해양에너지! ‘블루오션’으로 뜬다   

조류·조력·파력·해수 온도차·해양식물 및 바이오 통한 에너지 개발 

해양에너지, 정확하게 말하면서 바닷물의 흐름을 이용한 발전방식이다. 대표적인 것이 조류발전과 조력발전, 파력발전 등이다. 조류발전은 물살이 빠른 곳에 터빈을 설치해 전기를 생산하는 것을 말하며, 조력발전은 조석간만의 차로 발생하는 해수의 이동을 이용한다. 파력발전은 파도의 상하운동으로 발생하는 에너지를 이용해 터빈을 돌려 발전을 하는 것을 말한다.

여기에 파도의 힘을 이용한 파력발전, 해수 온도차를 이용한 해수 온도차 발전 그리고 에너지로 활용할 수 있는 해양생물 등이 해양에너지 ‘패밀리’다

파도의 힘을 이용한 해양 에너지 

해외 조사기관들은 풍력이나 태양 에너지원보다도 해양 에너지원인 파력과 조력산업의 경우가 훨씬 안정적이라고 분석했다. 하지만 조력발전은 해저 지반이 견고해야 하며 파력 발전, 온도차 발전은 선박 항해에 방해가 되지 않아야 하는 등 입지 조건이 까다로운 단점이 있다.

국내의 해양에너지 개발은 현재 조수간만을 이용한 조력발전방식이 중심이 되어 추진되고 있다. 시화호와 강화도, 인천 등지에 시범단지가 추진되고 있다. 

지난해 세계최대 규모의 가로림조력발전소가 사업허가를 받았다. 올해 초 착공에 들어갈 이 발전소는 환경영향평가 협의 완료와 전원개발실시계획 반영 등을 거쳐 건설에 들어갈 예정이다.

가로림만은 조수간만의 차(7~9m)가 커 국내외에서 최고의 조력발전소 입지로 꼽히고 있으며 가로림조력발전은 1조22억을 투입해 서산시 대산읍 오지리와 태안군 이원면 내리에 걸친 가로림만에 2km의 해수유통 방조제를 축조한 뒤 520MW 규모의 발전소를 건설할 계획이다. 2014년 발전소가 완공되면 연간 950GWh 전력생산과 2014년까지 우리나라 신재생에너지 목표 설비용량의 30%를 차지하게 된다.

인천만 조력발전 건설사업도 2017년 완공을 목표로 진행 중이다. 공사비 3조9,000억원이 투입되는 이 사업은 올해 하반기부터 착공에 들어간다. 2017년 6월 준공되면 연간 24억1,000만kWh의 전기를 생산하게 된다. 이를 통해 연간 354만배럴 원유수입 대체효과와 101만ｔ의 이산화탄소를 저감할 수 있고, 인천시 가정용 전력 소모량의 60%를 감당할 수 있게 된다.

인천만 조력발전소 사업은 인천광역시 강화도 남부와 옹진군 장봉도, 용유도, 삼목도 및 영종도로 둘러싸인 해역 157.45km2에 설비용량 132만kW급으로 건설하게 된다. 인천만 조력발전은 방조제 길이만 18.3km로, 3만kW급 발전기 44기를 설치하는 대규모 사업이다.

한국해양연구원의 타당성 조사결과에 따르면 공사기간에 8조3,800억원의 주변지역 경제적 생산유발 효과와 6만4,000명의 고용효과가 발생할 것으로 분석되고 있다. 

조류 및 파력발전의 특징은 타 에너지원과 달리 언제든지 터빈을 돌릴 수 있다는 점이다. 조력발전이 조수간만을 기다려야 하는데 반해 조류와 파력은 언제나 움직이고 있는 해수의 흐름으로 터빈을 돌린다는 개념을 가지고 있다. 

우리나라 남해 전라도 인근의 도서 지역은 지형적으로 빠른 유속이 나타나는 곳이 많다. 해수의 속도가 2미터이상인 발전에 양호한 지역이 남해 지역에 상당히 많다. 대표적인 곳이 전남 해남군과 진도를 가로지르는 울돌목 해협. 

문제는 조류발전이 초창기이며 기술적인 면에서 춘추전국시대라 불릴 만큼 기술표준이 난립해 있다는 점에 있다. 조류발전 분야에서 새로운 기술이 하루가 멀다 하고 나오고 있는 상황. 

국내의 경우 활성화 전 임에도 발전기 블레이드 및 컨버터 분야에서는 개발역량이 충분하다는 것이 전문가들의 평가다. 관련 부품 및 설비개발을 위해 해외기업들이 꾸준하게 국내기업과 접촉하고 있다고 한다.

조류발전에 관심을 보이고 있는 대표적인 국내기업은 오션스페이스, 에코오션, 현대건설 등이며 국가과제로 현대건설 컨소시엄이 지난해부터 조류발전을 연구하기 시작했다.

국내 해양에너지의 기술개발은 ‘대체에너지개발 및 이용·보급 촉진법’에 따라 '88년부터 기본계획을 수립하여 기술개발을 수행하고 있다. 해양특성 평가를 위해 다양한 현장조사, 자료분석, 수치모델, 및 수리모형 실험기술 개발 보유하고 있다. 첨단 IT기술과 다양한 센서를 이용하여 차세대 종합해양특성 조사 시스템을 수립 중이다. 조력·조류력·파력 개발을 위한 기초조사와 요소기술을 개발하여 우리나라 주변해역의 조력, 조류력, 파력 에너지 분포를 해석하고 변동특성을 분석하였으며, 현재 조력·조류력에 대한 핵심 요소기술의 실용화 연구 수행 중이다. 

조류발전 시금석, 울돌목조류발전소

전라남도 진도군 군내면 울돌목에 건설된 발전소로, 조류(潮流)를 이용하여 전력을 생산하는 신재생에너지 발전시설이다. 정식 명칭은 울돌목 시험조류발전소이다. 울돌목은 정유재란 때 이순신 장군이 13척의 배로 왜선 133척을 대적하여 31척을 침몰시키는 등 대승을 거둔 명량해협(鳴梁海峽)을 가리킨다. 이곳은 너비가 294m에 최고 유속 11노트로 조류(潮流)를 이용한 발전소를 건설하는 데 최적지로 꼽혀왔다. 조류발전은 빠른 물살의 힘으로 바람개비처럼 생긴 수차(水車)를 돌려 전기를 생산하는 방식인데, 댐 없이 자연 여건을 온전히 이용하는 새로운 유형의 에너지 상용화시설로서 전 세계에서 노르웨이와 영국 등 유럽 몇 나라만 시험 발전하고 있는 단계이다.

울돌목 조류발전소는 1992년 체결된 유엔기후변화협약에 따른 온실가스 감축의무에 대응하고, 친환경 해양에너지 개발기술을 실용화하기 위하여 2005년 4월 착공되었으나 조류가 워낙 빠른 데 따른 고난이도의 해상공사로 인하여 어려움을 겪은 끝에 4년 만인 2009년 5월 14일 준공되었다. 수차로는 수직축 헬리컬 터빈을 설치하고, 발전 구조물은 상부 하우스를 포함하여 가로 16m, 세로 36m, 높이 48m에 총중량 1,000t 규모로 세계 최대급이다.

출렁이는 바닷물이 ‘에너지’가 된다

바다물의 흐름을 이용하여 전기를 만드는 것이 조류 발전이다. 국내에선 이순신 장군의 명량 해전 승전지인 전남 울돌목에서 처음으로 설치됐다. 이 외에도 전국 20곳에서 조류 발전이 추진되고 있다. 

전라남도 진도군 울돌목 해역에 설치된 조류 발전기는 물때에 맞춰 남해 바깥 바다에서 북서쪽으로 바닷물이 들어오면 수심20m의 바다 아래에선 세찬 물결이 터빈을 돌려 전기를 생산하고 있다.

국립해양 조사원은 최근 20여년 간 우리나라 주변 바다의 바닷물 속도와 구간별 세기를 분석해 조류 발전 유망지 21곳을 찾아냈다. 이 가운데 현재 건설이 추진되고 있는 6곳의 발전 용량만도 대전 지역의 1년 전기 사용량을 충당할 수 있다. 태양열과 풍력, 지열에 이어 조류 에너지 부존량이 파악되면서 앞으로 해양에너지 개발에 속도가 붙을 것으로 기대된다.  

전남도 조류발전 투자 유치

조류발전에 지자체가 먼저 나섰다. 전라남도가 미국의 중견 신재생에너지기업인 버던트파워(Verdant Power)사와 조류발전시설투자를 위한 2,000만달러 투자협약(MOU)을 체결한 것.

전남도 투자유치단은 전력시설 운영과 건설에 특화된 수력전문 발전 기업인 버던트파워사와 국내 조류발전 최적지인 전남에서고품질 녹색에너지 생산한다는 내용을 골자로 한 투자협약을 체결했다.

특히 버던트파워사는 에너지 오션분야 선구자상을 수상했고, 2005년에는 ‘버던트(Verdant) 명령’이라는 연방정부 전력프로젝트를수행할 만큼 전력산업계의 강자로 부상하고 있는 기업이다.

전남도 관계자는 “협약 체결은 한국 최고의 조류발전 여건을 갖춘 전남의 자연환경을 이용해 청정에너지를 생산하게 되는 친환경적 협력관계의 출발이라는데 의미가 있다”며 “버던트파워사의 뛰어난 발전 설비기술과 자본의 투자는 고품질 녹색에너지를 생산하게 돼 기후변화 협약에 대비한 한미 간 새로운 투자모델이 될 것”이라고 말했다.

그는 이어 “버던트파워사가 2008년 미국에서 촉발된 금융위기가 다시 침체되는 국면에서 어려운 투자결정을 했다”며 “이날 합의한 투자계획이 순조롭게 진행돼 전남도와 버던트파워사가 상생하는 성과가 있기를 기대한다”고 말했다.

이어 독일 하이덴하임의 세계적 조류발전기업인 포이트 하이드로(Voith Hydro)사를 방문, 후버트 리엔하르트(Hubert Lienhard) 포이트그룹 회장과 롤란트 뮤니(Roland Muench) 사장을 만나 투자상담을 벌였다.

포이트 하이드로사는 전 세계 수력터빈의 30%를 공급하는 회사로 한국의 레네테크(대표 박종선)와 공동으로 진도 장죽수도에110kW급 시험조류발전소 설치를 추진하고 있다.

인천시 조류발전단지 건설키로

인천시가 옹진군 덕적도 해상에 조류발전단지 건설을 추진한다. 덕적군도에 속한 소야도에는 풍력과 태양력 등 친환경 에너지 생산단지인 ‘에코아일랜드’ 조성을 검토키로 했다.

시는 이들 사업을 골자로 한 ‘인천시 해양에너지 메카 조성사업’을 본격 시행할 예정이다.

시의 구상대로라면 오는 2016년까지 덕적도 해상에는 조류발전단지가 만들어진다. 발전용량은 200MW(1MW조류발전기200기)로, 연간 발전량은 613.2GWh 규모다. 사업비는 총 8천억원으로 시와 옹진군, 한국남동발전, 포스코건설 등이 함께 조류발전단지를 만들기로 했다. 시는 오는 2014년까지 조류발전시설에 대한 성능검사와 현장평가를 마치고 2015년 착공한다는 계획이다.

시는 조류발전단지가 조성될 경우 인천지역 연간 전력사용량의 3.2%(16만 가구)를 충당할 수 있을 것으로 예측했다. 연간26만t의 이산화탄소를 감축, 대기오염 감소 효과도 클 것으로 내다봤다.

조류발전은 밀물과 썰물의 차이를 이용, 수중에 있는 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이다. 조력발전과 같이 거대한 댐을 만들지않아도 돼 갯벌 파괴와 같은 환경피해 영향도 덜하다는 평가가 많다.

시는 이와 함께 덕적도 인근 소야도에 에코아일랜드를 조성한다는 계획이다. 소야도에 풍력, 태양력 발전소를 만들어 이 섬 주민(247명)이 사용하는 전기를 모두 친환경에너지로 공급한다는 방침이다. 현재 이 섬은 덕적도에 있는 내연발전소(등유를 사용해전기를 공급하는 시설)에서 공급된 전기를 사용하고 있다.

시는 중부발전, 남동발전, 남부발전 등 5개 발전회사와 이 사업에 대한 양해각서(MOU)를 교환하고 타당성 조사 용역에 착수할 예정이다. 시 관계자는 “미래의 성장동력인 친환경 에너지 사업을 선점할 수 있도록 많은 방안을 만들고 있다”며 “발전사들도 이 부문에 적극적인 관심을 보이고 있는 만큼 사업이 순조롭게 진행될 것으로 전망된다”라고 말했다.

한편 신재생에너지 전문기업 레네테크가 세계 최대 규모의 조류발전단지 조성에 본격 착수했다. 레네테크의 진도에 세워지는 조류발전기는 수력발전 분야의 선도 기업인 독일의 포이드타이드로(Voith Hydro)사가 개발한 것으로 수평축 로터방식이며, 블레이드의 대칭형 설계를 통해 조류의 양 방향을 모두 이용할 수 있게 설계됐다.

또 수중 작업환경을 감안해 유지보수 필요성을 최소화할 수 있도록 기어박스를 배제하고 기어 없이 직접 구동할 수 있는 방식으로 만들었다.

레네테크에 따르면 해저에서 가동되는 조류발전기의 특성상 완벽한 실링시스템이 구현됐으며 해수윤활방식의 베어링기술을 개발해 오일을 사용하지 않는 최첨단 조류발전 터빈이다.

이 발전기의 해양구조물은 강한 조류에 버티면서 수평축 로터의 구동력을 안정적으로 지탱해주는 방식으로 설계됐으며 레네테크가 직접 개발했다.

이 구조물은 육상에서 제작된 구조물을 해저지반에 그대로 거치하는 방식으로 바다수면 아래에 완전히 잠수돼 주변경관 및 선박통행 등에 미치는 영향을 최소화한 친환경식 구조물이다.

장죽수도와 맹골수도 일대에 조성되는 세계 최대 규모의 조류발전 상용화 단지의 경우 종합건설회사 포스코건설과 프로젝트 공동개발을 위한 MOU를 체결한 바 있다. 여기에 건설되는 발전단지는 모두 400MW규모로 2018년까지 약 1조5,000억원이 투입될예정이다.