우리에게 시원함을 선사해주는 바다는 그야말로 가장 쉽게 만날 수 있는 ‘천혜(天惠)의 보고’인데요. 수많은 생물들이 바닷속에서 살아가는 것은 물론 그 밖에도 다양한 천연자원들이 있습니다. 하지만 바다는 지구의 70%를 차지하는 만큼 그 자체만으로도 거대한 에너지를 가지고 있습니다.
오늘은 이 바다의 온도차를 이용해 발전하는 해양온도차발전(ocean thermal energy conversion)에 대해서 이야기를 해보려고 합니다.
◆ ‘해양온도차발전(ocean thermal energy conversion)’은 무엇인가요?
‘해양온도차발전’은 수심에 따른 바닷물의 온도차를 이용한 발전 방식입니다.
열대 해역에서 해면의 해수 온도는 20℃를 넘지만 해면으로부터 500∼1,000m 정도 깊이의 심해에서는 4℃에서 거의 변화가 없습니다.
이런 표층수와 심층수의 온도차로부터 프레온과 같은 냉매를 이용하여 발전하는 기술을 해양 온도차 발전이라 하고 이를 줄여서 ‘OTEC’이라고 부릅니다.
1948년에 ‘해양에너지 개발 공단’이 조직되어 서아프리카 상아해안에 세계 최초로 해양온도차발전소가 건설되었습니다.
◆ ‘해양온도차발전’의 장점과 단점은 무엇인가요?
바다의 온도 차이를 이용해 발전하는 해양온도차발전의 장점은 첫 번째로는 ‘에너지 공급원이 무한하다’는 점을 꼽을 수 있습니다.
바다는 지구 면적의 70%를 차지하고 심해의 온도는 거의 변화가 없기 때문에 무한한 에너지 공급원입니다.
두 번째로, ‘이산화탄소(CO2)와 같은 유해물질을 발생시키지 않는 청정 자연에너지’라는 점입니다. 온도차를 이용해 발전하는 것이기 때문에 이산화탄소 같은 유해물질이 발생할 일이 없습니다.
셋째로, ‘주·야 구별 없이 전력 생산이 가능한 안정적 에너지원’이라는 점입니다. 바다를 있는 그대로 이용하기 때문에 특별한 저장 시설이 필요 없으며 계절적인 변동을 사전에 감안해 계획적인 발전이 가능한 우수한 자원입니다.
반면 단점 또한 존재하는데요. 첫째로, 발전설비를 바닷물의 부식성에 영향을 받지 않는 재료로 만들어야 한다는 것입니다. 발전 장비들이 바닷물 속에 들어가야 하기 때문에 바닷물의 염분을 견딜 수 있는 소재로 만들어져야 합니다.
두 번째로, ‘생물 때문에 생기는 오염을 막기 위한 대책이 필요’로 한다는 점입니다. 그리고 마지막으로 실제 OTEC 발전을 통한 전력 생산시 열역학 시스템의 총 효율은 2.5∼3.0% 정도입니다. OTEC 발전 시스템에서는 그 무엇보다도 적당한 작동유체를 개발하고 이를 향상된 열역학 사이클에 적용하여 그 성능을 측정하고 특성을 연구하는 일이 절대적으로 필요합니다.
◆ 해양온도차발전의 원리는 어떻게 되나요?
열대 부근의 바다는 태양열로 데워진 해수면과 수심 600∼700m의 바닷물 사이에 20℃ 이상 온도차가 납니다.
가열된 바닷물을 파이프라인으로 끌어 증기를 만드는 장치에 보내면 뜨거운 바닷물이, 끓는점이 낮은 암모니아나 프레온을 증기로 만들고, 이 증기의 힘으로 터빈을 돌려 발전하는 원리이며, 터빈을 돌리고 난 증기는 심해의 찬 바닷물로 냉각해서 다시 유체로 만들어 계속 사용합니다.
해양온도차발전 시스템의 원리는 일반 발전소의 가동 원리와 동일합니다. 바다 표면층의 더운물과 심층 냉수간 온도차를 이용해 비등액이 낮은 액체를 증발/냉각시킨 뒤 그 압력차를 이용해 발전하는 것으로 즉, 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시켜 전력을 생산하는 방법입니다.
◆ 해양 온도차 발전 세계 현황
미국은 ’80년대 초에 이미 160㎾ 급의 해양 온도차 발전에 대한 실증 실험을 마친 바 있으며, 하와이에는 50㎾ 급의 상용 발전소(Mini OTEC)가 가동 중에 있으며 10만㎾급의 대규모 발전소가 건설되고 있습니다.
하와이 주변 해역에 해양 온도차 발전소를 건설해 운영 중인 미국은 2000년부터 해양 온도차 발전을 통해 일부 연안지역에 전력을 공급할 계획이라고 합니다.
일본은 일찍부터 Sun-Shine 계획의 일부로 해양 온도차 발전 기술의 개발을 추진하여 도쿠시마에 50㎾급, 사가대학에 75㎾급, 토야마에 3.5㎾급, 국제 협력 사업으로 나우루섬에 100㎾급 시범 발전소를 건설하여 가동하고 있으며, 1000㎾급에 대한 실증 실험을 수행하고 있습니다. 이와 더불어 동남아국가에 관련기술을 수출까지 하고 있습니다.
프랑스는 남태평양의 타히티 섬에 5,000㎾급 해양 온도차 발전소 건설을 계획하고 있고, 북구의 핀란드도 스페인과 공동으로 저온도차 OTEC 시스템을 이용한 해수 담수화 장치 개발을 추진하고 있으며, 자마이카에 MW급 발전소 건설을 추진 중에 있습니다. 네덜란드도 ’80년대 후반부터 개발에 착수하여 인도네시아의 발리 섬에 250㎾급 발전소 건설을 추진 중이며, 영국은 10㎿급 해상 발전소 건설 사업을 추진하고 있습니다.
◆ 해양 온도차 발전 우리나라 현황
우리나라의 경우도 동해 남부 해역에는 표층수와 심층수 사이에 상당한 온도차가 존재한다고 알려져 있어 해양 온도차 발전 기술의 개발에 관한 전향적인 검토가 필요한 상황이나 계절적인 편차가 심하여 개발 착수에는 신중한 접근이 요구됩니다.
국내에서는 아직껏 해양 온도차 발전 기술의 개발이 본격적으로 추진된 바는 없으며 외국의 예에서 보듯이 우리의 경제적, 사회적 활동 무대를 넓히기 위한 국제 협력 사업의 하나로 추진하는 것도 고려할 필요가 있습니다. (한국에너지기술연구원 홈페이지 참고)
이처럼 무한한 에너지를 얻을 수 있는 해양온도차발전 아직 발전효율이 높지 않고 선진국들에 비해 우리나라의 연구가 더뎌 아쉬운 점은 분명히 있지만 지금부터라도 연구 및 조사를 통해서 해양온도차발전이 이뤄지길 기대해 봅니다.
출처 : 한국수력원자력 블로그
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