해양환경 "지식나눔" 특강 5회차 탄소중립을 위한 해양에너지 녹화영상입니다.

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[ Q&A ]

Q1. 우리나라 조력, 조류발전 적지에 모두 건설할 경우, 우리나라 전체 필요량의 얼마나 될 수 있을까요?
A. 에너지잠재량은 단계별로 이론적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량으로 구분할 수 있습니다. 이론적 잠재량은 이론적 차원에서 이용가능한 잠재량이며, 기술적 잠재량은 이러한 이론적 잠재량에서 외부제약조건을 고려하지 않고 현재 기술수준에서 이용 가능한 잠재량이며, 실용적 잠재량은 기술적 자원에서 외부 제약조건을 고려한 후 이용 가능한 잠재량입니다.

2020년 신재생에너지백서에 따르면 조류발전의 이론적 잠재량은 296GW, 기술적 잠재량은 72GW, 시장 잠재량은 0으로, 그리고 조력발전의 경우 이론적 잠재량은 13GW, 기술적 잠재량은 11GW, 그리고 시장 잠재량은 0으로 제시하고 있습니다. 현재 기술수준으로도 조력발전과 조류발전을 모두 개발한다면 시설용량이 85GW에 이르며, 이는 대략 1GW급 원전 25기를 대체할 수 있는 정도라고 할 수 있습니다. 또한 기술적 잠재량의 연간 발전량은 조류발전이 633TWh이고, 조력발전이 46TWh로 총 679TWh가 됩니다. 2022년 전력통계에 따르면 한해 동안 총 전력생산량이 대략 600TWh 수준이기 때문에 기술적 잠재량을 모두 개발한다면 우리나라 전체의 전력수요를 충당할 수 있습니다.

그러나 경제성, 환경적 제약, 각종 법제도 측면에서의 제약 등 외부조건을 고려하면 이렇게 개발할 수 없는 상황이며, 따라서 이러한 외부제약 조건을 해결할 수 있는 방안이 마련되어야 할 것입니다. 현재 시장 잠재량은 없는 것으로 평가되고 있지만 기술수준 향한 및 규모 확대에 따른 경제성 확보, 친환경적 개발이 가능한 기술개발이 이루어진다면 시장 잠재량은 크게 증가할 수 있을 것으로 보여지고 있습니다.

해양수산부에서는 2050년까지 조류발전 600MW, 조력발전의 경우 시화호조력발전소를 포함하여 총 1,354MW까지 설비용량을 확보하고자 하는 계획(안)을 가지고 있습니다. 이는 기술적 잠재량의 2.4% 수준이며, 이후 경제적 측면과 환경적 측면에서 문제를 해소한다면 예측하기는 어려우나 더 많이 보급되어 국내 전력생산에 상당한 기여를 할 수 있으리라 생각됩니다.

Q2. 울돌목에 시험조류발전소가 현재 시설용량을 80kW로 줄여 운영한다고 들었는데, 시설용량을 늘리려면 어떤 기술들이 더 개발되거나 보완되어야 하나요?

유속을 늘리는 것은 한계가 있을 것 같습니다.

A. 울돌목시험조류발전소 건설 당시 시설용량은 500kW급 터빈 2기를 적용하여 총 1MW급이었습니다. 최초 설치 위치는 진도대교 인근 지역으로 최대유속이 약 5.0m/s에 이르고 1MW 전력생산이 가능합니다.

그러나 설치 과정 중에 2번의 해상사고가 있었고, 그중 한 번은 바지선으로 재킷구조물을 운송하는 과정에서 예인선 고장으로 재킷구조물이 진도대교와 충돌하는 사고였습니다. 이후 진도대교를 관리하고 있는 광주국도유지관리사무소와 한국전력 등에서 설치위치를 해남-진도간 전력선 남측으로 변경해달라는 요청이 들어와 현재의 위치에 설치하였습니다. 이 지점의 최대유속은 약 3.7m/s으로 당초 지점보다 크게 작고, 출력도 작게 나올 수 밖에 없습니다.

이러한 사유로 현재 80kW급으로 줄여 운영하고 있고, 최근 50kW급 터빈 2기를 추가로 설치하여, 현재 울돌목시험조류발전소 전체 시설용량은 180kW급이라고 할 수 있습니다. 시설용량을 늘이기 위해서는 터빈을 추가 설치하는 방법, 또는 더 큰 용량의 발전기와 전력변환장치를 적용하는 방법 등이 있습니다. 그리고 유속을 증가시키는 방법으로는 덕트(duct)를 이용하여 벤츄리 효과가 발생하도록 하거나, 디퓨저(diffuser)를 이용하여 유속을 증가시키는 방법도 있습니다.

그러나 이러한 추가적인 시설 역시 비용을 증가시킬 수 있기 때문에 전체적인 경제성을 고려하는 것이 필요합니다.

Q3. 조류 발전시 육지까지 연결하려면 그것으로 인한 생태계 훼손도 생길 수 있을 것 같아요. 그 부분을 어떻게 생각하시나요?

A. 방조제를 쌓아야 하는 조력발전과 달리 조류발전은 구조물 자체가 육지와 연결되지는 않습니다.

다만 조류발전시스템에서 생산된 전기를 육지로 보내야 하는데, 이때 해상케이블이 사용되고, 이러한 해상케이블에서 전자기적인 노이즈가 발생할 수 있습니다. 이러한 노이즈가 생태계에 미치는 연구는 국내에서는 아직 수행된 바 없지만 미국에서는 관련 연구가 진행되었는데 큰 영향이 없는 것으로 보고되고 있습니다.

이는 해상풍력도 마찬가지인데요, 해상풍력의 경우에도 해상케이블에서 발생하는 전자기적인 노이즈 문제가 아직까지는 큰 문제로 보고되지는 않고 있습니다.

Q4. 기후 위기로 인한 해수면 상승이 해양에너지에 미치는 영향이 궁금합니다.

A. 기후변화로 인하여 해수면이 상승하는 경우 해양에너지에 어떠한 영향이 미치는지에 대해서는 아직까지 연구된 바 없는 것으로 알고 있습니다.

다만 기후변화로 인하여 기온이 올라가는 경우, 공기의 밀도가 작아져 풍력발전의 경우에는 발전량이 감소한다는 연구결과도 있는 것으로 알고 있습니다. 그리고 국내 해수의 온도가 상승하는 경우에는 온도차발전의 경우 오히려 표층수의 온도가 높아져 온도차발전에 유리해지는 아이러니가 있습니다.

조력발전이나 조류발전의 경우에는 조석현상을 일으키는 지구와 달, 태양 사이의 관계가 변하지 않는 한 별다른 영향이 없을 것으로 생각됩니다.

Q5. 조력, 조류 발전을 같은 장소에 수로 형태 시설 후 여러 터빈을 설치 가능할지 궁금합니다.

A. 아이디어 차원에서 수로 형태의 시설을 건설하고 이 수로에 다수의 터빈을 설치한는 것이 제안된 바 있고, 관련 특허도 여럿 있는 것으로 알고 있습니다.

그리고 산업통상자원부 R&D 과제로 상수도관에 터빈을 설치하여 전기를 생산하는 것에 관한 연구도 진행된 것으로 알고 있는데 구체적인 결과는 아직까지 공개되지 않은 것으로 알고 있습니다.

Q6. 조력발전의 장점도 있지만, 문제점으로는 해수 교환율 감소에 따른 오염물질 퇴적에 의한 부영양화와 적조현상 등 해양환경 피해, 어족자원 감소 등이 생길 수 있다고 생각됩니다. 또는 내측 수위 증가가 생겨 홍수 피해도 있을 수 있을 것 같습니다. 이러한 어려운 과정을 극복하고 잘 설계할 필요가 있는 것 같습니다.

나중 설계 중 이런 점을 어떻게 개선해 가는지 궁금합니다.

A. 신규로 조력발전소를 건설하는 경우에는 아무래도 말씀하신 해수교환율 감소에 따른 문제, 갯벌 면적 감소에 따른 문제 등이 있을 수 있습니다. 특히, 신규로 조력발전소를 건설하는 경우 방조제 공사 중 해수교환이 차단되어 수질, 생태계에 문제를 유발하는 것이 가장 큰 환경문제이고, 이를 해결하기 위해 해수 교환을 유지하면서 공사를 시행하여야 합니다.

이러한 환경문제 예방은 조력발전소 설계 및 시공 계획 수립 시 반영하여 환경변화를 최소화하도록 하는 것이 중요합니다. 그리고 내측 수위 증가 문제는 낙조식 발전을 채택하는 경우 발생할 수 있지만 이는 홍수 시 수위조절을 충분히 잘 고려한다면 큰 문제는 아닐 것으로 생각됩니다.

오히려 홍수가 예상되는 경우 미리 수문을 닫아 호수측 수위를 낮게 유지한다면 홍수 피해를 줄일 수도 있을 것 같습니다.