풍부한 에너지의 보고 ‘해양에너지’의 개념 및 전망

지금까지 우리는 다양한 에너지를 기반으로 많은 발전과 성장을 이뤘지만, 무분별한 에너지 사용으로 환경오염과 자원고갈이라는 문제에 직면해 있는데요. 이제 한 번 쓰면 고갈되는 에너지보다 횟수에 제한 없이 언제든 사용할 수 있는 재생가능 에너지가 필요하게 되었습니다. 재생가능 에너지는 태양, 바람, 물, 지열 등 자연에서 얻는 에너지를 말하는 것으로 특히 지구 표면적의 70% 이상을 차지하는 해양은 다양한 에너지의 보고인데요. 최근 새로운 에너지원으로 관심 받고 있는 해양에너지에 대해 자세히 알아보겠습니다. 

1. 해양에너지란? 

해양에너지는 해양의 파도, 조수간만의 차, 조류, 바닷물의 온도 차이 등을 에너지로 변환시켜 전기나 열을 생산하는 기술인데요. 석탄처럼 고갈되는 자원이 아니라 영구적으로 사용 가능한 자원인 만큼 전세계적으로 해양에너지 개발에 박차를 가하고 있습니다. 

2. 해양에너지의 장단점

해양에너지는 바다 한가운데 존재하는 에너지를 이용하기 때문에 거의 영구적인 사용이 가능하다는 장점이 있는데요. 청정에너지인 만큼 해양이나 대기오염에 대한 걱정이 적은 편이지만 에너지의 변동폭이 시시때때로 달라져 사람의 힘으로 조정하기가 어려운 면이 있습니다. 뿐만 아니라 해양에너지 사용을 위해 해상 구조물의 설계와 설치기술이 필요하며, 초기 투자비용이 많이 들어 전 세계적으로도 아직 본격적인 실용화 단계에 이르지는 못하고 있습니다. 

3. 해양에너지의 종류 

해양에너지를 이용한 전기 생산 방식은 파도를 이용하는 파력 에너지, 밀물과 썰물을 이용하는 조력 에너지, 좁은 해협의 거센 물살을 이용하는 조류 에너지, 심해수와 표면수의 온도 차를 이용하는 해양 온도차 발전까지 크게 4가지로 나눠볼 수 있는데요. 그럼 각각의 에너지들은 어떤 방식으로 만들어지며, 어떤 특징을 가지고 있는지 알아보겠습니다.

1) 파력발전 

파력발전은 파도의 움직임으로 공기를 압축시키고 그 압축공기로 발전기를 돌려 전기에너지를 얻는 공학적 기술입니다. 파도가 가진 에너지는 실로 어마어마해서 적절한 기술을 개발하면 수력발전에 버금가는 미래의 에너지원이 될 것으로 기대하고 있는데요. 단, 파도가 불규칙적이고, 부식성이 강한 바닷물에 대한 발전장치들의 내구성, 경제성 등 다양한 문제들로 인해 꾸준한 연구와 노력이 기반되어야 하는 분야입니다.

현재 영국에서는 파력발전으로 작은 마을에 전기를 공급하고 있으며, 일본에서도 파력발전으로 얻은 전기에너지로 등대를 밝히는 사례가 있는데요. 국내에서 또한 최근 제주에 첫 파력발전소를 설치해 시범 운영에 들어갔으며 이곳을 통해 지역 주민들에게 연간 약 580MWh 규모의 전력을 공급할 예정이라고 합니다. 

 

2) 조력발전

해수면의 상승·하강 운동을 이용해 전기를 만드는 것을 조력발전이라고 합니다. 밀물을 가두어 두었다가 썰물 때 내보내면서 발전기를 돌리는 방식인데요. 조력발전소는 설비를 갖추는 데 많은 비용이 들지만 연료가 따로 필요하지 않아 편리하고, 연료 사용으로 인한 공해 물질이 발생하지 않아 깨끗한 에너지를 생산할 수 있다는 특징을 갖고 있습니다. 조력발전의 경우, 자원 고갈로 인해 석유 가격이 상승하면 경쟁력이 생길 것으로 보고 있답니다. 

현재 가장 유명한 조력발전소는 프랑스의 랭스 조력발전소인데요. 프랑스, 캐나다에서는 조력발전소를 통해 전기를 만들어내고 있으며, 중국과 러시아도 작은 규모의 조력발전소를 가지고 있습니다. 유리나라의 경우 경기도 안산시 시화호에 조력발전소가 있는데 밀물과 썰물의 높이 차가 최대 9m를 넘기 때문에 아주 좋은 위치로 손꼽힙니다. 수질 개선과 함께 청정에너지 생산으로 일석이조의 효과를 얻고 있으며, 하루 두 차례에 걸쳐 총 254MWh의 전력을 생산해내고 있습니다. 

3) 조류발전

밀물과 썰물로 인해 생기는 조류와 빠른 물살을 이용한 에너지 발전 방법입니다. 수차를 구동하거나 기계장치의 운동을 통해 전기를 생산하는 기술로써 해수의 유속이 빠른 지역에서 적용 가능하며, 조류를 이용할 경우 계절에 관계없이 발전이 가능하다는 장점이 있는데요. 방대한 에너지와는 달리 발전장비 설치를 위해서는 대규모 토목공사가 필요해 이를 실용화하는 데는 기술적인 어려움이 따르고 있습니다. 

현재 우리나라에는 진도와 해남 사이의 울돌목에 조류발전소가 설치되어 있는데요. 조류발전을 위해서는 유속이 초속 2m 이상 돼야 경제성이 좋아지기 때문에 울돌목의 경우 초당 평균 유속이 5.5m로 우리나라에서 조류가 가장 센 곳으로 손꼽힙니다. 발전소 설치 후 400여가구가 1년간 사용할 수 있는 규모(1000kw급)로 시험운영을 마쳤지만, 장비의 잦은 고장과 낮은 경제성 등을 이유로 가동 중단되거나 철거 위기에 놓인 적도 있습니다.

 

4) 해양 온도차 발전 

수심에 따른 온도 변화를 이용해 에너지를 만드는 방법인데요. 표면의 따뜻한 해수와 심해의 차가운 해수를 이용해 열에너지를 기계적으로 변환시켜 에너지로 활용하는 기술입니다. 액체를 기체로, 기체의 압력으로 다시 발전기를 돌려 전기에너지를 만들어내죠. 보통 표층수의 온도는 10℃~30℃이며, 심층수 온도는 4℃ 이하이며, 표면과 심해의 온도차가 클수록 많은 에너지를 얻을 수 있어 위치상으로는 적도 지방이 가장 유리하답니다. 

1881년 프랑스에서 해양 온도차 발전이 처음 제안된 이후 실험이 계속 이어졌지만 기술상의 어려움으로 인해 성공하지 못했는데요. 1978년 드디어 미국 하와이 근해에서 소규모 실험이 성공을 거두게 됩니다. 해양 온도차 발전이 진행되면 영양염이 풍부하고 잡균이 적은 심층수를 어류 양식에 사용할 수 있어 해양 생물을 위한 환경 조성에도 큰 도움이 될 것으로 보입니다. 

 

4. 해양에너지의 전망 

풍부한 자원을 영구적으로 이용할 수 있는 해양에너지가 최근에는 유럽국가와 미국, 캐나다 등을 중심으로 해양에너지 개발이 본격적인 도약 단계에 접어들었습니다. 기술만 확보하면 에너지 자급률을 개선할 수 있고, 화석연료 사용에 따른 환경문제도 줄여나갈 수 있어 전세계적인 관심이 쏠리고 있는데요. 기술적인 측면에서는 높은 부식성과 가혹한 물리적 환경에 견디는 발전 시스템의 개발 등 극복해야 할 과제가 여전히 많습니다. 

현재 우리나라는 국토해양부와 산업통상자원부를 중심으로 2020년까지 총 4,770억 원을 투자해 해양에너지 시장 진출을 위한 기술적 기반을 확보하겠다는 계획을 가지고 있습니다. 특히 조선산업, 중공업 등 우수한 산업기반을 보유하고 있는 우리나라로서는 해양에너지 사용으로 얻을 수 있는 편익이 꽤 많은데요. 세계적으로도 해양에너지에 대한 투자가 초기단계에 머물러 있기 때문에 기술격차를 줄이기 위해 다양한 방안을 모색할 필요가 있어 보입니다. 

 

현재 우리나라는 국내 총수입의 1/3을 에너지 수입으로 소비하고 있는데요. 해양에너지 개발을 통해 낭비되는 금액 절감은 물론, 미래 신사업까지 창출할 수 있어 큰 기대를 얻고 있습니다. 특히 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 해양에너지 사업을 성장시키기 좋은 환경을 자랑해 해양에너지 사업으로 세계 시장에 우뚝 설 날도 그리 멀지 않아 보입니다.