해양에너지의 개념과 특징, 그리고 국내외 현황

해양에너지의 이용

 

해양에너지는 지구 표면의 70% 이상을 차지하고 있는 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 현재 에너지를 생산하는 방식은 대표적으로 조력·파력·조류·온도차 발전 등이 있습니다.

 

조력발전은 조수간만의 차를 동력원으로 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술로 일정 중량의 부체가 받는 부력을 이용하는 부체식, 조위의 상승하강에 따라 밀실에 공기를 압축시키는 압축공기식, 그리고 방조제를 축조하여 해수저수지 즉, 조지를 조성하여 발전하는 조지식으로 나눌 수 있으며 현재 실용화된 발전방식은 조지식 발전이 일반적이라고 할 수 있습니다. 또한 평균 조차가 3m이상이고 해저의 지반이 강고하며 에너지 수요처와 근거리에 입지가 가능합니다.

 

두 번째로 파력발전은 파도의 상하운동 에너지를 이용해서 동력을 얻어 발전하는 방법으로 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형 방식으로 나눌 수 있습니다. 입지조건은 자원량이 풍부한 연안에 육지에서 거리가 30km 미만, 수심 300m 미만의 항만이어야 하며, 항해/항만 기능에 방해가 되지 않아야 합니다.

 

조류발전은 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술로 조류의 2m/s 이상인 곳과 조류흐름의 특징이 분명한 곳에 입지가 가능합니다.

 

마지막으로 온도차발전은 해양 표층수(25∼30℃)와 심해 500∼1000m정도의 심층수(5∼7℃)와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술로 입지조건은 연중 표·심층수와 온도차가 17℃ 이상인 기간이 많아야 하며 어업 및 선박 항행에 방해되지 않아야 합니다.

 

 

□ 특징

해양은 앞서 이야기한 것과 같이 지구 표면의 70%를 차지하고 있기 때문에 기후변화 및 자원고갈 문제를 극복할 수 있는 유망한 형태의 에너지원으로 각광받고 있으며, 해양에너지 자원은 고갈될 염려가 전혀 없고, 일단 개발되면 태양계가 존속하는 한 이용이 가능하고 오염 문제가 없는 무공해 청정에너지라는 장점을 가지고 있습니다. 특히 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 해양에너지 부존자원이 풍부하여 ‘00년부터 해양에너지 기술개발에 착수해왔습니다. 다만, 현재는 조력발전 외에는 상용화된 해양에너지가 없으며, 선진국과의 기술수준 격차도 존재합니다.

 

발전 방식별로 특징을 살펴보면 조력발전의 경우 날씨나 계절에 상관없이 에너지 공급량이 규칙적이고 대규모 전력 생산이 가능하다는 장점이 있지만 높은 투자비용과 해양생태계를 파괴한다는 단점이 있습니다.

 

파력발전은 환경오염이 없고 지속적으로 사용 가능하다는 장점이 있지만 투자비용에 비해 발전 효율이 낮다는 단점이 있으며 조류발전은 조력발전과 달리 방파제를 건설할 필요가 없어 비용이 절감되는 효과가 있지만 조차보다 조류가 빠른 곳에 설치가 가능하여 입지 조건이 까다롭다는 단점이 있습니다.

 

온도차 발전은 에너지 공급원이 무한하며 예측이 가능하여 계획적인 발전이 가능하다는 장점이 있지만 전력 생산 효율이 낮고 미생물로 인한 오염에 취약하다는 것이 단점으로 꼽힙니다.

 

 

□ 국내 해양에너지 시장 현황

해양에너지 보급 전망

국내 해양에너지 시장 초기에는 조력발전에 의한 주도가 예상되며, 중장기적으로 조류발전과 파력발전으로 확대되어 한국과학기술한림원의 연구보고서에 따르면 오는 2020년 해양에너지 총 설치용량이 1.9GW, 2030년에는 3.2GW에 이를 것으로 전망하고 있습니다. 또한 제 4차 신재생에너지 기본계획에 따라 해양에너지는 2025년 신재생에너지 전체의 1.6% 보급을 목표로 하고 있습니다.

 

현재 민간과 공공부문에서 추진 중인 해양에너지 개발은 조력과 조류 분야이며 우리나라 서해안과 남해안은 굴곡이 심한 리아스식 해안으로 크고 작은 만이 발달하고 조위차(연속적인 간조와 만조의 차)가 커서 조력과 조류발전의 적지로 꼽히고 있습니다.

 

국내 해양에너지 중에서는 조력발전이 가장 먼저 상용화되었으며 2010년 완공된 시화조력발전소는 시화만에 농, 공업용지 및 휴식 공간 조성을 목적으로 시화방조제를 구축해 담수호를 조성할 계획이었으나 수질문제로 담수호 계획을 포기하고 해수호로 유지하기로 한 이후 수질개선을 목적으로 추진되었습니다. 이외 조력발전의 주요 후보지로는 가로림, 강화, 인천, 천수만 등의 지역이 검토 중이며 조류발전은 인천, 진도, 장죽수도 등에서 대규모 발전단지 건설이 검토되고 있습니다.

 

파력발전은 현재 국내의 경우 연안역과 외해역 모두를 포함하는 파력에너지 가용 잠재량이 10.3GW이고 광력 파랑 에너지 밀도는 계절별, 해역별로 차이가 크지만 일반적으로 겨울철의 파랑에너지 밀도가 상대적으로 높습니다. 파력발전 기술은 아직 상용화 단계까지 도달하지 못했으나 진동수주형 용수 시험파력발전소가 건설되는 등 파력을 활용한 에너지를 얻기 위한 연구가 지속적으로 진행되고 있습니다.

 

 

□ 해외 해양에너지 현황

세계 해양에너지 시장은 유럽과 북미를 중심으로 조류, 파력 등을 이용한 해양에너지 연구개발이 활발하게 진행되고 있으며, 신재생에너지 중 가장 높은 수준의 성장속도를 나타내고 있습니다. 이에 힘입어 2011년 기준 100MW 미만이었던 세계 해양에너지 시장은 꾸준히 증가하여 오는 2030년 16,000MW 규모에 이를 것으로 예상되고 있습니다. 특히 섬나라인 영국은 유럽 해양에너지 부존량의 절반을 점유하고 있어 향후 세계에서 가장 큰 해양에너지 시장이 될 것으로 전망되며, 그 뒤를 이어 미국과 아일랜드, 포르투갈, 노르웨이 등이 유망한 시장으로 떠오르고 있습니다.

 

현재 세계 해양에너지 기술의 특허등록 건수, 영향력지수, 경쟁력 지수를 지표로 각국을 비교하였을 때 미국이 양과 질적인 측면에서 타 국가에 비해 압도적으로 앞서 있습니다. 분야별로는 조력발전의 경우 우리나라를 포함하여 프랑스, 러시아, 캐나다, 중국이 발달하였으며 조류발전은 영국, 미국, 캐나다, 노르웨이 파력발전은 영국, 미국, 덴마크, 포르투갈과 아일랜드, 해수온도차발전은 미국과 일본의 기술이 상대적으로 뛰어난 것으로 나타났습니다. 특히 파력발전은 모든 국가에서 공통적으로 가장 높은 점유율을 보이고 있으며 특허증가율도 높아 성장 가능성이 매우 큰 분야이기도 합니다.

 

다만 아직 경제성이 낮기 때문에 아직까지는 초기시장 형성 단계에 머물러 있으나 지속적인 기술발전과 보급을 통해 본격적인 보급 확대와 함께 2030년 이후에는 전 세계적으로 해양에너지산업이 활성화 단계에 진입할 것으로 예상하고 있습니다.