파력 발전

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1. 개요

파력 발전은 해양 파도의 에너지를 전기로 변환하는 기술로, 1799년 최초의 특허 출원 이후 다양한 방식으로 연구되어 왔다. 파력 발전 장치는 위치, 방식, 동력 인출 시스템에 따라 분류되며, 점 흡수식, 감쇠식, 진동 수주식, 월파식 등이 주요 방식이다. 파력 발전은 재생 에너지원으로서 온실가스 배출 감소에 기여할 수 있지만, 전자기장 및 수중 소음 발생, 해양 생물 행동 변화, 퇴적물 이동 등 환경적 영향을 미칠 수 있으며, 기술적 및 경제적 과제도 존재한다. 파력 발전의 이론적 잠재력은 매우 크며, 특히 유럽 서부 해안, 북미 및 남미의 태평양 연안 등에서 높게 평가된다. 파력 발전소는 여러 파력 에너지 장치를 모아 놓은 집합체로, 높은 전력 생산량과 낮은 비용을 목표로 설계된다.

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파력 발전
개요
펠라미스 P2 파력 변환기
유형	재생 가능 에너지
에너지원	파도
파력 발전
설명	바다 표면파 또는 해양파에서 에너지를 포착하여 유용한 작업 (예: 전기, 담수화, 물 펌핑)을 수행하는 것
기술
설명	파력 발전 기술은 아직 상업적으로 널리 사용되지는 않지만, 큰 잠재력을 가지고 있음
초기 시도	1890년경 프랑스에서 수력 발전소를 건설하려는 시도가 있었음
연구	이 분야에 대한 연구는 1970년대 석유 위기 이후 더욱 활발해짐
접근 방식
위치 기반 분류	해안선, 근해 및 원해 위치
작동 방식 분류	다양한 방법으로 파도의 에너지를 활용
장치 유형
감쇠기	파도의 움직임에 따라 굽혀지는 여러 개의 떠다니는 물체로 구성
진동 수주	부분적으로 잠긴 중공 구조물을 사용하여 파도의 움직임을 통해 공기를 압축하여 터빈을 구동
과도 포화 장치	파도가 장치 위로 넘쳐 흐르도록 하여 저수지에 물을 가두고, 이 물이 터빈을 통해 흘러 전기를 생산
잠수식 압력 차	해저에 위치하며, 파도가 지나갈 때 발생하는 압력 변화를 이용하여 유체를 펌핑하여 육상 터빈을 구동
장점 및 단점
장점	재생 가능 에너지원 환경 친화적 예측 가능성 (파도는 태양 에너지나 풍력 에너지보다 예측 가능성이 높음)
단점	높은 초기 비용 기술적 어려움 환경적 영향 (해양 생태계에 미치는 영향)
파력 발전의 미래
전망	기술 개발과 비용 절감을 통해 미래 에너지 공급에 기여할 수 있는 잠재력을 가지고 있음
연구 개발	효율성 향상, 비용 절감 및 환경 영향 최소화를 위한 연구가 지속적으로 진행 중

2. 역사

파력 에너지를 활용하려는 시도는 18세기 말부터 있었다. 1940년대 마스다 요시오에 의해 현대적인 파력 에너지 연구가 개척되었다.

1973년 석유 파동 이후, 영국, 노르웨이, 스웨덴 등 여러 국가에서 파력 에너지 개발에 관심을 보였다. 스티븐 설터, 요하네스 팔네스 등 여러 연구자들이 파력 에너지 추출 기술을 연구했다. 1980년대에는 유가 하락으로 연구 자금이 줄었지만, 기후 변화로 인해 다시 관심이 높아졌다.

2003년 스코틀랜드 오크니 제도에 세계 최초의 파력 에너지 테스트 시설이 설립되었고, 이후 여러 국가에서 테스트 시설이 만들어졌다. 2010년대에도 EU, 미국, 영국 등에서 연구 개발 자금을 지원하며, 민간 투자와 함께 여러 파력 에너지 프로젝트가 진행 중이다.

2. 1. 초기 역사

1799년, 피에르시몽 지라르와 그의 아들이 파리에서 해양 파력으로부터 에너지를 추출하는 최초의 특허를 출원했다.^[8] 1910년경 로얀에서 보쇼-프라세크가 자신의 집에 전력을 공급하기 위한 초기 파력 장치를 제작했다.^[9] 이것은 최초의 진동 수주형 파력 발전 장치였던 것으로 보인다.^[10] 1855년부터 1973년까지 영국에서만 340건의 파력 에너지 관련 특허가 출원되었다.^[8]

2. 2. 현대 연구

마스다 요시오가 1940년대에 다양한 파력 에너지 개념을 실험하면서 현대적인 파력 에너지 연구가 시작되었다.^[11] 그는 항해등에 전력을 공급하는 장치를 개발했는데, 이 중에는 1950년대에 제안한 관절 부위의 각운동으로부터 전력을 추출하는 개념도 있었다.^[12]

1973년 석유 파동으로 인해 영국, 노르웨이, 스웨덴 등 여러 국가에서 파력 에너지 개발에 다시 관심을 가지게 되었다.^[3] 스티븐 설터, 요하네스 팔네스, 셸 부달, 마이클 E. 매코믹, 데이비드 에반스, 마이클 프렌치, 닉 뉴먼, C. C. 메이 등 여러 연구자들이 파력 에너지 추출 기술을 개발했다.

스티븐 설터가 1974년에 발명한 설터의 덕은 "고개 끄덕이는 오리"라고도 불리며, 소규모 실험에서 파도의 90%를 멈추고 그 중 90%를 전기로 변환하여 81%의 효율을 보였다.^[13] 1980년대에는 유가 하락으로 파력 에너지 연구 자금이 줄었지만, 기후 변화 문제로 인해 다시 관심이 증가했다.^[14]^[3]

2003년 스코틀랜드 오크니 제도에 세계 최초의 파력 에너지 테스트 시설이 설립되어 파력 및 조력 에너지 산업 개발이 시작되었다. 유럽 해양 에너지 센터(EMEC)는 다른 어떤 곳보다 많은 파력 및 조력 에너지 장치 배치를 지원했다.^[15] 이후 세계 여러 국가에서 테스트 시설이 설립되었다.^[16]

2010년대에도 EU, 미국, 영국 등 많은 국가에서 파력 에너지 연구 개발 자금을 계속 지원하고 있으며, 민간 자금과 함께 다수의 파력 에너지 프로젝트가 진행 중이다(파력 발전 프로젝트 목록 참조).^[19]^[20]^[21]^[22]^[23]

2. 3. 대한민국

1911년, 히로이 이사무가 공기 터빈 방식의 파력 발전 실험을 진행했으나 실패했다.^[76] 1964년 항로 표지 부이용 전원으로 파력 발전에 성공했지만, 실용화되지는 못했다.^[77]

1987년, 문부과학성의 해양과학기술센터가 국제 에너지 기구(IEA)의 협동 연구로 부유식 파력 발전 장치 "해명"(설비 정격 1000kW)을 개발했지만, 발전 비용이 18.4JPY/kWh로 사업성이 부족했다.

2000년대 이후 야마가타현 사카타항 북방파제나 지바현 산무군 구주쿠리정 카타카이에서 정지식 파력 발전 시험이 진행되었다. 홋카이도에서는 무로란 공업대학과 히타치조선의 합동으로 연구가 진행되어, 무로란항 및 야키시리섬 연안에 진자식 정지형 파력 발전 실험 장치가 설치되었다. 마시케정에 실용 시험기가 설치되었지만, 실험 기간 만료 후 종료되었다.^[78]^[79]^[80]

2010년대 이후 미쓰이 조선 등이 소형, 고효율 파력 발전 시스템 개발 및 실증 사업을 진행했으나,^[82] 여전히 비용 문제가 과제로 남아있다.^[83]

3. 파력 발전의 원리

파력 발전은 파도의 운동 에너지, 위치 에너지, 압력 변화 등을 이용하여 전기를 생산한다. 대부분의 유체 운동과 마찬가지로, 해양 파도와 에너지 변환기 사이의 상호 작용은 비압축성 나비에-스토크스 방정식을 사용하여 설명되는 고차 비선형 현상이다.

하지만 일반적인 조건에서 파도의 움직임은 에어리 파동 이론으로 설명할 수 있다. 에어리 파동 이론은 다음 세 가지 가정을 따른다.

유체 운동은 대략 비회전이다.
수면에서 압력은 대략 일정하다.
해저 깊이는 대략 일정하다.

해상 상태에서, 수면의 중력파의 단위 면적당 평균 에너지 밀도는 선형 파동 이론에 따라 파고의 제곱에 비례한다.^[1]^[33]

:

E=\frac{1}{16}\rho g H_{m0}^2,

^[34]^[35]

여기서 ''E''는 단위 수평 면적당 평균 파동 에너지 밀도(J/m²)이며, 단위 수평 면적당 운동 에너지와 위치 에너지 밀도의 합이다. 위치 에너지 밀도는 운동 에너지와 같으며,^[1] 두 에너지는 파동 에너지 밀도 ''E''에 각각 절반씩 기여한다.

파도는 표면에서 전파되며, 파봉은 위상 속도로 이동하는 반면 에너지는 군 속도로 수평적으로 수송된다. 파봉과 평행한 단위 폭의 수직 평면을 통한 파동 에너지의 평균 수송률은 에너지 플럭스 (또는 파력)이며, 다음과 같다.^[36]^[1]

:

P = E\, c_g,

여기서 ''c_g''는 군 속도(m/s)이다.

파고는 풍속, 바람이 부는 시간, 바람이 파도를 일으키는 거리 및 수심 측량에 의해 결정된다. 일반적으로 더 큰 파도가 더 강력하지만 파력은 파장, 물의 밀도, 수심 및 중력 가속도에 의해 결정된다.

면적당 에너지량은 태양광의 2~3배, 풍력의 0.5~0.6배이다. 설치 장소, 발전 설비 유형은 자연 환경, 기상에 따라 변동이 있으며, 풍력 등과 비교하여 파도의 상황을 예측하기 쉽고 발전량 전망을 세우기 쉽다고 알려져 있다.

3. 1. 파동 이론

]]'''A''' = 깊은 물. 원운동의 크기는 표면 아래로 깊이가 깊어질수록 기하급수적으로 감소한다.

'''B''' = 얕은 물(해저가 이제 B에 있음). 유체 입자의 타원 운동은 깊이가 얕아질수록 평평해진다.

'''1''' = 전파 방향.

'''2''' = 파도 마루.

'''3''' = 파도 골.]]

파동 운동은 해수면에서 가장 높고 깊이에 따라 지수적으로 감소한다. 그러나 반사 해안 근처의 정상파(클라포티스)의 경우, 파동 에너지는 깊은 곳의 압력 진동으로도 존재하여 미세 지진을 발생시킨다.^[1]

에어리 파동의 거동은 두 가지 영역으로 나뉜다. 파장 길이의 절반보다 깊은 물(깊은 물)과 수심의 약 20배보다 큰 파장을 가진 얕은 물이다. 깊은 물의 파동은 분산적이며, 군속도는 위상 속도의 절반이다. 얕은 물의 파동은 비분산적이며, 군속도는 위상 속도와 같다.^[1]^[25]^[33]

다음 표는 다양한 영역에서 파동의 거동을 요약한 것이다.

깊은 물, 얕은 물 또는 중간 깊이의 해수면의 에어리 중력파
양	기호	단위	깊은 물 (h > λ)	얕은 물 (h < 0.05 λ)	중간 깊이 (모든 λ 및 h)
위상 속도	$c_p=\frac{\lambda}{T}=\frac{\omega}{k}$	m/s	$\frac{g}{2\pi} T$	$\sqrt{g h}$	$\sqrt{\frac{g\lambda}{2\pi}\tanh\left(\frac{2\pi h}{\lambda}\right)}$
군속도^[26]	$c_g= c_p^2 \frac{\partial\left(\lambda/c_p\right)}{\partial\lambda}=\frac{\partial\omega}{\partial k}$	m/s	$\frac{g}{4\pi} T$	$\sqrt{g h}$	$\frac{1}{2} c_p \left( 1 + \frac{4\pi h}{\lambda}\frac{1}{\sinh\left( \frac{4\pi h}{\lambda}\right)} \right)$
비율	$\frac{c_g}{c_p}$	–	$\frac{1}{2}$	$1$	$\frac{1}{2} \left( 1 + \frac{4\pi h}{\lambda}\frac{1}{\sinh\left( \frac{4\pi h}{\lambda}\right)} \right)$
파장	$\lambda$	m	$\frac{g}{2\pi} T^2$	$T \sqrt{g h}$	주어진 주기 T에 대한 해: $\left(\frac{2\pi}{T}\right)^2=\frac{2\pi g}{\lambda}\tanh\left(\frac{2\pi h}{\lambda}\right)$
일반
파동 에너지 밀도	$E$	J/m²	$\frac{1}{16} \rho g H_{m0}^2$
파동 에너지 플럭스	$P$	W/m	$E\;c_g$
각 주파수	$\omega$	rad/s	$\frac{2\pi}{T}$
파수	$k$	rad/m	$\frac{2\pi}{\lambda}$

해상 상태에서, 수면의 중력파의 단위 면적당 평균 에너지 밀도는 선형 파동 이론에 따라 파고의 제곱에 비례한다.^[1]^[33]

: $E=\frac{1}{16}\rho g H_{m0}^2,$ ^[34]^[35]

여기서 ''E''는 단위 수평 면적당 평균 파동 에너지 밀도(J/m²)이며, 단위 수평 면적당 운동 에너지와 위치 에너지 밀도의 합이다. 위치 에너지 밀도는 운동 에너지와 같으며,^[1] 두 에너지는 파동 에너지 밀도 ''E''에 각각 절반씩 기여한다.

파도는 표면에서 전파되며, 파봉은 위상 속도로 이동하는 반면 에너지는 군 속도로 수평적으로 수송된다. 파봉과 평행한 단위 폭의 수직 평면을 통한 파동 에너지의 평균 수송률은 에너지 플럭스 (또는 파력)이며, 다음과 같다.^[36]^[1]

: $P = E\, c_g,$ 여기서 ''c_g''는 군 속도(m/s)이다.

파고는 풍속, 바람이 부는 시간, 펜치(바람이 파도를 일으키는 거리) 및 수심 측량에 의해 결정된다. 일반적으로 더 큰 파도가 더 강력하지만 파력은 파장, 물의 밀도, 수심 및 중력 가속도에 의해 결정된다.

3. 2. 파력 공식

수심이 파장의 절반보다 큰 깊은 물에서, 에너지 흐름은 다음과 같다.^[28]

:

P = \frac{\rho g^2}{64\pi} H_{m0}^2 T_e \approx \left(0.5 \frac{\text{kW}}{\text{m}^3 \cdot \text{s}} \right) H_{m0}^2\; T_e,

여기서 ''P''는 파랑 마루 길이 단위당 파랑 에너지 흐름, ''H''_''m0''는 유의 파고, ''T''_''e''는 파랑 에너지 주기, ''ρ''는 물의 밀도, ''g''는 중력이다. 위의 공식은 파력은 파랑 에너지 주기와 파고의 제곱에 비례한다는 것을 나타낸다. 유의 파고가 미터 단위로, 파랑 주기가 초 단위로 주어지면, 결과는 파면 길이 미터당 킬로와트(kW) 단위의 파력이 된다.^[29]^[30]^[31]^[32]

예를 들어, 해안에서 몇 킬로미터 떨어진 깊은 물에서 보통의 해양 너울을 고려해 보자. 파고는 3m이고 에너지 주기는 8초이다. 전력을 구하면 다음과 같다.

:

P \approx 0.5 \frac{\text{kW}}{\text{m}^3 \cdot \text{s}} (3 \cdot \text{m})^2 (8 \cdot \text{s}) \approx 36 \frac{\text{kW}}{\text{m}},

이는 파랑 마루 미터당 36킬로와트의 전력 잠재력을 갖는다는 것을 의미한다.

주요 폭풍에서, 가장 큰 해상 상태는 유의 파고가 약 15미터이고 에너지 주기가 약 15초이다. 위의 공식에 따르면, 그러한 파도는 각 파면 미터당 약 1.7MW의 전력을 전달한다.

3. 3. 에너지 및 에너지 플럭스

수심이 파장의 절반보다 큰 깊은 물에서, 에너지 흐름은 다음과 같다.^[28]

:

여기서 ''P''는 파랑 마루 길이 단위당 파랑 에너지 흐름, ''H''_''m''0는 유의 파고, ''T''_''e''는 파랑 에너지 주기, ''ρ''는 물의 밀도, ''g''는 중력이다. 위의 공식은 파력은 파랑 에너지 주기와 파고의 제곱에 비례한다는 것을 나타낸다. 유의 파고가 미터 단위로, 파랑 주기가 초 단위로 주어지면, 결과는 파면 길이 미터당 킬로와트(kW) 단위의 파력이 된다.^[29]^[30]^[31]^[32]

예를 들어, 해안에서 몇 킬로미터 떨어진 깊은 물에서 보통의 해양 너울을 고려해 보자. 파고는 3m이고 에너지 주기는 8초이다. 전력을 구하면

:

또는 파랑 마루 미터당 36킬로와트의 전력 잠재력을 갖는다.

주요 폭풍에서, 가장 큰 해상 상태는 유의 파고가 약 15미터이고 에너지 주기가 약 15초이다. 위의 공식에 따르면, 그러한 파도는 각 파면 미터당 약 1.7MW의 전력을 전달한다.

효율적인 파력 장치는 파랑 에너지 흐름의 상당 부분을 포착한다. 결과적으로, 파고는 장치 뒤쪽 영역에서 감소한다.

해상 상태에서, 수면의 중력파의 단위 면적당 평균 에너지 밀도는 선형 파동 이론에 따라 파고의 제곱에 비례한다.^[1]^[33]

: ^[34]^[35]

여기서 ''E''는 단위 수평 면적당 평균 파동 에너지 밀도(J/m²)이며, 단위 수평 면적당 운동 에너지와 위치 에너지 밀도의 합이다. 위치 에너지 밀도는 운동 에너지와 같으며,^[1] 두 에너지는 파동 에너지 밀도 ''E''에 각각 절반씩 기여하며, 이는 등분배 정리로부터 예상할 수 있다.

파동은 표면에서 전파되며, 파봉은 위상 속도로 이동하는 반면 에너지는 군 속도로 수평적으로 수송된다. 파봉과 평행한 단위 폭의 수직 평면을 통한 파동 에너지의 평균 수송률은 에너지 플럭스 (또는 파력, 장치에서 생성된 출력과 혼동하지 않도록 주의)이며, 다음과 같다:^[36]^[1]

:

여기서 ''c''_g''는 군 속도(m/s)이다.

중력 하의 파동에 대한 분산 관계로 인해, 군 속도는 파장 ''λ'' 또는 등가적으로 파동의 주기 ''T''에 따라 달라진다.

파고는 풍속, 바람이 부는 시간, 펜치(바람이 파도를 일으키는 거리) 및 수심 측량 (파도의 에너지를 집중시키거나 분산시킬 수 있음)에 의해 결정된다. 주어진 풍속은 시간이나 거리가 파도 크기를 증가시키지 않는 일치하는 실제 한계를 갖는다. 이 한계에서 파도는 "완전히 발달"되었다고 한다. 일반적으로 더 큰 파도가 더 강력하지만 파력은 또한 파장, 물의 밀도, 수심 및 중력 가속도에 의해 결정된다.

4. 파력 발전 장치 종류

파력 발전 장치(WEC)는 방식, 위치, 동력 인출 시스템에 따라 분류된다. 위치는 해안선, 근해, 원해로 나뉜다. 동력 인출 방식에는 유압 램, 탄성 호스 펌프, 펌프-투-쇼어, 수력 터빈, 공기 터빈,^[37] 선형 전기 발전기가 있다.

일반적인 파력 발전 개념: 1. 점 흡수기, 2. 감쇠기, 3. 진동 파동 서지 변환기, 4. 진동 수주, 5. 월파 장치, 6. 잠수 압력 차, 7. 공중 부유 변환기

파력에서 전력 또는 직접 사용 측면에서 유용한 에너지로의 다양한 변환 경로

대표적인 파력 발전 방식은 다음과 같다.

방식	설명
점 흡수 부이	부유체를 사용하여 파도의 상하 운동 에너지를 흡수한다.
표면 감쇠기	여러 개의 부유체를 연결하여 파도의 굴곡 운동 에너지를 이용한다.
진동 수주	파도에 의해 공기실 내부 수면이 상하 운동하며 발생하는 공기 흐름으로 터빈을 구동한다.
월파 장치	파도를 저수지로 유입시켜 위치 에너지를 활용한다.

4. 1. 주요 방식

파력 발전의 주요 방식은 다음과 같다.

점 흡수식 (Point Absorber Buoy): 부유체를 사용하여 파도의 상하 운동 에너지를 흡수한다. 부이는 선형 발전기, 기계적 선형-회전 변환기에 의해 구동되는 발전기, 또는 유압 펌프를 통해 전기를 생산한다. 코어파워 오션이 개발한 장치는 네거티브 스프링을 사용하여 성능을 향상시키고 큰 파도로부터 부이를 보호하며, 조수 상태와 관계없이 부이를 해저에서 고정된 거리에 유지하는 내부 공압 실린더가 있다. 2024년 테스트에서 위상 조정을 하지 않은 부이에 비해 발전량이 300%(600kW) 증가했다.^[42]

표면 감쇠식 (Surface Attenuator): 여러 개의 부유체를 연결하여 파도의 굴곡 운동 에너지를 이용한다. 부유체들은 입사파에 수직으로 배치되며, 굴곡 운동은 유압 펌프를 구동하여 전기를 생산한다. 펠라미스 파력 발전 장치(Pelamis Wave Energy Converter)가 대표적이었으나, 현재는 개발이 중단되었다.^[43]

진동 수주식 (Oscillating Water Column): 파도에 의해 공기실 내부 수면이 상하 운동하며 발생하는 공기 흐름으로 터빈을 구동한다. 육상 또는 해상에 설치 가능하며, 공기가 터빈을 통과할 때 소음이 발생하여 주변 해양 생물에 영향을 줄 수 있고, 해양 생물이 공기실 내부에 갇힐 수 있다.^[41]

월파식 (Overtopping Device): 파도를 저수지로 유입시켜 위치 에너지를 활용한다. 저수지 높이의 위치 에너지는 저낙차 터빈으로 포착되며, 육상 또는 해상에 설치할 수 있다.

잠수 압력차식 (Submerged Pressure Differential): 파도 아래 서로 다른 위치에서의 압력 차이를 이용하여 유체 흐름을 생성하고 터빈을 구동한다. 유연한 멤브레인을 사용하여 파력 에너지를 추출하며, 이 멤브레인은 파도와의 결합을 강화하고 극한 조건에서 과도한 부하를 막는다.

공중 부유 변환기 (Floating In-air Converters): 수면 위에 설치되어 유지 보수가 용이하며, 다양한 방식으로 파력 에너지를 활용한다. 예시로는 슬로싱 수(sloshing water)를 포함하는 격실의 터빈을 사용한 롤 댐핑 에너지 추출 시스템, 수평축 및 수직축 진자 시스템이 있다.

자이로 방식: 파도의 상하 운동을 자이로를 이용하여 회전 운동으로 변환한다. 기존 터빈 방식보다 2배 이상의 효율을 기대할 수 있다.^[70]

진자 방식: 해면 아래의 정상파를 이용하여 진자를 구동하고 유압 펌프를 통해 발전한다. 해면의 파도가 거칠더라도 안정적인 파동을 얻을 수 있다.^[70]

진동 수주형 공기 터빈 방식: 잠수부 일부가 개방된 공기실을 수중에 설치하고, 파도로 인해 공기실 내 수면이 상하로 움직이며, 상부 공기구에 설치된 공기 터빈이 회전한다. 웰스 터빈이 사용된다.^[70]

가동 물체형: 터빈을 사용하지 않고 파도 에너지를 진자의 운동 에너지로 변환하여 유압 모터를 회전시켜 발전한다.

4. 2. 위치

파력 발전 장치(WEC)는 방식, 위치 및 동력 인출 시스템에 따라 분류된다. 위치는 해안선, 근해 및 원해로 나뉜다.^[37] 동력 인출 방식에는 유압 램, 탄성 호스 펌프, 펌프-투-쇼어, 수력 터빈, 공기 터빈, 선형 전기 발전기가 있다.

4. 3. 동력 인출 방식

파력 발전 장치(WEC)는 일반적으로 방식, 위치 및 동력 인출 시스템에 따라 분류된다. 위치는 해안선, 근해 및 원해로 나뉜다. 동력 인출 방식에는 유압 램, 탄성 호스 펌프, 펌프-투-쇼어, 수력 터빈, 공기 터빈,^[37] 및 선형 전기 발전기가 있다.

5. 환경 영향

해양 에너지는 환경에 다양한 영향을 미칠 수 있다. 테티스 데이터베이스에서 관련 과학 문헌과 일반 정보를 찾아볼 수 있다.^[49] 파력 발전은 휴식 장소의 잠재적 파괴 등의 환경 문제를 일으킬 수 있다.

5. 1. 부정적 영향

파력 발전을 포함한 해양 에너지와 관련된 일반적인 환경 문제는 다음과 같다.

전자기장 및 수중 소음 발생으로 인해 해양 생물에게 영향을 줄 수 있다.^[49]
해양 포유류, 어류 및 바닷새의 행동 변화, 얽힘 등을 유발할 수 있다.^[49]
퇴적물 이동 및 수질 변화와 같은 해양 과정에 영향을 줄 수 있다.^[49]
기초/계류 시스템은 저서생물의 서식지를 파괴하거나 얽힘/갇힘 현상을 유발할 수 있다.^[49]
해저 전력 케이블에서 기전력 효과가 발생할 수 있다.^[49]
선박과의 충돌 위험이 존재한다.^[49]
고정 설치물 근처에서 인공 암초가 축적되는 현상이 나타날 수 있다.^[49]

6. 과제 및 잠재력

파력 발전의 전 세계 이론적 잠재력은 이상으로 추정된다.^[50] 잠재력이 높은 지역은 유럽 서부 해안, 영국 북부 해안, 북미 및 남미의 태평양 연안, 남아프리카, 호주, 뉴질랜드 등이다. 북반구와 남반구의 온대 지역은 편서풍이 겨울에 가장 강하게 불어 파력 발전에 유리하다.

국립 재생 에너지 연구소(NREL)의 추정에 따르면, 미국의 연간 파력 에너지 잠재력은 1170TWh로, 미국 전체 전력 소비량의 약 1/3에 해당한다.^[51] 이 중 알래스카 해안선이 차지하는 비중이 약 50%이다.

하지만 기술적, 경제적 잠재력은 이론적 잠재력보다 낮을 수 있다.^[52]^[53] 상업용 파력 발전 장치의 성공 사례는 많지 않다. 예를 들어, 2019년 스웨덴의 Seabased Industries AB는 재정적 어려움으로 청산되었다.^[57]

6. 1. 과제

파력 발전은 여러 과제를 안고 있다. 우선, 해수 부식, 혹독한 기상 조건, 극심한 파력 등에 견딜 수 있는 내구성을 확보해야 한다.^[59] 또한 파도의 불규칙성으로 인해 발전량이 변동하므로, 이를 극복하기 위한 기술 개발이 필요하다.^[60]^[61]

환경적인 문제도 제기되고 있다.^[31]^[54] 파력 발전 시설은 해양 생태계에 영향을 줄 수 있으며, 어업 및 해상 교통과 갈등을 일으킬 수 있다.^[55] 또한, 전력망 연결 등 지원 인프라 구축도 필요하다.^[56]

경제적인 측면에서도 어려움이 있다. 초기 설치 비용과 유지 보수 비용이 높으며, 상업적으로 성공한 사례도 드물다. 1987년 국제 에너지 기구(IEA)의 협동 연구로 진행된 부유식 파력 발전 장치 "해명"의 발전 비용은 1 kWh 당 18.4엔으로, 사업성이 없었다. 이후에도 파력 발전은 태양광 발전이나 풍력 발전에 비해 저비용화에 어려움을 겪고 있다. 2017년 영국의 연구에서도 상업화 실현은 멀다고 결론지어졌다. Wave Energy Technology사는 발전 비용을 1 kWh 당 0.1~0.5엔으로 보고 있지만, 다른 재생에너지나 화력 발전에 비해 경쟁력이 떨어진다고 여겨진다.

6. 2. 잠재력

파력 발전은 전 세계적으로 이상의 이론적 잠재력을 가지고 있는 것으로 추정된다.^[50] 파력 발전 잠재력이 높은 지역으로는 유럽 서부 해안, 영국 북부 해안, 북미 및 남미의 태평양 연안, 남아프리카, 호주, 뉴질랜드 등이 있다. 북반구와 남반구의 온대 지역은 파력 발전을 하기에 가장 좋은 곳이다. 이 지역에서 우세한 편서풍은 겨울에 가장 강하게 분다.

국립 재생 에너지 연구소(NREL)는 여러 국가의 이론적 파력 에너지 잠재력을 추정했다. 미국은 연간 1170TWh, 즉 미국 전체 전력 소비량의 거의 1/3에 해당하는 잠재력을 가진 것으로 추정했다.^[51] 알래스카 해안선이 전체의 약 50%를 차지했다.

기술적 및 경제적 잠재력은 이론적 잠재력에 주어진 값보다 낮을 것이다.^[52]^[53]

7. 파력 발전소 (Wave Farm)

파력 발전소(파력 발전 단지 또는 파력 에너지 공원)는 여러 파력 에너지 장치를 모아 놓은 집합체이다. 파력 발전 장치들은 기기 수, 간격 및 배치, 파랑 환경, 해안 및 저층 지형, 제어 전략에 따라 수력학적 및 전기적으로 상호 작용한다. 설계 과정은 높은 전력 생산량, 낮은 비용, 제한된 전력 변동을 추구하는 다중 최적화 문제이다.^[63] 연안 파력 발전소는 해변 역학에 상당한 영향을 미친다. 예를 들어, 파력 발전소는 침식을 크게 줄여 해안 보호와 에너지 생산 간의 시너지 효과를 통해 파력 에너지의 경제적 생존 가능성을 향상시킨다.^[64] 추가 연구에 따르면 석호 근처에 위치한 파력 발전소는 해양 공간 계획 동안 효과적인 해안 보호를 잠재적으로 제공할 수 있다.^[65]

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