전은 크게 단류식(한 방향 발전)과 복류식(양방향 발전)으로 나뉘며, 발전 시기에 따라 창조식과 낙조식으로 분류된다. 창조식 발전은 밀물 때 외해와 호수의 수위차를 이용해 발전하고, 썰물 때 호수의 물을 방류하는 방식이다. 반면 낙조식 발전은 밀물 때 호수를 채우고, 썰물 때 호수와 외해의 수위차를 이용해 발전한다.
조력 에너지는 지구 해양 조수에서 얻어지며, 조석력은 천체의 중력적 인력의 주기적인 변화로 인해 발생한다. 이러한 힘은 해류를 생성하고, 지구 자전에 따라 해수면의 주기적인 변화를 일으킨다. 이러한 변화는 지구 자전과 달의 궤도, 태양의 위치 변화, 코리올리 효과, 지역 해저 지형 등에 영향을 받지만, 매우 규칙적이고 예측 가능하다.[7]
조력 발전은 지구-달 시스템의 궤도 특성에 내재된 에너지를 이용하는 유일한 기술이다. 다른 자연 에너지는 태양에서 직간접적으로 유래하거나(화석 연료, 수력 발전, 풍력 발전, 바이오 연료, 파력 발전, 태양 에너지) 지구 내부 열을 활용한다(원자력 발전, 지열 발전).[8]
조력 발전기는 조류 에너지를 전기 에너지로 변환하며, 조수 변동이 크고 조류 속도가 높을수록 발전 가능성이 커진다. 조력 에너지는 높은 신뢰성, 에너지 밀도, 내구성을 가진다.[9] 조수는 달, 태양과의 중력 상호 작용과 지구 자전으로 인해 발생하므로 조력 에너지는 고갈되지 않는 재생 에너지 자원이다. 조수 운동은 지구-달 시스템에서 기계적 에너지 손실을 유발하여 지구 자전을 늦추지만, 조력 발전으로 인한 추가적인 에너지 손실 효과는 미미하다.[10]
조력 발전 방식은 크게 네 가지로 분류할 수 있다.
4. 1. 조류 발전 (Tidal Stream Generator)
조류 발전기는 움직이는 물의 운동 에너지를 활용하여 터빈을 가동하는데, 이는 풍력 터빈이 바람을 이용하여 터빈을 돌리는 방식과 유사하다. 일부 조력 발전기는 기존 다리의 구조에 내장하거나 완전히 수중에 설치할 수 있어 미관이나 시각적 영향에 대한 우려를 피할 수 있다.[12] 해협이나 만과 같은 육지 제약은 특정 장소에서 높은 유속을 생성할 수 있으며, 이를 터빈을 사용하여 포착할 수 있다.[12] 이러한 터빈은 수평, 수직, 개방형 또는 덕트형일 수 있다.[12]2003년 9월에 완공된 조력 발전소인 크바르순 조력 발전소(Kvalsund Tidal Power Plant)는 노르웨이 함메르페스트 교외의 크바르순 해협에 10m에 달하는 프로펠러를 해협에 침전시켜 건설되었다. 최대 정격 출력은 300kW, 연간 발전량은 70만 kWh이다. 크바르순 해협의 해류 속도는 초당 1.8m이다.
4. 2. 조력 댐 (Tidal Barrage)
조력 댐은 높은 조수와 낮은 조수 사이의 높이 차이(수두)에 있는 위치 에너지를 사용한다. 조력 댐을 사용하여 전력을 생산할 때, 조력의 위치 에너지는 특수 댐의 전략적 배치를 통해 포착된다. 해수면이 상승하고 조수가 들어오기 시작하면, 조력의 일시적인 증가는 댐 뒤의 대형 수조로 유입되어 많은 양의 위치 에너지를 저장한다. 조수가 물러갈 때, 이 에너지는 발전기를 사용하여 전력을 생산하는 대형 터빈을 통해 물이 방출되면서 역학적 에너지로 변환된다.[13] 댐은 본질적으로 조수 하구의 전체 너비에 걸쳐 있는 댐이다.지구의 자전과 달의 공전에 따라 해수에는 조석력이 작용한다. 그 때문에 시각에 따라 조위가 변동한다. 입구가 넓은 만에서는 간만의 차가 크다. 따라서 만조 시에는 둑을 개방하여 만 안에 해수를 도입하고, 간조 시에는 둑을 폐쇄하여 해수를 터빈에 도입한다. 이 터빈의 회전력을 이용하여 발전기를 돌린다. 저낙차 수력 발전의 일종이라고도 할 수 있다.
조력 댐의 장점은 연료가 필요 없고 유해한 배출물이 없다는 것, 물의 밀도가 충분히 커서 에너지 집중이 가능하다는 것, 조석 현상을 이용하므로 풍력 발전과는 달리 출력의 정확한 예측에 따른 전력 공급이 가능하다는 것이다. 단점은 조개 등의 부착 제거 및 기재의 염해 대책 등에 유지 관리비가 드는 한편, 내구 연한이 5~10년으로 짧기 때문에 비용 효율이 나쁘다는 것, 어업권 및 항로 등 다양한 제약으로 설치 장소가 제한된다는 점 등이 있다.
지구의 운동 에너지를 이용하고 있기 때문에 이론상으로는 지구의 자전 속도에 영향을 미치지만, 매우 작기 때문에 무시할 수 있다.
일본에서는 나루토 해협, 간몬 해협, 쓰가루 해협 등 조류가 격렬한 지형에서 수평형 수차를 돌리는 연구가 진행되고 있으며, 기타큐슈시와 큐슈공업대학은 간몬 해협에서 2011년부터 실증 실험을 시작[71]했고, 오마자키 등에서도 검토되고 있다. 그러나, 간만의 차가 큰 곳이라도 대규모 조력 발전소 설치에 적합한 장소가 없기 때문에 그다지 보급되지 않고 있다.
4. 3. 조력 석호 (Tidal Lagoon)
새로운 조력 발전 설계 방식은 터빈이 내장된 원형 옹벽을 건설하여 조수의 위치 에너지를 포착하는 것이다. 이렇게 만들어진 저수지는 조력 댐과 유사하지만, 인공적으로 조성되었으며 기존의 생태계가 존재하지 않는다.[12]조력 라군은 펌핑 없이 이중(또는 삼중) 형태로[14], 혹은 펌핑을 통해[15] 전력 생산량을 평탄화할 수 있다. 펌핑 전력은 풍력 터빈이나 태양광 발전 설비와 같이 그리드 수요를 초과하는 재생 에너지로부터 제공될 수 있다. 잉여 재생 에너지는 감축되는 대신 사용되어 나중에 저장될 수 있다. 지리적으로 분산된 조력 라군은 생산 피크 시간의 지연을 통해 다른 대안(예: 지역 난방 재생 에너지 저장)보다 더 높은 비용으로 거의 기저 부하 발전을 제공하면서 생산 피크를 평탄화할 수 있다. 영국 웨일스에 건설될 예정이었던 취소된 스완지 만 조력 발전소(Tidal Lagoon Swansea Bay)는 이러한 유형의 최초의 조력 발전소가 될 뻔했다.[16]
4. 4. 동적 조력 발전 (Dynamic Tidal Power)
동적 조력 발전(Dynamic Tidal Power, DTP)은 조류의 잠재 에너지와 운동 에너지 사이의 상호 작용을 이용하는 이론적인 기술이다. 이 기술은 해안에서 바다나 대양으로 곧게 뻗은 매우 긴 댐(예: 30~50km)을 건설하는 방식을 제안한다. 이 댐은 특정 구역을 둘러싸지 않는다. 조류의 위상차가 댐 전체에 걸쳐 발생하여, 영국, 중국, 한국과 같이 해안을 따라 강하게 진동하는 조류가 존재하는 얕은 연안 해역에서 상당한 수위 차이를 유발한다.
5. 조력 발전의 장단점
조력 발전은 지구-달 시스템의 궤도 특성에 내재된 에너지를 사용하는 유일한 재생 에너지 기술이다. 조류의 흐름을 이용해 전기를 생산하며, 조수 간만의 차가 클수록, 조류 속도가 빠를수록 발전 잠재력이 커진다.
조력 발전은 초기 비용이 많이 들지만, 연구 개발을 통해 비용을 절감할 수 있으며, 대중도 조력 발전 연구 개발에 대한 지원 의향이 있다. 비용 효율성은 조력 발전소 위치에 따라 다르며, 댐 길이와 연간 에너지 생산량의 비율인 기브라 비율로 나타낼 수 있다. 직교 터빈과 같은 단순화된 설계는 비용 절감에 기여할 수 있다.
일본에서는 나루토 해협, 간몬 해협, 쓰가루 해협 등 조류가 빠른 곳에서 조력 발전에 대한 연구가 진행 중이며, 기타큐슈시와 큐슈공업대학은 간몬 해협에서 실증 실험을 시작했다.[71] 그러나 일본은 간만의 차가 큰 곳이라도 대규모 조력 발전소 설치에 적합한 장소가 없어 보급이 활발하지 않다.
5. 1. 장점
조력 발전은 연료가 필요 없고 유해한 배출물이 없으며, 풍력 발전과 달리 출력 예측이 정확하여 안정적인 전력 공급이 가능하다는 장점이 있다.[71] 물의 밀도가 높아 에너지 집중도가 우수하고, 신뢰성, 에너지 밀도, 내구성이 높다.지구의 조수는 달과 태양의 중력 상호작용과 지구 자전으로 발생하므로, 조력은 무궁무진한 재생 가능 에너지 자원이다. 조수 움직임은 지구-달 시스템에서 기계적 에너지 손실을 유발하지만, 그 영향은 미미하여 가까운 미래에는 눈에 띄지 않을 것이다.
조력 발전은 에너지원이 무한하고 공해를 유발하지 않아 유망하지만, 입지 조건이 제한적이다.
5. 2. 단점
조력 발전은 입지 조건이 제한적이지만, 에너지원이 무한하고 공해를 유발하지 않아 장차 유망한 발전 방법으로 꼽힌다. 그러나 다음과 같은 단점들이 존재한다.- 조수 간만의 차가 큰 지역으로 입지 조건이 한정되어 있다.
- 조위 변화가 1년 동안 균일하지 않다.
- 조위가 일정한 시간대에는 발전이 불가능하다.
- 시설 기반 비용이 비싸 채산성이 떨어진다.
- 조개 등의 부착물 제거 및 기재의 염해 대책 등에 유지 관리비가 많이 들고, 내구 연한이 5~10년으로 짧아 비용 효율이 나쁘다.
- 어업권 및 항로 등 다양한 제약으로 설치 장소가 제한된다.
- 기후 변화로 인한 해수면 상승은 지역 조수의 특성을 변경시켜 미래의 발전량을 감소시킬 수 있다.[68][69]
- 지구의 자전 속도에 이론상 영향을 미치지만, 그 영향은 매우 작아 무시할 수 있다.
6. 세계의 조력 발전소
제2차 세계 대전 이후 본격적으로 조력 발전소가 건설되어 가동되기 시작했다. 1966년 프랑스에 완공된 랑스 조력 발전소는 세계 최초의 조력 발전소였다.[23] 24MW 용량의 발전기 10대가 설치되어 총 240MW급 복류식 조력 발전소로, 설치 용량 기준으로 45년 동안 세계 최대의 조력 발전소였다. 24개의 터빈은 최대 240 메가와트(MW)의 출력을 내며 평균 57 MW의 출력을 보여 약 24%의 이용률을 기록했다.
1969년 구소련은 백해(白海) 부근에 약 1,000kW 용량의 키슬라야 구바 조력발전소를 건설했다. 1984년 캐나다에는 발전용량 2만kW의 아나폴리스 로얄 단류식 조력발전소가 완공되었다.
대한민국의 시화호 조력 발전소는 254MW 규모로, 2011년 완공 당시 세계 최대의 조력 발전 설비였다.[31][32] 중국 항저우 남쪽에 위치한 장샤 조력 발전소는 1985년부터 가동되었으며, 현재 설치 용량은 3.2MW이다.[33]
1924년 미국 연방 전력 위원회는 대규모 조력 발전소에 대한 첫 번째 연구를 수행했지만, 이 연구는 아무런 결과로 이어지지 않았다.[17] 1956년에는 노바스코샤 라이트 앤 파워가 펀디만에서의 조력 발전 개발 타당성 연구를 의뢰했지만, 개발 비용이 과도할 것이라는 결론이 내려졌다.[18] 1961년 미국과 캐나다 연방 정부는 공동으로 "국제 파사마쿼디 조력 발전 프로젝트 조사" 보고서를 발표했지만, 비용 대비 편익 비율이 미국에는 유리하지만 캐나다에는 그렇지 않았다.
1977년 캐나다, 노바스코샤, 뉴브런즈윅 정부는 펀디만 하구 끝자락에 위치한 세 곳의 조력 댐 가능성을 파악하기 위한 연구를 의뢰했지만, 명백한 타당성에도 불구하고 건설되지 않았다.[19]
2007년 스노호미시 PUD는 워싱턴주에서 조력 발전 프로젝트를 시작했지만,[20] 2014년 10월, 비용 증가로 인해 프로젝트가 취소되었다.[22]
2003년 설립된 유럽 해양 에너지 센터(EMEC)는 스코틀랜드 오크니 제도에 위치하며, 실제 해상 환경에서 다양한 시험 장소를 제공한다. 그리드에 연결된 조력 시험 장소는 이데이 섬 앞바다 와르네스 폴스에 위치해 있으며, 매우 강한 조류를 가지고 있다.[24]
2020년 10월 22일, 뉴욕시 루즈벨트 섬 해안에는 세 개의 Verdant Power 수중 35킬로와트 터빈이 단일 삼각대에 설치된 루즈벨트 섬 조력 에너지(RITE) 설비가 설치되었다.[29]
북미 최초의 조류 발전기는 2006년 9월 밴쿠버 섬 남부의 레이스 록스에 설치되었지만,[34][35] 높은 운영 비용으로 인해 5년 후 중단되었다.[36]
2008년 말 북아일랜드의 스트랭포드 로호에서 1.2MW 규모의 SeaGen 시스템이 가동되었지만,[39] 2016년에 해체되었다.[40]
2009년 대한민국 정부는 인천 서쪽 섬 주변에 1,320MW 규모의 댐 건설을 제안했지만, 2012년부터 환경 문제로 중단되었다.[42]
스코틀랜드 정부는 아일레이 근처에 10MW 규모의 조류 발전기 배열 계획을 승인했지만,[43][44] 2023년 현재는 존재하지 않는다.
인도 구자라트주는 남아시아 최초의 상업 규모 조력 발전소를 유치할 계획이었지만,[45] 높은 비용으로 인해 철회되었다.[46]
MeyGen (398MW)이라는 가장 큰 조력 에너지 프로젝트는 현재 스코틀랜드 북부의 펜틀랜드 해협에서 건설 중이며, 2018년부터 6MW가 가동되고 있다.[49][50]
영국 스완지시 외곽에 320MW 규모의 조력 석호 발전소 건설이 2015년 6월에 계획 승인을 받았지만, 2018년 영국 정부에 의해 거부되었다.[51]
최대 1GW 용량의 머지강 어귀 채널 내에 조력 댐을 건설하는 Mersey Tidal Power 프로젝트가 리버풀 시티 지역 통합 당국의 현지 협의를 진행 중이다.[52]
앵글시의 모를라이스에서 여러 개발업체가 최대 240MW의 조류 발전 시설을 제안했으며, 첫 번째 터빈은 2026년에 설치될 것으로 예상된다. 현재 총 38MW의 용량이 GB 전력망에 전력을 공급하기 위해 차액 계약을 통해 부여되었다.[53]
2003년 9월에 완공된 크바르순 조력 발전소(Kvalsund Tidal Power Plant)는 노르웨이 함메르페스트 교외의 크바르순 해협에 건설되었다. 최대 정격 출력은 300kW, 연간 발전량은 70만 kWh이다.
| 국가 | 지명 | 조위 차이 (m) | 면적 (km²) | 최대 발전량 (MW) |
|---|---|---|---|---|
| 아르헨티나 | 산 호세 | 5.9 | - | 6800 |
| 오스트레일리아 | Secure Bay | 10.9 | - | ? |
| 캐나다 | 코베키드 만 | 12.4 | 240 | 5338 |
| 컴벌랜드 분지 | 10.9 | 90 | 1400 | |
| 셰포디 만 | 10.0 | 115 | 1800 | |
| 파사마쿼디 만 | 5.5 | - | ? | |
| 인도 | Kutch | 5.3 | 170 | 900 |
| Cambay | 6.8 | 1970 | 7000 | |
| 대한민국 | 가로림|加露林한국어 | 4.7 | 100 | 480 |
| 시화호 | - | - | - | |
| 멕시코 | Rio Colorado | 6–7 | - | ? |
| Tiburon | - | - | ? | |
| 영국 | Severn | 7.8 | 450 | 8640 |
| Mersey | 6.5 | 61 | 700 | |
| Strangford Lough | - | - | - | |
| Conwy | 5.2 | 5.5 | 33 | |
| 미국 | Passamaquoddy Bay, Maine | 5.5 | - | ? |
| Knik Arm, Alaska | 7.5 | - | 2900 | |
| Turnagain Arm, Alaska | 7.5 | - | 6501 | |
| - | - | - | - | |
| 러시아[72] | Mezen | 9.1 | 2300 | 19200 |
| Tugur | - | - | 8000 | |
| Penzhinskaya Bay [73][74] | 6.0 | 20500 | 87000 | |
| 남아프리카 공화국 | Mozambique Channel | ? | ? | ? |
7. 대한민국의 조력 발전소
대한민국에서는 한국수자원공사가 시화호 방조제에 총 시설 용량 254MW급의 조력 발전소를 건설하였다. 2023년말 기준으로, 시화호조력발전소가 세계 최대 규모의 조력 발전소이며, 세계에 몇 안되는 조력 발전소 중 하나이다.[31][32]
또한, 520MW급의 가로림만 조력 발전소도 2011년 착공 및 2014년 완공을 계획하고 있었다.[75] 하지만 2016년 7월 28일 대한민국 해양수산부에서 가로림만을 해양보호구역으로 지정하면서 가로림조력발전소 건설 계획은 무산되었다.
인천광역시 강화도 근처에 812MW 규모의 조력 댐 건설 계약이 대우건설에 의해 체결되어 2015년 완공 예정이었으나,[31] 2013년에 해당 계획은 철회되었다.[41]
2009년 대한민국 정부는 인천광역시 서쪽 섬 주변에 1320MW 규모의 댐 건설을 제안했다. 이 프로젝트는 환경 문제로 인하여 2012년부터 중단되었다.[42]
진도군 울돌목에는 2013년까지 90MW의 용량으로 점진적으로 확장될 계획인 조류 발전소가 있다. 2009년 5월에 1MW가 처음 설치되었다.[38]
8. 조력 발전의 미래
조력 발전은 입지 조건이 제한되지만, 에너지원이 무제한이고 공해를 유발하지 않아 장차 유망한 발전 방법으로 꼽힌다. 조수 간만의 차가 큰 지역에서 많은 양의 전기를 얻을 수 있지만, 다음과 같은 단점도 존재한다.
- 조위 변화가 1년 동안 균일하지 않다.
- 특정 시간대에는 발전이 불가능하다.
- 시설 기반 비용이 비싸 채산성이 떨어진다.
미국 북부의 파사마쿼디만, 캐나다 펀디만, 프랑스 생미셸만 등에서 건설이 검토되고 있으며, 아르헨티나, 러시아 등도 관심을 보이고 있다. 구소련의 키스라야만에서는 건설 공사가 진행 중인 것으로 알려져 있다.[24]
조력 발전은 다른 재생 에너지원에 비해 다음과 같은 장점을 가진다.
조력 에너지는 지구-달 시스템의 궤도 특성에 내재된 에너지를 이용하며, 지구-태양 시스템에서도 약간의 영향을 받는다. 조력 발전은 지구-달 시스템에서 기계적 에너지 손실을 유발하지만, 그 효과는 미미하며 가까운 미래에는 눈에 띄지 않을 것이다.
세계 최초의 해양 에너지 시험 시설은 2003년 영국에 설립된 유럽 해양 에너지 센터(EMEC)이다. 스코틀랜드 오크니 제도에 위치한 EMEC는 실제 해상 환경에서 다양한 시험 장소를 제공하며, 특히 이데이 섬 앞바다 와르네스 폴스는 최대 4m/s의 매우 강한 조류를 가지고 있어 조력 에너지 시험 장소로 적합하다. 이곳에서 알스톰, 안드리츠 하이드로 함머페스트, 아틀란티스 리소스 공사, 노트리시티, 오픈하이드로, 스코트리뉴어블스 타이달 파워, 보이트 등 여러 기업이 시험을 수행했다.[24] 영국 다른 지역에서는 25GW 용량의 회전 가능한 블레이드를 설치할 경우 연간 50TWh의 에너지를 추출할 수 있다고 예측된다.
9. 환경 문제 및 과제
조력 발전은 해양 생물에 영향을 줄 수 있다는 환경 문제를 안고 있다. 터빈의 회전 날개는 헤엄치는 해양 생물을 실수로 죽일 수 있으며, 일부 프로젝트에 포함된 안전 장치는 에너지 손실을 초래할 수 있다.[54] 또한, 끊임없이 회전하거나 시끄러운 물체는 물고기가 해당 지역을 피하게 만들 수 있다.
지구 온난화 가능성(탄소 발자국) 측면에서 조력 발전 기술의 영향은 15~37 gCO2-eq/kWh이며, 중앙값은 23.8 gCO2-eq/kWh이다.[55] 이는 풍력, 태양광 발전과 같은 다른 재생 에너지와 비슷한 수준이며, 화석 연료 기반 기술보다 훨씬 낮다.
조력 발전기는 바닷물로 인해 금속 부품이 부식될 수 있어 유지 관리가 어렵다. 특히 발전기의 크기와 설치 수심은 이러한 문제를 더욱 심각하게 만든다.[61]
이러한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.
- 내식성 재료 사용: 스테인리스강, 고(高)니켈 합금, 구리-니켈 합금, 니켈-구리 합금, 티타늄과 같은 내식성 재료를 사용하여 부식 피해를 줄이거나 없앨 수 있다.[61]
- 복합 재료 사용: 복합 재료는 부식되지 않으며, 가볍고 내구성이 뛰어나 조력 발전에 적합한 구조물을 만드는 데 사용될 수 있다.[61][62]
또한, 윤활유와 같은 기계 유체가 누출될 경우 주변 해양 생물에게 해를 끼칠 수 있으므로, 적절한 유지 관리를 통해 환경에 유입되는 유해 화학 물질의 양을 최소화해야 한다.
9. 1. 환경 문제
조력 발전은 해양 생물에 영향을 미칠 수 있다. 터빈의 회전 날개는 헤엄치는 해양 생물을 실수로 죽일 수 있다. 스트랭퍼드에 있는 프로젝트와 같이 일부 프로젝트에는 해양 동물이 접근하면 터빈을 끄는 안전 장치가 포함되어 있다. 그러나 이 기능은 터빈을 통과하는 해양 생물의 양 때문에 상당한 에너지 손실을 초래한다.[54] 일부 물고기는 끊임없이 회전하거나 시끄러운 물체에 위협을 받으면 해당 지역을 피할 수 있다. 해양 생물은 조력 발전기의 입지를 선정하는 데 매우 중요한 요소이며, 가능한 한 적은 해양 동물이 영향을 받도록 예방 조치가 취해진다. 지구 온난화 가능성 (즉, 탄소 발자국) 측면에서 조력 발전 기술의 영향은 15~37 gCO2-eq/kWh이며, 중앙값은 23.8 gCO2-eq/kWh이다.[55] 이는 풍력 및 태양광 발전과 같은 다른 재생 에너지의 영향과 일치하며 화석 기반 기술보다 훨씬 낫다. 테티스 데이터베이스는 조력 에너지의 잠재적인 환경 영향에 대한 과학 문헌 및 일반 정보에 대한 접근을 제공한다.[56]조력 에너지의 주요 환경 문제는 해양 생물이 고속의 물에 의해 이 장치 근처나 통과하게 될 위험이 높아짐에 따라 발생하는 블레이드 충돌 및 해양 생물의 얽힘과 관련이 있다. 모든 해상 신재생 에너지와 마찬가지로, 전자기장 및 음향 출력이 해양 생물에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 우려도 있다. 이러한 장치는 물 속에 있기 때문에, 음향 출력은 해상 풍력 에너지보다 더 클 수 있다. 조력 에너지 장치에서 생성되는 주파수와 진폭의 소리에 따라, 이러한 음향 출력은 해양 포유류(특히 반향정위를 사용하여 해양 환경에서 의사소통하고 항해하는 돌고래와 고래와 같은 동물)에 다양한 영향을 미칠 수 있다. 조력 에너지 추출은 또한 원거리 수질 저하 및 퇴적물 과정의 방해와 같은 환경 문제를 일으킬 수 있다.[57][58] 프로젝트 규모에 따라 이러한 영향은 조력 장치 근처에 퇴적물이 소량 쌓이는 것부터 연안 생태계 및 과정에 심각한 영향을 미치는 것까지 다양할 수 있다.[59]
방조제 설치는 만 또는 강어귀의 해안선을 변화시켜 갯벌에 의존하는 대규모 생태계에 영향을 미칠 수 있다. 만 또는 강어귀의 물의 유입과 유출을 막으면, 만 또는 강어귀의 세척이 줄어들어 추가적인 탁도(부유 물질)가 발생하고 염분 농도가 낮아져 새와 포유류의 중요한 먹이원이 되는 물고기가 죽을 수 있다. 또한 이동하는 물고기는 산란 하천에 접근할 수 없게 되어 터빈을 통과하려고 시도할 수 있다. 동일한 음향 문제는 조력 방조제에도 적용된다. 해운 접근성 감소는 사회 경제적 문제가 될 수 있지만, 통과를 허용하기 위해 갑문을 추가할 수 있다. 그러나 방조제는 다리 역할을 하여 육지 접근성을 높임으로써 지역 경제를 개선할 수 있다. 또한 잔잔한 물은 만 또는 강어귀에서 더 나은 레크리에이션을 가능하게 할 수 있다.[59] 2004년 8월, 혹등고래가 앤아폴리스 로열 발전소(Annapolis Royal Generating Station)의 열린 수문을 조류가 약할 때 헤엄쳐 들어가 며칠 동안 갇혔다가 결국 애나폴리스 분지(Annapolis Basin)로 빠져나왔다.[60]
환경적인 주요 관심사는 석호로 진입하려는 물고기에 대한 날개 타격, 터빈에서 발생하는 음향 출력, 그리고 퇴적 과정의 변화이다. 하지만 이러한 모든 영향은 국지적이며 전체 강어귀나 만에 영향을 미치지 않는다.[59]
9. 2. 해결 과제
조력 발전은 여러 가지 해결 과제를 안고 있다. 바닷물은 금속 부품에 부식을 일으키기 때문에 조력 발전기는 유지 관리가 어려울 수 있다. 특히 발전기의 크기와 설치 수심 때문에 이러한 문제는 더욱 심각해진다.[61]이러한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.
- 내식성 재료 사용: 스테인리스강, 고(高)니켈 합금, 구리-니켈 합금, 니켈-구리 합금, 티타늄과 같은 내식성 재료를 사용하여 부식 피해를 줄이거나 없앨 수 있다.[61]
- 복합 재료 사용: 복합 재료는 부식되지 않으며, 가볍고 내구성이 뛰어나 조력 발전에 적합한 구조물을 만드는 데 사용될 수 있다.[61][62]
또한, 윤활유와 같은 기계 유체가 누출될 경우 주변 해양 생물에게 해를 끼칠 수 있다. 따라서, 적절한 유지 관리를 통해 환경에 유입되는 유해 화학 물질의 양을 최소화해야 한다.
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