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조력발전/조류발전 터빈시공

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해양토목

2020. 3. 20.

조류발전 터빈시공 / 조력발전 터빈시공

 

 

조력발전과 조류발전에 대해 먼저 설명해야 할듯 합니다.

 


조류발전이란?

 

해안에 방파제를 설치하여 조수간만의 차이를 이용하여 발전하는 조력발전과 달리, 빠른 해수의 흐름이 나타나는 해역에 댐이나 방파제의 설치 없이 해류를 이용하여 바닷속에 설치한 터빈을 돌리는 발전방식.

방파제를 건설할 필요가 없기 때문에 조력발전에 비해 비용이 적게 들고, 선박 다니기가 자유로우며, 어류의 이동을 방해하지 않고 주변 생태계에 영향을 주지 않아 환경친화적인 것으로 평가되고 있습니다.


국내에서 조류발전이 시도된 때는 1963년입니다.

울돌목 일대에 조류발전 시설을 설치했는데, 준공하는 순간 버팀대가 부러져 실패했다고 전해지고있으며, 해양수산부는 조류발전의 본격적인 연구를 위해 2001년 8월부터 해남과 진도 사이의 울돌목과 인근 장죽소도 등 전남 남해안 해역을 중심으로 조류발전소 건립 타당성 조사를 실시하는 등 사전 작업을 통해 2008년 5월 전남 진도군과 해남군 사이의 울돌목(명량해협)에 국내 최초, 세계 최대 규모의 시험 조류발전시설 설치에 성공했습니다.

 

조류는 재생 가능한 비(非)고갈성 운동에너지로,

조류발전은 조류의 자연적인 흐름으로 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 방식을 말하는데, 이는 운동에너지를 회전에너지로 변환하여 터빈을 돌린다는 점에서 원리상 풍력발전과 같습니다.

밀도를 비교했을 때 해수가 공기보다 약 840배 정도 크므로 풍력발전에 비해 에너지 밀도가 높고, 조수의 낙차를 이용한 조수발전과는 달리 바닷물의 흐름을 이용하는 발전 방식이므로 발전 설비를 설치할 때, 저수지 확보를 위한 댐이나 둑 등의 건설이 필요 없으며, 선박 및 어류의 이동을 방해하지 않아 환경 친화적 에너지 시스템에 해당합니다. 하지만 조수간만의 차가 커 유속이 빠른 지형에서만 발전 가능하며, 역으로 빠른 유속 때문에 발전 설비 설치가 어렵다는 문제가 있습니다. 또한 해양 설치비, 육상까지의 계통연결 비용 등으로 인해 초기 투자비용이 높다는 단점이 있습니다.

 

발전 방식은 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 유체의 에너지를 직접 전기에너지로 변환하는 전자유체발전 방식과 조수간만의 차를 이용하여 조류의 운동에너지를 회전에너지로 변환시키는 발전기를 이용한 방식이 있다. 발전기를 이용하는 방식은 물살의 발향과 회전축의 방향이 이루는 각도에 따라 수평축 터빈 방식과 수직축 터빈 방식으로 나뉘며, 조류 발전 시스템의 고정 방식에 따라 파일고정식, 착저식, 계류식으로 구분할 수 있습니다.

 

조력 발전(潮力發電)은 바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산하는 원리의 발전 형태입니다.

 

조력은 태양이나 달의 인력에 의해 발생하는 조석현상으로 인해 해면 높이의 차이가 생기게 되고 이 과정에서 발생하는 위치에너지의 차이를 전력으로 변환하는 발전방식입니다.

조력발전은 하루에 두 번의 밀물과 썰물이 발생하는 외해, 내해의 수위차를 이용해 수차 발전기로 전기를 생산하게 되는 것으로 바다의 수위차를 이용한 발전이라 할 수 있습니다.

 

 


조력발전의 원리와 장점

 

수위차의 발생은 밀물때 물을 가두었다가 썰물 시간에 수문을 열면 물이 이동하면서 터빈을 돌려 전기를 발생시킵니다. 반대로 썰물 역시 후에 밀물 쪽으로 이동하면서 터빈을 돌려 발전을 하게 됩니다.

 

더 자세히 설명하면

기본 원리는 조류가 밀려드는 동안 수문이 열려 저수지가 채워지고, 만조(滿潮)일 때는 수문이 닫힙니다.

유입한 바닷물을 높은곳의 저수지에 가두어 두었다가, 간조(干潮)와 같이 터빈을 작동시킬 만큼 충분한 낙차(落差)를 얻을 때 물을 방수하여 발전기를 회전시키는 원리입니다.

 

즉 저수지로 흘러들어온 조류로 터빈을 작동시켜 발전하는 방식으로, 실제적으로는 조차가 큰 강 하구나 만에 방조제를 건설하여 조지를 만들고 방조제 안과 밖의 수위차를 이용하여 발전시킵니다.

 

발전 방식은 대체로 수력 발전과 비슷하며, 위치에너지는 조지의 면적과 조차의 제곱에 비례합니다.

 

이러한 조력발전은 바다의 힘을 이용하는 자연적인 발전의 형태로 입지조건이 제한되는데,

에너지원이 무제한, 무한정이고 공해의 원인이 되지 않기 때문에 장차 유망한 발전방법입니다.

공해에 대한 문제도 없고 저장자원을 사용하는 것도 아니기 때문에 청정에너지라는 큰 장점이 있습니다.

또한, 유지비가 적게 드는 장점이 있어 유지관리가 우수합니다.

하지만 그 지역에서 많은 양의 전기를 얻을 수 있으나,

조력 발전은 계절에 따라 주기적으로 수행되며 변동되는 단점이 있습니다.

 

 


조력발전의 단점

 

조력발전은 운동에너지의 80%~85%를 전기로 전환시키기에 화석연료를 사용하는 발전소에 비해 효율적이나 주변 갯벌 환경에 영향을 미치거나 설치할 수 있는 장소가 제한적인 점, 조위의 변화량이 균일하지 않다는 점, 조수간만의 차가 일정한 시간대에는 발전을 못한다는 단점과 초기 건설비용이 비싼 것이 단점입니다. 그러나 지속적인 발전이 기대되는 발전의 하나입니다.

 

 


조력발전과 조류발전의 차이와 장단점

 

조력발전과 조류발전은 모두 조석현상을 활용한 에너지 생산방식이라는 점에 공통점을 가지고 있습니다.

조석현상은 장기적으로 정확하게 예보할 수 있기에, 조력발전과 조류발전으로 얻을 수 있는 에너지의 양 또한 장기적으로 예측할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

조력발전은 해수면의 상하운동을 이용해 전기 에너지를 생산하는 방법입니다.

조력발전의 방법으로는 여러 가지가 있는데,

이중 바닷물 저수지를 활용하는 “조지(바닷물 저수지)” 방법이 대표적입니다.

오늘날 대부분의 조력발전은 바로 이 조지를 활용해 이루어진다고합니다.

이 방식은 바다에 방조제를 쌓고, 자연적으로 변화하는 바닷물의 높낮이 차를 이용하며 에너지를 얻는다고 합니다.

높은 곳에 있던 바닷물을 낮은 곳으로 떨어뜨리면서 수차와 발전기를 돌려 전기를 생산해 내는 방법입니다.

 

조류발전은 자연적인 조류의 흐름을 이용해 전기를 생산하는 방식입니다.

조류의 흐름이 빠른 곳에 수차를 설치해 조류가 흐를 때 일어나는 에너지로 전기를 만들어 내는 것입니다.

이 방식은 자연스러운 조류의 흐름만 확보된다면 따로 조력댐을 설치하지 않아도 되기 때문에 조력발전보다 친환경적이라는 장점이 있습니다. 대신 발전을 적절하게 조절할 수 있는 지점을 선정하는 데 어려움이 따를수 있습니다. 또한 자연적인 흐름이 얼마나 세게 일어나는가에 따라 발전량이 좌우된다는 것이 단점입니다.

 

 


조력발전의 종류

 

조력발전방식은 조석의 이용횟수에 따라 크게 단류식 발전과 복류식 발전으로도 나눌 수 있습니다.

 

  단류식  

 

단류식은 밀물과 썰물의 수위차를 이용해 발전하는 조력발전

단류식의 경우 이용 방향에 따라 창조발전과 낙조발전으로 구분됩니다.

 

1. 창조발전

낙조 때에 수문을 개방하여 조지수위를 간조수위까지 낮춘 후 창조 시에 발전을 하는 발전

발전 -> 대기 -> 배수 -> 대기의 사이클을 1일 2회 반복하는 방식으로 운전됩니다.

한계가 있지만 발전 방식이 가장 간단하고 발전 설비의 가격도 저렴하여 가장 실용적인 조력 발전 방식으로 꼽힙니다.

 

2. 낙조발전

낙조발전은 조력 댐을 설치하여 조지를 조성

창조 시에 수문을 개방하여 조지 내에 해수를 만조수위까지 채운 후 수문을 닫고 대기하다

낙조 때 조지와 외해조간의 높낮이 차이를 이용하여 발전하는 방식입니다.

 

  복류식  

 

복류식 역시 수위차를 이용하지만 밀물과 썰물 양쪽으로 발전

창조식과 낙조식 모두 발전이 가능하며 단류식에 비해 발전기간이 연장될 수 있습니다.

그러나 수차 발전기가 두 방향으로 모두 가능해야 하기 때문에 단류식 수차발전기보다 구조가 복잡해질

우려가 있습니다.

일반적으로 이 발전방식은 조차가 아주 크게 발생하는 지역에서 이용하면 단류식보다 유리한 조건으로

이용할 수 있다고 알려져 있지만 우리나라의 경우에는 복류식보다 단류식이 더 상용화되어 있습니다.

지형의 조건상 단류식을 채택해야 하기 때문입니다.

 

우리나라에는 경기도 시화호에 위치한 시화호 조력발전소가 있습니다.

놀라운 사실은 세계에서 가장 큰 규모를 자랑하는 세계 최대 1위의 조력발전이라는 사실입니다.

시화호는 시흥을 끼고 있는 경기만 갯벌에 물막이 공사, 매립공사를 해 만든 인공호수로

단류식 창조발전을 진행하고 있습니다.

 

 

 

※ 시화호 조력발전소 ※


홍수 완화 및 농경의 목적으로 지어진 12.7km의 방조제에 2004년부터 2011년까지 7년 동안 발전소를 건설했으며,

같은 해 8월부터 전력 생산을 시작했습니다.

10개의 터빈과 8개의 수문 게이트가 있고, 연간 발전량 552.7GWh로 500,000가구에 전력을 공급할 수 있는

현존 세계 최대 규모의 조력발전소입니다.

시화호 조력발전에 관해 더 자세한 사항은 시화호 조력발전 문화관이 건립되어있으니

방문해서 관람한다면 좋을듯합니다.

 

문화관은 조력의 근원이라고 할 수 있는 다르이 형상을 전망대의 모티브로 삼아 시화호를 밝히는 달(전망대)에서 비롯하는 조력의 무한한 에너지(조력문화관)라는 스토리로 형태를 구성되었습니다.

전망대는 원형으로 구성되어 전방향으로의 전망을 확보했으며, 조력문화관은 무한대의 형상으로 교차하는 판으로 구성하여 강렬한 이미지로 다가올 수 있도록 계획되었다고합니다.

 

※ 시화조력문화관 ※

 

전시기능과 레스토랑 및 전망기능을 포함하고 있는데,

이를 별동으로 구성하며 그 사이에 바다로 열린 마당공간을 형성하였고, 사방이 트여진 대지조건 속에서 위요감있는 공간을 형성해 조금 다른 풍경으로 바다를 보여주고자 했다고합니다.

전시관은 도로 및 기존 관리동에 근접하여 전시관에서 조력발전소 견학으로 이어지는 전시동선의 효율성 및 도로에서의 정면성을 고려했으며, 달전망대는 바다쪽으로 최대한 접근하여 바다와 접한 휴게공간으로 구성되어있다고합니다. 별동으로 계획된 덕분에 전시관과 전망대를 별도 운영하기 용이하여 현재 달전망대는 레스토랑 및 카페테리아, 전망카페가 야간에도 운영중이라니, 많이들 관람하시면 좋을듯합니다.

 

 


조력/조류 발전 터빈설치

 

조력 발전기는 구조가 풍력 발전기와 비슷하다.

에너지를 일으키는 매개체가 공기 풍력이 아닌 물이라는 것만 다를뿐 그 원리는 동일하다.

원리 구조는 비슷한 발전이나 매개체인 물의 밀도가 공기보다 훨씬 높음으로 작은 규모의 발전기로도 발전이 가능한 큰 장점을 가진 것이 조력발전이다.

바닷물의 조석은 일년내내 거의 일정하며, 태양에너지 및 풍력 에너지 같은 다른 발전 방식과 연결 할 경우 서로를 보완해 발전력은 극대화된다.

 

조력 터빈은 빠른 조류가 지나가는 해저나 강하고 지속적인 해류가 지나는 곳에 설치할 수 있다.

이 터빈은 직경 15~20m의 트윈 축류 로터로 구성되어 수력 및 풍력 터빈과 같은 기어 박스를 통해 발전기를 구동한다. 각 시스템에 작창된 트윈 발전기는 해저에 고정된 지름 약 10 피트의 강철 기둥의 양 측면에 날개 모양으로 설치된다.

 

해류는 다른 신재생에너지원과 달리 달이 일으키는 규칙적인 주기에 따라 생산되는 일정한 운동 에너지원으로 볼 수 있다. 물은 공기보다 밀도가 800배 더 크기 때문에 시간당 몇 마일의 속도만으로도 시간당 300마일에 해당하는 풍속과 유사한 에너지를 생산할 수 있다. 또한 이 밀도 차이로 인해 조력 터빈을 작게 만들 수 있고 바로 인접하여 다른 터빈을 설치해도 동일한 양의 전기를 생산할 수 있습니다.

 

 


미래에너지 개발의 중요성과 자세


조류발전과 조력발전은 온실가스를 방출하지 않아 지구온난화를 완화시킬수 있는 청정에너지로 각광받고 있습니다.

그러나 발전소 건설 및 유지과정에서 습지 등 환경을 침해할 가능성도 다소 있으므로

건설 전 반드시 신중한 조사와 연구가 이루어져야합니다.

미래 에너지 개발의 핵심은 환경을 해치지 않으면서 문명과 과학의 발전에 기여해야한다는 점인데, 인류와 자연이 평화롭게 공존할 수 있는 해양에너지 개발에 우리가 앞장서야하는 이유입니다.

 

(주)대한마린산업은 파력발전, 조력발전, 조류발전 등의 해양에너지의 개발 시공에 참여하고 있으며

해양환경을 보존하는 일에 노력을 쏟고 있습니다.


(주)대한마린산업은 수많은 실적을 보유하고 있으며 현재까지 아주 많은 성과를 보유하고 있습니다.
현재 ISO를 비롯한 KR한국선급, GL독일선급, DNV노르웨이선급, LR영국로이드선급, NK일본선급 등을 보유하고 있으며

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