에너지는 진화한다.

[green(심구식)]

 바다, 녹색혁명의 물결

        조류에너지 실용화 기술개발

◎ 조류에너지는 무엇인가?

    □ 해양에 부존하는 에너지는 조석에너지, 파랑에너지, 온도차에너지, 바이오에너지, 해류에너지 등

        이 있으며, 조석에너지는 지형적인 특성과 에너지 취득방식에 따라 조력에너지와 조류에너지로

        구분됨

    □ 조류에너지는 조석 작용으로 발생하는 운동에너지 형태로 존재하며, 주로 발전을 통하여 전기에

        너지로 변환하여 이용

  □  P (조류에너지) = 0.5ηρAV³(η : 효율, ρ : 해수밀도 (=1,025kg/㎥), A : 통수단면적, V : 조류유속)

       - 조류에너지는 발전효율, 통수단면적, 유속에 비례

       - 조류에너지는 유속의 3제곱에 비례하므로 유속이 큰 곳이 유리

       - 해수의 밀도가 공기 보다 약 840배 정도 크므로 같은 시설용량일 경우 풍력발전에 비해 터빈

          크기가 작음

  □ 조류발전이란?

       ○ 조석에 의하여 강한 유속(조류)이 발생하는 해역의 수로에 조류발전용 수차발전기를 설치하

           여 조류의 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 발전방법

       ○ 조류발전의 특성

             - 태양계가 존속하는 한 존재하는 무한 청정 자연에너지

             - 댐을 설치할 필요가 없어 조력발전에 비해 환경문제가 적음

             - 조석현상은 장기적으로 정확한 사전예보 가능하여, 조류발전 출력 장기예측이 가능함

         

      ※ 위대한 바다의 힘 조석

           - 바닷가에서 해수면이 거의 규칙적으로 끊임없이 높아졌다 낮아졌다 하는 일이 되풀이되는

              현상을 조석(潮汐, tide)이라 하며, 해수면의 상하 운동인 조석현상은 동시에 바닷물의 수평

              적인 흐름을 가져온다. 즉 밀려들어 오는 물(밀물)에 의해 해수면이 올라가고, 쓸려 나가는

              물(썰물)에 의해 해수면이 내려간다. 이러한 조석현상을 일으키는 힘을 기조력(起潮力, tide

               - generation force)이라 부름.

      ※ 조석을 일으키는 힘 기조력     

           - 지구와 달 두 천체가 그들의 공통 질량 중심의 주위로 회전운동을 할 때 생기는 원심력과

              인력의 (벡터)합에 의해 기조력이 발생한다. 달과 태양의 지구에 대한 인력은 지구상의 각

              지점에서 조금씩 다르며, 이것이 해수의 이동과 지구의 변형을 가져와 조석을 일으킨다.

              지구는 자전을 하기 때문에 한 지점에서 관측한 기조력은 시간에 따라 변한다. 태양∙지구∙달

              이 일직선상에 위치할 때 기조력은 최대가 되며(사리), 태양과 달이 지구에 대해 직각일 때

              기조력은 최소가 되어 조차가 가장 작은 조석이 일어남(조금).

       • 사리때 달, 태양, 지구의 모습

삭(朔, 그믐)

망(望, 보름)

      • 조금때 달, 태양, 지구의 모습

상현(上弦, 반달)

하현(下弦, 반달)

 ◎ 우리나라 조류에너지 개발 현황 및 계획

      □ 왜 조류에너지를 개발하는가?

      ○ 우리나라 서∙남해안은

             - 세계적인 조류에너지 부존지역으로 개발 여건 우수

             - 지형적인 영향으로 큰 조차와 강한 조류 발생

             - 주요 조류발전 입지

                 • 울돌목 : 약 5-10만 kW

                 • 장죽수도 : 약 10-20만 kW

                 • 맹골수도 : 약 20-30만 kW

 

 □ 조류에너지 기술개발 현황

      ○ 우리나라 조류발전 최적지로 평가되는 울돌목을 대상으로 해양특성조사, 조류발전 현장 실험   

           을 수행하여 조류에너지 실용화 기반기술 개발 및 상용화 기반 구축

     ○ 울돌목은 어떤 곳인가?

          - 유래 : ‘바다가 우는’ 바다길목이라는 뜻으로 굴곡이 심한 암초사이를 소용돌이치며 달리는    

                       조류가 울음소리를 내며 사납고 급하게 흐른다고 해서 우리말로 울돌목이라고 부름

          - 위치 : 전라남도 해남군 우수영과 진도군 녹진 사이를 잇는 해협으로 울돌목 또는 명량수도

                        (鳴梁水道)라고 함

          - 해역특성

              • 조차 : 약 3m

              • 유속 : 수심평균 약 5.5m/s(약 11knotes)

              • 해저는 암반으로 구성
 

      ※ 역사적 중요성

           1597년 9월 16일 정유재란 당시, 충무공 이순신 장군이 울돌목의 강한 조류특성을 이용하여

          아군 12척으로 왜군 130여척을 궤멸시킨 세계 해전사에 유래가 없는 대승을 거둔 임진왜란

           3대 대첩지의 하나

     ○ 울돌목 조류발전 주요 기술개발 현황

           - 울돌목 해역특성조사 및 수차 성능제고 실험

               • Helical 수차(수직축) 수리 및 수치실험

               • 10kW급 실해역 실증실험 :

            - 위치 : 전남 해남군 문내면 진도대교 교각 인근 공유수면

            - 조류발전용 발전수차의 현장 적용성 실험을 통한 실용화 기반기술 확보

            - 울돌목 시험조류발전소 기본설계자료 획득

 

            - 1MW급 울돌목 시험조류발전소 시스템 개발

               • 1MW급 조류발전시스템 설계, 제작 및 설치

               • 500kW급 동기발전기 및 권선형 유도발전기 적용형 전력변환장치 개발

  

             • 조류발전소 구조안전감시 시스템 개발

          - 조류발전시스템의 효율, 내구성 등 평가를 위한 구조안전 감시시스템 개발

          - 유속이 강한 지역에 설치되는 조류발전 구조물의 구조안전감시를 위한 시스템 설계, 제작,

             설치 및 특성 분석

               • 수차효율 제고를 위한 수치해석

            - 조류발전은 유속(조류속도), 수차형상, 운전변수 등에 따라 효율이 변동됨으로 최적의

              조류발전 수차개발을 위하여 다양한 조건에 대한 수치해석 수행

      ○ 1MW급 울돌목 시험조류발전소 개요

           - 설비용량 : 1MW

               • 동기발전기 적용형 500kW급 조류발전시스템 1기

               • 권선형유도발전기 적용형 500kW급 조류발전시스템 1기

           - 구조물 건설개요

               • 공사위치 : 전남 진도군 진도대교 남측 인접해역

               • 공사기간 : ’05. 04 ∼ ’09. 03

               • 토목공사 시공/감리 : 현대건설(주)/(주)한맥기술

               • 공사내용

            - 발전시설 구조물(Jacket) : 1기(16.0m × 36.0m × 50.0m)

            -  Catwalk 교각  : 직경 1.5m 기초파일 2개소

            - 교대 및 진입도로 : 1식

            -  Catwalk  : 48m, 3span(총 144m)

            -  House  : 16m × 20m × 12.8m, 1개소

            - 발전설비 : 1식(수차, 발전기, 전력변환장치 등)

            - 부대공사 : 1식(변전소, 항로표지시설 등)

               ※ 총중량 : 1,280톤(자켓: 1,000톤, 데크: 130톤, 하우스: 80톤, 잔교 등: 70톤)

     

    

                                

            - 기전설비 (설치 완료: ’09. 04)

                •  500kW급 동기발전기 및 권선형 유도발전기 각 1기

                • 조류발전용 수차 2기(단엽 및 복엽)

                • 조류발전용 전력변환장치 2기(동기발전기용 및 권선형 유도발전기용)

                • 증속기 및 브레이크 시스템 각 1기

                 • 변압기 및 배전반 각 1기

   

  

  

      ○ 향후 추진계획

             - 조류발전 실험 및 조류발전시스템 효율 제고 연구

             - 부유식 조류발전 시스템 개발

             - 울돌목, 장죽수도 및 맹골수도 조류발전 기본계획 수립

            ※ 시험조류발전소 운영결과 및 각 후보지별 타당성 결과를 토대로 상용조류발전소 건설

                예정

   □ 기대효과

        ○ 조류발전 시스템 연구개발을 통한 청정 신재생에너지 생산기반 구축으로 저탄소 녹색성장

            에 기여 가능

        ○ 환경친화적 연안역 개발체계 기반구축 및 우리나라 해양에너지 산업 육성

        ○ 우리나라 에너지 자급도 제고 및 기후변화협약 적극대처

              - 우리나라 주요 조류에너지(1,000MW) 개발 시

                  • 연간 약 2,452GWh의 무공해 전기를 생산하여 연간 약 360만 배럴 원유 수입대체효과

                  • 연간 약 100만톤의 이산화탄소 저감효과 기대