온도차 발전은 어떻게 하는걸까?

오늘은 신재생 이야기 편으로 이야기를 하려고 합니다. 지금까지 해양의 힘을 이용한 파력, 조력을 알아보았습니다. 오늘은 온도 차 발전에 대해서 알아보겠습니다.

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해양 온도차 발전

영어로 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)이라고 합니다. 해양의 온도차를 이용해 발전을 하는 방식인데 이 온도 차는 표층수와 심층수의 온도차를 이용하게 됩니다. 하지만 바닷물이 표면도 차가우면 온도 차 발전이 힘듭니다. 그래서 적도 근처인 열대 해역에서 주로 발전을 하게 됩니다. 이때 열대해역은 해면의 온도는 20도이고 500~1000m 아래의 심층수는 4도 정도로 변함이 없습니다. 그렇다면 이 온도 차로 발전을 하게 되는데 어떻게 가능할까요? 기존에 아는 화력이나 원자력은 고온고압의 환경에서 증기를 돌리는데 이 방식으로 적용이 될까요? 여기서는 적용이 어렵습니다. 그래서 저온 비등 냉매를 사용하게 됩니다. 저온 비등 냉매라는 것은 암모니아나 프로필렌같이 끓는점이 낮은 물질을 압력을 적절히 조절해 4도일 때는 액화되고 20도일 때는 기화될 정도의 환경을 만들어줍니다. 그럼 기화된 작동 유체가 터빈을 작동시켜 발전을 하게 됩니다.

이 방식이 가장 기본적인 방식이고 폐회로 사이클(Closed-loop Cycle)입니다. 또 사용할 수 있는 방식은 개회로 사이클(Open-loop Cycle system)인데 기존에는 앞서 설명한 방식은 열을 작동 유체에 전달하였다면 개회로 사이클에서는 펌프로 유입된 따뜻한 해수를 펌프로 압력을 낮추어 비등하게 만들어 저압터빈을 구동하여 전기를 만드는 방식입니다. 이 방식은 심층으로부터 끌어올린 해수가 열교환기에서 응축되면서 담수를 만드는 역할도 한다고 합니다.

마지막으로 하이브리드형 사이클(Hybrid Cycle system)이 있습니다. 표층 해수를 유입해 일차적으로 폐회로 사이클(Closed-loop Cycle)로 전기를 생산하는데 여기서 나오는 온수를 개회로 사이클(Open-loop Cycle system)로 보내어 한 번 더 발전을 하고 담수까지 얻는 방식으로 구성되어 있습니다.
개회로 사이클이 5.5%의 전력효율 폐회로 사이클이 5%의 전력효율을 나타낸다고 합니다.

장점
-자원이 공짜이며 공해를 발생하지 않습니다.
-해수 담수화가 가능한 발전 방식도 있다.
단점
-온도 차가 20도 정도 나야 지속적인 발전이 가능하다.
-발전효율이 낮다.

이 발전방식은 아직 연구가 지속되고 있고 우리나라도 동해안 남쪽에 온도차가 큰 지역이 있어 활용 가능성이 있습니다. 하지만 아직은 갈 길이 먼 것 같습니다. 앞으로 효율 개선을 위한 연구들이 지속된다면 언젠가는 크게 상용화되는 날도 오지 않을까요?

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-이미지 출처-

1. http://tidalenergytoday.com/2017/06/12/new-otec-guide-on-the-horizon/
2. http://www.otecnews.org/2012/10/
3. https://www.britannica.com/technology/ocean-thermal-energy-conversion
4. https://www.slideshare.net/PrashantTipu/otec-54791316