해양 에너지
1. 개요
해양 에너지는 해양의 표면파, 유체 흐름, 염분 농도차 및 열적 차이를 활용하는 에너지로, 조력, 조류, 파력, 해류, 해양 온도차, 염분차 에너지 등으로 분류된다. 이론상 연간 2만~8만 테라와트시(TWh/y)의 전력 생산 잠재력을 가지며, 해상 풍력 발전, 해양 온도차 발전, 파력 발전, 염분차 발전, 해류 발전, 조류·조석력 발전을 포함한다. 해양 에너지 개발은 해양 생물의 충돌 위험, 전자기장 및 수중 소음, 퇴적물 수송 및 수질 변화 등 환경적 영향을 미칠 수 있다.
| 정의 | 바다에서 얻을 수 있는 에너지 |
|---|---|
| 관련 기술 | 조력 발전 파력 발전 해수 온도차 발전 염분차 발전 해류 발전 |
| 조력 발전 | 조수 간만의 차이를 이용한 발전 |
|---|---|
| 파력 발전 | 파도의 움직임을 이용한 발전 |
| 해수 온도차 발전 | 표층수와 심층수의 온도 차이를 이용한 발전 |
| 염분차 발전 | 염분 농도 차이를 이용한 발전 |
| 해류 발전 | 해류의 흐름을 이용한 발전 |
| 높은 잠재력 | 바다는 넓은 면적을 가지고 있으며, 지구의 70%를 덮고 있음 |
|---|---|
| 지속 가능한 에너지원 | 재생 가능 에너지 자원으로, 환경 친화적임 |
| 높은 건설 비용 | 해양 환경에 대한 장비 설치 및 유지 보수 비용이 높음 |
|---|---|
| 해양 환경 조건 | 부식, 파도, 해류 등 해양 환경에 적합한 기술 개발이 필요함 |
| 상용화 어려움 | 기술 개발 및 상용화에 어려움이 있음 |
| 생태계 영향 | 해양 생태계에 미치는 영향에 대한 평가 및 연구가 필요함 |
|---|---|
| 소음 공해 | 발전 시설 운영으로 인한 소음 공해가 발생할 수 있음 |
| 발전 | 전력 생산 |
|---|---|
| 담수화 | 해수 담수화 시설에 에너지 공급 |
| 난방 및 냉방 | 건물 냉난방에 에너지 공급 |
| 기술 개발 | 다양한 해양 에너지 기술 개발 연구 활발 |
|---|---|
| 상용화 노력 | 기술 개발을 통한 상용화 노력 진행 중 |
| 정책적 지원 | 정부 차원의 정책적 지원 확대 추세 |
2. 해양 에너지의 종류
해양은 표면파, 유체 흐름, 염분 농도차 및 열적 차이와 같은 형태로 방대하고 대부분 미개발된 에너지원을 가지고 있다. 해양 에너지는 일반적으로 다음과 같이 6가지로 분류된다.
| 종류 | 잠재량 (연간 발전량) |
|---|---|
| 해상 풍력발전 | 53000TWh |
| 해양온도차발전(OTEC) | 10000TWh |
| 파력발전 | 8000~80000TWh |
| 염분차발전 | 2000TWh |
| 해류발전 | >800TWh |
| 조류·조석력발전 | >300TWh |
이론상의 잠재력은 400만에서 1800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
미국 및 국제 해역에서 해양 및 수력 운동(MHK) 또는 해양 에너지 개발에는 다음 장치를 사용하는 프로젝트가 포함된다.
* 파도가 상당한 개방된 해안 지역의 파력 발전 변환기
* 해안 및 기수 지역에 배치된 조류 터빈
* 빠르게 흐르는 강의 강내 터빈
* 강한 해류 지역의 해류 터빈
* 열대 심해의 해양 열 에너지 변환기
해저에 있는 석유나 천연가스 등의 고갈성 에너지 자원을 가리키기도 한다.
2.1. 조력 에너지
조력발전은 흐르는 물의 움직임에서 에너지를 얻는 방식으로, 수력 발전의 한 형태이다. 조력발전은 조류발전, 조력발전(댐 방식), 동적 조력 발전 세 가지로 나뉜다.
2.1.1. 조류 발전
해양 에너지의 이론상의 잠재력은 400만에서 1800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
| 종류 | 잠재량 (연간 발전량) |
|---|---|
| 해상 풍력발전 | 53000TWh |
| 해양온도차발전(OTEC) | 10000TWh |
| 파력발전 | 8000~80000TWh |
| 염분차발전 | 2000TWh |
| 해류발전 | >800TWh |
| 조류·조석력발전 | >300TWh |
2.1.2. 조력 발전 (댐 방식)
이론상 조력 발전의 잠재력은 400만에서 1800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
해양 에너지는 일반적으로 6가지로 분류되며, 조력 발전(조류·조석력 발전)의 잠재량은 연간 300TWh 이상이다.
2.2. 파력 에너지
이론상의 잠재력은 400만에서 1,800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
태양 에너지는 온도 차이를 만들고, 이는 바람을 생성한다. 바람과 수면의 상호 작용으로 파도가 생성되며, 파도가 형성될 수 있는 거리가 길수록 파도는 더 커진다. 전 세계 바람의 방향 때문에 파력 에너지 잠재력은 남반구와 북반구 모두에서 서해안의 위도 30°~60° 사이에서 가장 크다. 파력 에너지를 기술 유형으로 평가할 때, 가장 일반적인 네 가지 접근 방식인 점흡수 부이, 표면 감쇠기, 진동 수주 및 월파 장치를 구분하는 것이 중요하다.
파력 에너지 부문은 상업적 실현 가능성을 향한 긍정적인 조치를 취하면서, 산업 발전에 있어 중요한 이정표에 도달하고 있다. 더욱 발전된 장치 개발자들은 이제 단일 장치 시험 장치를 넘어 어레이 개발 및 다중 메가와트 프로젝트로 진행하고 있다. 주요 유틸리티 회사들의 지원은 이제 개발 과정 내 파트너십을 통해 나타나고 있으며, 추가 투자와 일부 경우 국제 협력을 가능하게 하고 있다.
단순화된 수준에서 파력 에너지 기술은 연안 및 외해에 위치할 수 있다. 파력 에너지 변환기는 또한 특정 수심 조건(심해, 중간 수심 또는 천해)에서 작동하도록 설계할 수 있다. 기본적인 장치 설계는 장치의 위치와 의도된 자원 특성에 따라 달라진다.
| 8000~80000TWh |
2.3. 해류 에너지
강한 해류는 수온, 바람, 염분, 해저지형, 그리고 지구의 자전의 결합으로 생성된다. 태양은 바람과 온도 차이를 유발하는 주요 원동력으로 작용한다. 해류는 방향 변화 없이 유속과 흐름 위치의 변동이 거의 없기 때문에, 터빈과 같은 에너지 추출 장치를 배치하기에 적합한 장소일 수 있다.
해류는 전 세계 여러 지역의 기후를 결정하는 데 중요한 역할을 한다. 해류 에너지 제거의 영향에 대해서는 거의 알려져 있지 않지만, 원거리 환경에서 해류 에너지를 제거하는 것의 영향은 심각한 환경 문제가 될 수 있다. 블레이드 충돌, 해양 생물의 얽힘, 음향 효과와 같은 일반적인 터빈 문제는 여전히 존재하지만, 해류를 이동 목적으로 이용하는 해양 생물의 다양한 개체군이 존재하기 때문에 이러한 문제가 더욱 심화될 수 있다. 위치가 더 먼 해역에 있을 수 있으므로, 해양 환경에 전자기 출력으로 영향을 미칠 수 있는 더 긴 전력 케이블이 필요할 수 있다.
| 해류발전 | >800TWh |
|---|
2.4. 해양 온도차 에너지
해양 온도차 발전은 물의 온도 차이를 이용하여 에너지를 생산하는 방식이다. 햇빛에 의해 가열되는 표면과 햇빛이 도달하지 않는 깊은 곳의 온도 차이를 이용한다. 이러한 온도차는 열대 해역에서 가장 크기 때문에, 이 기술은 해당 지역의 해수에서 가장 효과적으로 적용될 수 있다. 유체는 종종 증기로 변하여 터빈을 구동하고, 이는 전기를 생산하거나 담수화된 물을 생산할 수 있다. 시스템은 개방형 순환, 폐쇄형 순환 또는 하이브리드일 수 있다.
| 해양온도차발전(OTEC) | 10000TWh |
2.5. 염분차 에너지
이론상 잠재력은 400만에서 1800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
| 용량 (기가와트) | 연간생산 (TW·h) | 형태 |
|---|---|---|
| 20 | 2,000 | 삼투압 발전 |
민물과 바닷물이 섞이는 강 어귀에서는 염분 농도차에 따른 에너지를 압력 지연 역삼투(PRO) 공정 및 관련 변환 기술을 이용하여 활용할 수 있다. 또 다른 시스템은 바닷물에 잠긴 터빈을 통해 담수가 상승하는 것을 이용하는 시스템이며, 전기화학 반응을 포함하는 시스템도 개발 중이다.
1975년부터 1985년까지 압력 지연 역삼투(PRO) 및 RED 발전소의 경제성에 대한 상당한 연구가 진행되었고 다양한 결과가 나왔다. 일본, 이스라엘, 미국과 같은 다른 국가에서도 소규모 염분 발전 생산에 대한 조사가 이루어지고 있다. 유럽에서는 노르웨이와 네덜란드에서 연구가 집중되고 있으며, 두 곳 모두 소규모 파일럿 시스템을 시험하고 있다. 염분 농도차 에너지는 민물과 바닷물 사이의 염분 농도 차이에서 얻을 수 있는 에너지이다. 이 에너지원은 열, 폭포, 바람, 파도 또는 방사선과 같은 형태로 자연에서 직접 발생하지 않기 때문에 이해하기 쉽지 않다.
해양 에너지는 일반적으로 6가지로 분류되는데, 그중 염분차 발전의 잠재량(연간 발전량)은 2000TWh이다.
3. 해양 에너지의 잠재력
이론상의 잠재력은 400만에서 1800만 석유환산톤(ToE)과 맞먹는다.
해양 온도, 염분, 조류, 해류, 파랑 및 너울의 변화를 통해 연간 2만~8만 테라와트시(TWh/y)의 전력 생산 잠재력이 있다.
인도네시아는 4분의 3이 바다인 군도 국가로서 인정받는 해양 에너지 잠재력은 49GW이고 이론적인 잠재력은 727GW이다. 해양 에너지는 일반적으로 다음 6가지로 분류된다.
| 종류 | 잠재량(연간 발전량) |
|---|---|
| 해상풍력발전 | 53000TWh |
| 해양온도차발전(OTEC) | 10000TWh |
| 파력발전 | 8000~80000TWh |
| 염분차발전 | 2000TWh |
| 해류발전 | >800TWh |
| 조류·조석력발전 | >300TWh |
4. 해양 에너지 개발의 환경적 영향
해양 에너지 개발과 관련된 일반적인 환경적 우려 사항은 다음과 같다.
* 조류 터빈 날개에 해양 포유류와 어류가 충돌할 위험
* 해양 에너지 장치 작동으로 전자기장 및 수중 소음이 발생하여 생기는 영향
* 해양 에너지 프로젝트의 물리적 존재 및 해양 포유류, 어류, 해조류의 행동 변화(유인 또는 회피)에 대한 잠재적 영향
* 퇴적물 수송 및 수질 등 근거리 및 원거리 해양 환경 및 과정에 대한 잠재적 영향
테티스 데이터베이스는 해양 에너지의 잠재적 환경 영향에 대한 과학 문헌과 일반 정보에 대한 접근을 제공한다.
5. 대한민국 해양 에너지 개발 현황 및 전망
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