3.3.2 재생가능에너지 시대가 열리다(16) - 해양온도차 발전과 열에너지 이용

[에너지전환]

<해양온도차 발전과 열에너지의 이용>

바다의 표면은 햇볕을 받아 데워진다. 데워진 표층수는 대류에 의해 아래쪽으로 열에너지를 전달하는데 100미터 이하로 내려가면 온도가 급격히 저하되어 1,000미터 이하에서는 4~6℃ 정도로 일정하게 된다. 태평양과 인도양의 적도 부근 표층수와 수심 1,000미터의 연 평균 온도차는 약 20℃이다.

해양온도차 발전은 표층수와 심층수의 이 온도차를 이용한다. 온도차가 15℃ 이상 되는 기간이 일정기간 지속되는 곳에서는 해양온도차 발전을 할 수 있는데, 그 방식은 지열에너지의 이용 방식과 유사하다. 끓는점이 약 20℃인 용매를 이용하여 표층수를 지날 때는 기화되어 터빈을 돌리고, 심층수를 지나며 열을 내주고 액화되는 순환 과정을 거친다.

해양온도차 발전의 개념이 고안된 것은 1881년 프랑스에서였지만, 본격적인 개발이 이루어진 것은 1973년 1차 석유파동 이후 미국과 일본에서이다. 미국은 1979년 하와이 천연에너지연구소에서 50kW의 해수온도차 발전 시험에 착수하였다. 1984년에는 해수를 직접 활용하는 개방형 발전 시스템을 개발하여, 1993년 하와이 키홀포인트에 210kW의 개방형 해양온도차발전 시설을 설치하였다.

일본은 1974년 시작된 선샤인 계획의 일부로 해양온도차 기술 개발을 추진하여 1982년 도쿠시마에 50kW급, 1985년 이마리에 75kW급, 토야마에 3.5kW급의 육상형 폐순환식 실증 발전소를 설치하고, 1981년에는 국제협력사업으로 남태평양 나우루 섬에 100kW급의 시범 발전소를 건립하여 초등학교에 전기를 공급하였다.

해양온도차 발전은 발전과 더불어 담수 취득 또는 냉난방 등 복합적 활용을 통해 경제성을 높일 수 있다. 개방형이나 혼합형을 사용할 경우 2MW의 발전 시설에서 하루에 4,300㎥의 담수를 생산할 수 있다. 해양온도차 발전에 사용된 5℃의 냉해수는 양식에 활용되어 열대지역의 수산물 다양성을 늘리고, 품질 개량에 응용할 수도 있다. 또한 농축한 심층수나 담수한 심층수를 이용하여 여러 가지 식품과 청량음료 및 화장품 제조에 사용할 수 있다.

해양온도차 이용의 복합적 활용에서 가장 주목할 부분은 건물의 냉난방이다. 1995년 이후 지속적인 연구를 해온 일본은 현재 후쿠오카 및 오사카 지역에 해수온도차 냉난방 시스템을 설치하여 활용하고 있다. 규슈의 모모치 해안 지역에 설치된 시스템은 공기히트펌프와 터보냉동기, 해수히트펌프 등으로 이루어져 지역냉난방을 공급한다.

우리나라의 해양온도차 발전에 대한 연구는 미미한 편이다. 2000년 인하대학교와 제주대학교, 한국해양연구원이 공동으로 20kW급 시험 발전기로 실증 연구를 시행한 것이 유일하다. 해수온도차를 이용한 냉난방 기술에 관한 연구는 2008년 강원도 삼척에 실증 설비를 설치한 바 있으며, 2009년에는 한국해양대학교 내에 본격적인 해수온도차 냉난방 시스템을 설치하여 운영하고 있다. 한편 2012년에는 표층수 대신 원자력발전소의 온배수를 이용할 경우 해양온도차 발전의 효율이 높아져 최고 181MW의 용량 확대가 가능하다는 연구 결과가 발표되기도 하였다.

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