바다에서 에너지를 얻는다 - 파력발전

지금까지 재생에너지 중에 태양, 바람, 물의 낙차에서 에너지를 얻은 것을 이야기해왔죠? 

오늘은 바다에서 에너지를 얻는 방법을 소개해보겠습니다.

해양 에너지

파도, 조석간만의 차, 해양의 온도 차에서 나타나는 에너지를 일컫는 말입니다.
파도는 파력발전, 조석간만의 차로는 조력/조류발전, 온도 차로 온도 차 발전이 가능합니다. 하나씩 자세히 살펴보도록 하죠.

파력 발전

파동에 대해서 아시나요? 파동은 일종의 에너지의 전달입니다. 소리의 전달, 빛의 전달도 파동이죠. 파도는 전달 매개체로 매질을 물을 사용합니다.

이를 파도라 하죠. 파동으로 물의 이동은 크지 않지만 많은 에너지를 전달하게 됩니다. 국내에 있는 파력에너지의 부존량은 약 650만kW라고 합니다. 이를 잘 이용할 수 있다면 발전 일부분을 차지하는 역할을 하고 있을 겁니다.
하지만 이 에너지를 전력으로 변환시키는 일은 생각보다 쉽지 않았습니다. 19세기 말부터 시도하였지만 전력변환효율이 낮은 관계로 상용화에는 오랜 시간이 걸렸습니다. 발전원리는 어떻게 될까요?
파도가 칩니다→1차 변환→2차 변환→발전→송전→전력이용의 방식으로 전력을 사용하게 됩니다.
여기서 1차 변환은 파도의 에너지 파랑 에너지를 흡수하는 방법의 차이가 존재합니다. 이 에너지를 발전에 사용할 수 있는 에너지로 전환하는 것이 2차 변환입니다. 1차 변환에는 가동물체, 진동수주, 파랑의 수압변동 흡수등의 방법으로 에너지를 흡수를 합니다. 즉, 파도의 에너지를 기계적 에너지로 전환합니다. 2차 변환에서는 유압장치, 공기터빈, 수류터빈등을 이용합니다. 즉, 기계적 에너지를 전기에너지로 전환합니다. 여기서 1차 변환-2차 변환이 대표적으로 사용되는 발전 방식은 작동원리에 따라 3가지 정도로 나누어집니다. 이 세 가지 위주로 설명하겠습니다.

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-가동 물체형 : 파도에 의해 고정된 힌지를 중심으로 상하운동을 하는 부유구조물을 사용합니다. 이 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하는 물체의 움직임을 전기에너지로 변환하게 됩니다.

부유식, 잠수식 두 가지 방법으로 설치합니다. 파력에너지를 직접 이용하기 때문에 에너지 효율이 비교적 높은 장점이 있지만 파력 발전기가 파력을 직접 부딪혀야 하므로 구조물이 빨리 취약해집니다.

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-진동 수주형 : 발전기 내부 공기 챔버에 있는 물이 상하 진동함으로써 공기 챔버안의 공기가 왕복 운동을 하게 됩니다. 이로 인해 파랑 에너지를 공기의 유동에너지로 1차 변환하고 이를 다시 공기 터빈을 사용하여 2차 변환합니다. 설치 방법은 부유식, 고정식, 안벽형으로 설치됩니다. 발전효율이 월파형 보다 높고 파랑의 형태와 상관없이 발전이 가능한 장점이 있지만 파랑의 변동성을 제어하기 힘듭니다.

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-월파형 : 파력의 진행 방향 전면에 비탈면을 두어 파랑 에너지를 위치에너지로 변환하여 물을 저장합니다. 이 저수시설의 하부에 설치한 수차 터빈을 돌려 발전을 합니다. 기존에 설명한 수력 발전과 동일한 방법입니다. 설치방식은 파도를 저장하기 위해 잠수식은 불가하고 부유식, 방파제의 방식으로 설치됩니다. 방식은 직관적이지만 일정 수위 이상에서만 발전이 가능합니다.

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파력발전의 장점
-무한한 에너지원이다.
-소규모 발전이 가능하다.
-방파제로도 활용할 수 있다.
-친환경적이다.

파력발전의 단점
-파도에 따라 발전출력 변동이 심하다.
-초기 제작비가 높다.
-수심, 바람, 항해, 육지에서 거리 등을 고려해 입지 조건이 한정적이다.

오늘은 파력발전에 대해서 알아보았습니다. 미래를 보았을 때 바다에서 에너지를 얻는 것은 필수적이라고 생각합니다. 그런 면에서 파력발전은 더욱더 발전되기를 기대해봅니다.

다음 시간에는 조력 발전에 관해서 다루어 보겠습니다. 

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-이미지 출처-

1. https://pixabay.com
2. http://www.oceanenergycouncil.com
3. http://www.ctman.kr/news/3782
4. http://koc.chunjae.co.kr/Dic/dicDetail.do?idx=14493
5. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
6. https://www.pelamiswave.com/pelamis-technology/
7. http://www.soz-etc.com/energien-erneuerbar/
8. https://www.researchgate.net
9. https://iphoto.kiost.ac.kr/