비싸지만 깨끗한 해양에너지 1편

IMO2020 선언과 이에 따른 정부주도의 2050 탄소중립 추진전략이 공공, 에너지분야 곳곳에 새로운 바람을 불러일으키고 있다. 이번 장에서는
대체 에너지원으로서 해양에너지가 미래의 에너지 공급에 어떤 역할을 할 것인지, 최근 기술개발 동향과 미래전망에 대해 살펴보도록 하겠다.

해수 온도 차 발전(Tidal Power)은 해수면과 해저의 온도 차를 이용하여 전기를 생산하는 방식이다. 이 방식은 에너지원으로서 깨끗하며, 지속가능하고, 예측 가능하며, 대규모 발전이 가능하다는 장점이 있다. 최근 해수 온도 차 발전 기술은 대폭 발전되어 효율적인 전기 생산이 가능해졌다. 기존의 해수 온도 차 발전은 열교환기와 액체 등의 매개체를 사용하여 작동하는 불완전한 시스템이었지만, 최신 기술에서는 새로운 열교환기와 발전기 기술이 적용되어 발전 효율이 대폭 향상되었다.
해수 온도 차발전은 크게 열교환 방식에 따라 폐쇄식과 개방식으로 구분한다. 폐쇄식은 암모니아나 프레온 같은 냉매를 순환시키고, 개방식은 표면에 있는 바닷물을 순환시킨다. 구체적으로 폐쇄식은 냉매를 뜨거운 표층수로 기화시키고, 차가운 심층수로 액화시키는 순환 과정을 통해 전기를 만들어낸다. 이에 반해 개방식은 표층수로 직접 터빈을 돌리는데 기압이 낮아지면 낮은 온도에서도 물이 끓는 원리를 이용한다. 진공 체임버에 표층수를 주입해 낮은 온도에서도 끓게 하여 전기를 생성하는 방식이다. 국내에서는 해양수산부 산하 선박해양플랜트연구소에서 폐쇄식 발전방식을 연구하고 있는데, 2014년 강원도 고성에 200kW급 실증플랜트가 제작됐고 1MW 설비가 2017년 제작돼서 적도에서 실증연구를 진행할 예정이다. 특히, 국내 기술로 개발된 'R32'라는 냉매의 증 또한 해수 온도 차 발전에 필요한 재료를 대량 생산하고 비용을 절감할 수 있는 기술도 개발하고 있다. 현재 해수 온도 차 발전 기술을 보유하고 있는 주요 국가는 중국, 일본, 프랑스, 캐나다 그리고 한국이다.
해수 온도 차 발전의 단점은 기존 기술과 비교하면 효율이 낮은 편이며, 대규모 발전시 설치비용이 매우 비싸다는 점이다. 또한, 생태학적 영향을 주는 가능성도 있으므로 더욱 깊이 있는 후속연구가 필요하다.
미래전망으로는 해수 온도 차 발전이 지속가능하고 깨끗한 에너지원으로 인식되므로, 기술개발은 더욱 발전하여 심해에서의 해수온도 차를 이용하여 전력을 생산하는 기술이 개발될 것으로 예상하고 있다. 또한, 해수 온도 차 발전이 지속가능하고 대규모 생산이 가능한 에너지원으로 인식되면, 이를 활용한 외국 시장이 크게 성장할 것으로 예상한다.

조력 발전(Tidal Current Power)은 조류를 이용하여 전기를 생산하는 방식이다. 조력 발전의 최근 기술동향 조력 발전 기술의 주요 동향으로는 더욱 대형화 및 해상 조력 발전 기술의 개발이 있다. 대형화는 발전기의 출력이 증가함에 따라 단위 발전기당 설치 비용을 낮추고, 해상 조력 발전은 해상풍력 발전과 유사한 기술을 이용하여 해상에서 전기를 생산하는 기술이다. 또한, 발전 기술에서는 더욱 높은 발전 효율을 추구하는 기술 개발과 안정성 확보를 위한 기술 발전 등이 이루어지고 있다.
기술을 보유한 국가 조력 발전 기술을 보유한 주요 국가로는 덴마크, 독일, 중국, 미국 등이 있다. 이들 국가는 조력 발전 분야에서 기술력을 인정받고 있으며, 각국에서 다양한 조력 발전 기술을 연구하고 개발하고 있다.
장단점 및 한계 조력 발전의 장점으로는 깨끗한 에너지 생산과 대기오염 등의 환경오염을 최소화할 수 있으며, 지속 가능한 에너지 생산이 가능하다는 점이 있다. 그러나, 조력 발전의 단점으로는 발전량이 낮거나 불안정하여 전력 공급이 보장되지 못하며, 건설 및 유지보수 비용이 높아지는 등의 문제점이 있다. 또한, 조력 발전은 자연조건에 많이 영향을 받아 일정 수준 이상의 바람이나 조류 등이 필요하다.
미래전망으로는 전력 생산의 중심이 화석 연료에서 신재생 에너지로 이동하는 것이 예상된다.. 특히, 기후 변화 문제와 에너지 안보 문제 등이 대두하면서, 조력 발전은 미래 신재생 에너지 발전의 주요 축으로 자리 잡을 것으로 예상한다. 이를 위해 더욱 높은 발전 효율과 안정성 확보를 위한 기술 개발과 경제적으로 효율적인 조력 발전 설비의 보급이 필요하다.
염전력 발전(Salinity Gradient Power)은 염수와 담수 사이의 염도 차이를 이용하여 전기를 생산하는 방식이다. 이 방식은 에너지원으로서 깨끗하고, 예측 가능하며, 지속 가능하다. 또한, 다른 대규모 에너지 생산 방식과 비교하여 상대적으로 적은 부지에서 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 최근의 염전력 발전 기술은 전해질 선정, 막 기술, 염도 분리 및 처리 기술, 수송 및 발전 시스템 기술 등에서 발전되었다. 이 중에서 막 기술은 염도 차이를 이용하여 전기를 생산하는 핵심 기술 중 하나이다. 최근에는 기존 막 기술을 보완하고 대규모 생산이 가능한 새로운 막 기술이 개발되어, 염전력 발전의 효율성이 더욱 향상되었다.
염전력 발전을 보유한 주요 국가로는 네덜란드, 미국, 노르웨이, 한국 등이 있습니다. 특히, 한국은 2019년 12월에 삼성중공업과 한국수자원공사가 협업하여 국내 최초의 상용화된 염전력 발전 플랜트인 "에코밸류"를 세계 최초로 개발하였다.
염전력 발전의 장점은 염도 차이가 존재하는 모든 지역에서 전기 생산이 가능하다는 것이다. 또한, 해양생태계에 대한 영향도 상대적으로 적다.? 단점은 기술의 발전이 아직 초기 단계에 있다는 것인데, 대규모 생산을 위해서는 대규모 부지를 필요로 하기도 한다. 미래전망으로는 에너지 경제성이 향상될 것으로 예상한다. 염전력 발전 기술은 보다 발전되고 안정적인 시스템으로 발전될 가능성이 높으며, 해상에서의 발전이 가능한 점에서 해외시장에서도 큰 인기를 얻을 것으로 예상한다.