고유가 시대 다시 뜨다
조력발전의 가능성
세계 각국은 화석에너지에 의한 자국의 경제가 심각한 영향을 받는 것에 불안감을 갖고 있으며, 이를 해소하기 위하여 신·재생에너지 개발을 서두르고 있다. 대체에너지에 대한 관심은 국제사회에서 그 어느 때보다 커다란 관심속에 미래의 국가에 대한 운명을 좌지우지 할 수 있는 문제로 자리잡아가고 있으며, 대체에너지의 활용도를 높여나가기 위한 기술개발에 박차를 가하고 있는 상황이다. 우리나라도 이에 대한 대응책이 절실히 필요한 때이다.
정부는 신·재생에너지 종합대책을 세워 국가적 차원으로 육성 발전시켜 나가고자 국가 비전을 발표하고 있다.
지구온난화로 인한 범세계적 화두가 된 온실가스배출 저감은 인류가 피해 갈 수 없는 필연적 숙제이다. 현재 한국의 신재생에너지에 대한 부분이 한쪽으로 쏠린 듯한 인상을 주고 있다. 대기업들은 거대자본을 태양광발전 사업과 풍력발전 사업에 치우쳐져 있는 양상을 띠고 있다.
다각적 대체에너지 개발의 한 일원으로 우리나라는 조력발전을 하는데 좋은 조건을 갖추고 있어 정부는 조수 간만의 편차가 심한 곳을 택하여 조력발전 상용화에 심혈을 기울이고 있는 것으로 알고 있다.
중국 및 인도 등의 브릭스 신흥산업국가의 빠른 성장으로 화석연료의 공급의 한계에 이르러 유기급등을 유발시키고 있으며 매장량의 한계점과 이산화탄소의 배출량이 늘어나 지구온난화를 가중시키고 있으며 지구촌 곳곳의 환경파괴로 이어져 인류에게 환경 대재앙을 가져다주고 있다.
한때는 산업혁명의 견인차적 역할을 하여 왔으며, 인류에게 문명의 무한한 가능성을 열어 주며 산업발달을 일르켰던 화석 연료가 지구에 암울함을 던져주고 있다.
지구촌은 이러한 앞날의 불안한 과제를 해결하기 위해서 1992년 기후변화 협약의 시작으로 하여 2005년 교토의정서발효로 38개국이 2008년도부터 감축을 시작하고 있으며, 2007년 발리로드맵 채택으로 기후변화협약 부속서Ⅱ국가인 한국은 2013년에 온실가스 배출량을 감축해야하는 국가로 지정될 가능성이 거의 확실해 보인다.
이에 기후변화협약 4차 정부종합대책 회의(‘07. 12월 국무조정실)에서 신·재생에너지 비중확대(’11년 5.0%→‘30년9.0%)를 발표하였다. 신·재생에너지 개발은 이제 미룰 수 없는 범세계적 당면 과제로 떠오르고 있다.
대체에너지에 대한 각국은 다각적인 대체에너지원을 찾아내기 위한 노력을 기울이고 있으며 한국도 대체에너지기술개발을 위해 최선을 다하고 있는 것으로 알고 있다.
이명박 대통령은 지난 8.15 광복절 경축사에서 한국이 미래의 선진국으로 발돋움하기 위해서는 그린성장동력으로 나아가지 않으면 안 된다는 것을 강조했다.
한국의 대체에너지 개발 가운데 우리나라가 지형적으로 장점을 갖고 있는 조수의 간만의차로 발전할 수 있는 조력발전에 관심을 갖고 기술개발을 서둘러야할 것으로 본다.
또한 현재까지 대체에너지로 사용하고 있는 신·재생에너지중에서 조력발전은 효율성에 있어 가치가 매우 높은 것으로 전문가들은 내다보고 있다.
조력발전은 예측 가능한 시간에 대용량의 전력생산이 가능하고, 에너지 밀도가 가장 우수하며 태양계가 지속하는 한 영구히 사용 가능하다는 점에서 해양조건만 갖춘다면 조력발전 개발은 필수적이라고 할 것이다. 특히 우리나라 서해안은 세계적인 개발가능 적지 중 몇 안되는 천혜의 조건을 보유하고 있어 자원 빈국인 우리나라의 경우 중점적 개발이 요구된다.
조수(潮水) 간만(干滿)의 수위차를 이용한 수력발전방식으로 조석발전(潮汐發電)은 간만의 차가 심해야 하므로 지역적으로 한정된 장소에만 적용할 수 있다. 간만의 차가 큰 곳은 서해 ·영국해협 ·아이리시해의 연안 등이다. 세계적으로 간만의 차가 심한 것은 인천에서는 8.1 m, 리버풀 8.1 m, 안트워프 4.9 m 등이다. 서프랑스 브레타뉴 지구의 랑스강 하구는 편차가 13.5 m나 되며, 여기에서 대규모의 발전을 하고 있다. 1967년 6월에 완성한 것으로, 하구에 댐을 만들어 1만 kW의 발전기 24대를 설치하여 연간 5억 4400만 kWh의 발전을 할 수 있다. 조력발전은 발전 지점이 결정되면 그 지점에 있어서 조위(潮位)의 변화를 예측할 수 있다는 점은 장점이나, 얻어지는 유효낙차가 적고, 또한 조위의 변화가 연간을 통하여 균일하지 않으며, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다는 문제점을 안고 있다.
조력발전은 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어 있고 수위의 변화가 1년 동안 균일하지 않으며 수위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다.
초기 투자시 시설비가 많이 들고 경제성을 따질 때 기존의 화력발전이나 원자력발전보다 비해 효율이 떨어진다. 또 위에서도 말했듯이 조위의 변화가 연간 균일하지 않을뿐더러, 조위가 일정한 시간대 즉, 조수간만의 차가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없다. 현재 개발 가능한 조력자원을 보유한 국가는 세계에서 손꼽을 정도로 한정되어 있기 때문에 이들 국가에서는 조력자원을 미래의 중요한 대체에너지자원의 하나로 지목하여 이에 대한 조사와 연구를 활발히 진행중에 있다.
세계 조력시장 전망
기후변화협약 등 온실가스 배출에 대한 규제, 부존자원의 제한으로 인한 미래에너지산업에 대한 불안감, 불안정한 국제원유시장 등은 세계 각국의 대체에너지 개발노력으로 이어지고 있다.
과거에는 방조제, 대형 저낙차 발전설비 등 해양에너지를 추출하기 위한 설비가 고가로 경제성이 확보되지 못하였으나, 현재는 관련기술의 발전과 대체에너지에 대한 정부의 지원정책, 환경에 대한 관심이 높아지면서 여러 곳에서 개발을 위한 조사가 이루어지고 있다.
대표적인 곳으로는 영국의 Severn만 및 Mersey강 하구 , 캐나다의 Fundy만, 프랑스 Cotentin 반도, 러시아의 Mezen만(백해연안) 및 Tugur만(Okhots해), 미국의 Cook inlet (알래스카) 및 Passamaquoddy만(동부 대서양 해안)등이 있다.
현재 세계에서 가동중인 조력발전소 중 대표적인 것은 프랑스의 랑스(1967 완공, 용량 24만kW), 캐나다의 아나폴리스(1986 완공, 용량 2만kW), 중국의 지앙시아 조력, 러시아 키슬라야쿠바 조력발전소로 이 모두 대규모 조력발전소 개발을 대비하여 시행착오를 최소화할 목적으로 건설된 시험 발전소라 할 수 있다.
세계 최대(240MW) 상업운전을 하고 있는 조력발전소는 프랑스 북서부의 영불해엽으로 들어가는 랑스강의 하구에 위치하고 있는 랑스 조력발전소다. 1960년에 착공하여 1966년에 상업발전을 시작한 랑스조력발전소는 Chausey섬 주변에 1,200만 kw급의 대규모 조력발전소 건설을 추진하기 위하여 실험용으로 건설 되었다. 랑스조력은 최대조차 13.5m, 평균조차 8.5m로서, 750m의 방조제와 면적 22㎢// 의 조지를 보유하고 있다. 발전 방식은 단위기 10MW의 벌브형 수차가 24대 설치되어 연간 544GWh의 전력을 생산하고 있다.
캐나다 노바 스코티아(Nova Scotia)지방의 펀디(Fundy)만은 전 세계적으로 조석이 16m까지 발생하는 몇 안 되는 지역으로 이 펀디만의 잠재조력을 활용하기 위한 실험용 조력발전소로 건설된 것이 아나폴리스 조력발전소이다. 유역 내에 배수를 원활히 하고 구(舊)도로를 대체할 목적으로 건설된 아나폴리스강 입구의 제방이 조력발전소 적지로 선정될 수 있었던 것은 제방을 방조제로 사용함과 동시에 홍수조절용 수문을 조지충수용(아나폴리스 조력은 단류식 낙조발전방식임)으로 활용함으로써 비용절감을 꾀할 수 있었기 때문이다. 아나폴리스 조력발전소의 특징은 저낙차수차에서 주로 적용되온 벌브형 대신 림타입 스트라플로(Rim type straflo)형으로 이는 런너의 끝단에 발전기 회전자가 붙어 있고 회전자의 바깥둘레에 고정자가 배치되어 있는 형식이며, 수차구조물은 기존의 섬위에 건설하였다.
평균조차는 7.0 m, 조지면적 11.5 ㎢으로 20 MW의 스트라플로(straflo) 수차발전기 1기가 설치되어 연간 50 GWh의 전력을 생산하고 있다.
평균조차는 7.0 m, 조지면적 11.5 ㎢으로 20 MW의 스트라플로(straflo) 수차발전기 1기가 설치되어 연간 50 GWh의 전력을 생산하고 있다.
중국은 조력에너지 부존자원이 풍부하여 1950년대 후반부터 조력자원 개발연구가 수행되었으며, 소규모의 많은 조력발전소가 설치되었으나 대부분 폐쇄되고 현재 가동되고 있는 것은 지앙시아조력발전소 등 8개소이다. 폐쇄된 50여 개소의 발전소의 수명이 짧았던 주요 원인으로서는 현장자료 부족에 의한 부적절한 입지선정, 설계상의 오류, 계통인입의 실패, 관리미숙 등으로 규명되었다. 지앙시아 조력발전소는 간척지개발 사업을 위한 제방 준공시 조력발전소 사업을 계획하여 추진되었으며, 복류식 발전방식을 채택하였다. 0.5MW 1대, 0.6MW 1대, 0.7MW 3대로 다양한 용량의 수차로 총 3.2 MW의 시설용량이 설치되었으며 년간 6 GWh의 전력을 생산하고 있다.
러시아의 대부분 조력발전 후보지는 북극지방에 위치하여 연간 200일정도 결빙이 계속되는 악조건의 기후를 가지고 있으나 Ura Guba 동쪽의 키슬라야 구바 지역은 조차는 작으나(1.0~3.9m), 겨울에도 비교적 온화하여 조력자원개발을 위해 소형 실험용발전소 건설을 위한 입지조건으로서는 우수하여 1938년 키슬라야 구바에 조력발전소 건설을 제안하였고, 이후 1940년대부터 본격적으로 계획되어 1968년에 준공되었다.
키슬라야 구바 조력발전소의 주목할 점은 케이슨공법(부유건설공법)을 도입한 최초의 조력발전소라는 점이다.
이는 육상이나 독(dock)에서 발전설비를 제조 및 조립하고, 이것을 물위로 띄워서 예항(曳航)하거나 대형 크레인선으로 운반하여 미리 준설한 기초 위에 설치하는 공법으로, 이는 해상에서의 Dry work를 위한 코퍼댐(가물막이) 축조 비용의 절감을 가능하게 하였다. 키슬라야 구바 조력발전소는 복류식 발전방식으로 0.4MW 벌브형 수차가 1기가 설치되어 년간 1.2MWh의 전력을 생산하고 있다.
우리나라의 경우 1차 오이쇼크 이후 1970년대에 와서 한국해양연구소에 의해 충청남도의 가로림만과 천수만을 대상으로 한 조력발전 예비 타당성조사가 실시된 이래 1980년과 1982년 최적 후보지로 선정된 가로림만에 대한 조력발전 정밀타당성조사 및 기본설계를 프랑스와 공동으로 실시하였다. 1986년에는 영국의 기술진과 공동으로 1982년의 조사를 재검토한 결과 최적 시설용량은 40만kW로 평가된 바 있다. 최근 제3차 오일쇼크가 현실로 다가 오면서 국내4개회사가 프랑스 랑 발전소를 벤치마크 대상으로 결정한 뒤 지난해 서해안에 가로림만 조력발전소를 짓는다는 계획아래 지난해 8월 1조 22억원을 투자하여 왕복 4차로 대교를 겸한 조력발전소를 짓고 인근에는 환경친화적 대규모 관광단지를 조성하기로 하고 인허가 절차를 진행하고 있다.
이밖에, 인천앞바다나 아산만 등지도 조수간만의 차가 큰 지역으로 조력발전으로 적합한 곳으로 손꼽힌다. 특히, 주목해야 할 것은 이번에 짓는 가로림 조력발소의 설비 용량은 52만kw로 현재 랑스 조력발전소(24kw)의 2배가 넘는 수준이다. 현재 우리나라에서 대체에너지로 전력을 생산하고 있는 태양광발전 30배와 풍력발전의 4배에 이르는 전력량 이라고 본다. 또한 조력발전의 시간당 전력발전의 생산비용이 90.5원으로 태양광 677원에 비해 상대적으로 적은 비용이 들어가 효율성에서도 높은 가치가 있다.
장점은 공해 발생 문제가 전혀 없는 청정에너지이며, 석유나 석탄처럼 희소한 자원이 아닌 고갈되지 않는 무한 에너지라는 것이 기업들에게는 미래 대체에너지로서 개발할 가능성이 큰 것으로 볼 수 있다. 또한 초기의 막대한 투자에 비하여 연 유지비가 투자비의 3.63%로 아주 낮다는 잇 점도 있다.
국내 조력시장의 현황 및 앞으로의 발전 가능성
우리나라 조력발전 현황
우리나라 경기만 일대는 세계적으로 드문 조력발전의 최적지로 부상한 곳이다. 1932년 일제시대 때부터 발전소 설계도를 작성한 기록이 있을 정도로 조력발전의 큰 장점을 갖고 있다. 1986년 영국의 공식조사 결과에 따르면 가로림만에 조력발전소를 지을 경우 시설용량이 40MW, 연간 발전량은 836GWH까지 가능한 것으로 판명되기도 했다. 국내에서는 현재 시험 조력발전소 건설에 관한 조사사업을 추진 중에 있는데, 앞으로 연구 개발되어야할 주요 대상은 깊은 수심에서의 연안구조물 설계와 시공기술, 조력발전소 수심에서의 연안 구조물 설계와 시공기술, 조력발전소의 주요부분인 수차발전기의 설계제작기술, 발전계통기술, 발전시스템의 자동제어기술, 해수에 의한 소재의 부식방지기술 등이다. 우리나라에서의 조력발전 건설은 서해안에 부존하는 천혜의 조력에너지를 개발함으로써 지역경제의 균형발전을 도모할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
현재 한국서부발전을 주축으로 포스코건설과 대우건설, 롯데건설 등이 공동으로 충남 서산시 대산읍 오지리와 내리의 2km 구간을 잇는 조력발전소 건설 사업을 추진하고 있다.
발전가능성
최근 시화호 조력발전소 CDM사업이 유엔등록이 완료되고, 장기적으로 신재생에너지 보급 비율을 9.0% 까지 향상 시킬 계획이 추진되고 있으며 이에 발맞추어 대규모 용량개발이 가능하고 예측이 가능하며, 관광수요 유발 및 내수면 양식단지 개발 등으로 주변 지역 수익증대를 가져올 수 있는 장점으로 조력발전 기술개발에 관심을 가지는 산업체가 증가하고 있다. 참여기업의 전문기업으로의 발전이 기대되는 등 조력발전은 우리나라를 포함 세계적으로도 본격적인 투자 및 개발 가능성이 높다.
생태계에 미치는 영향
조력발전시설을 짓게 되면 환경파괴에 대한 문제점이 돌출될 수 있다.
경기도 서해안은 세계적으로 보존해야 하는 중요한 갯벌을 갖고 있다. 이 갯벌의 일정부분은 훼손될 수밖에 없는 상황으로 환경단체 등에서 문제가 제기 되기도 하였다.
생태계 파괴에 관련하여 조력발전 운영 중인 세계 각 국의 실례를 보면 프랑스 랑스 조력발전소(’67 가동 시작) 가동 후 40년이 되었으며 지속적인 환경영향 조사를 통하여 생태계 안정화 기간을 가동 초기로 부터 10~15년이 소요됨을 확인 되였고, 이 후 전반적으로 문제가 없었으며 오히려 개체수 증가 등의 개선 효과가 있었다고 확인 됐다.
그 예로 수중 식물성 플랑크톤 수가 주변 연안에 비해 2~4배 많아 졌으며 침적토상 무척추 동물 증가로 조류 및 저생어류에 먹이를 제공하여 조류 증가를 유발하였다.(일반인들이 수중 저서생물 들의 변화여부를 확인하기는 어렵겠지만 육안으로 확인이 가능한 조류가 많아진 점을 보면서 간접적으로 갯벌에 숨겨진 생물들이 풍부함을 측정 할 수 있는 지표로 활용) 또한 침식 및 퇴적문제가 전반적으로 큰 문제가 없는 것으로 확인 됐다. 캐나다 아나폴리스 조력발전소(’84 가동 시작)는 공사전 우려되었던 내용에 대해 운영중 지속적인 모니터링 결과 큰 문제가 없었다고 한다. 주 정부의 환경관리국에서 호수 최고 유지수위를 지정하여 관리함으로서 침수방지를 하였다. 연안 침식 문제가동 초기에 조지수위 상승으로 일시적으로 발생하였으나 이후 고수위에 맞춰 안정됨으로서 발전소 운영전 상태로 환원 됐다. 또한 지하수위 변동 문제지속적인 관찰을 통해 변동없음 확인 됐다. 어류 관련 문제는 발전소 건설 후 서식, 개체수, 치사율 등에 관한 연구 수행 하였으나 자료의 신뢰성이 떨어져 정확한 진단에 어려움이 있다.
조력발전 시설이 들어서는 과정에서 생태계의 환경훼손은 일정부분 있을 것으로 본다. 지구촌은 환경파괴를 줄이자는 취지에서 대체에너지를 연구개발하고 있으며 자연환경을 전혀 파괴하지 않은 신·재생에너지를 개발하기에는 가까운 시일 내에는 어려울 것으로 본다.
이에 대체에너지원으로 무한 재생 가능한 조력발전을 이명박 정부의 그린성장동력 추진계획의 중요한 정책으로 삼아 기후변화협약 부속서Ⅱ국가인 우리나라는 2013년에 온실가스배출절감국가로 지정될 것에 대비하여야할 것으로 본다.
참고자료/ 한국수자원공사
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