장점, 무한한 해수 원료부족 없는 재생에너지, 막대한 양의 담수도 얻어
단점, 장치 대형화 경제적 비용이 문제, 발전효율은 2~3%로 낮아
[에너지단열경제]박장수 기자
해수의 수심에 따른 온도의 변화를 이용하여 발전하는 방법이다.
해수의 낮은 수심의 물(표층수)과 깊은 수심의 물(심층수)의 온도차를 이용하여 표층수의 열로 액체(암모니아 등)를 기체로 만들고 이 기체의 압력으로 터빈을 돌려 발전하며 심층수로 기체를 다시 액화시키는 방법을 이용한다.
표층수의 온도는 10°C~30°C이며 심층수 온도는 4°C 이하이다.
해양 온도차 발전은 이처럼 해면의 온수와 심해 냉수의 20도 이상의 온도차를 이용하는 것이다.
태양에 의해서 가열된 높은 온도의 표층수를 파이프라인으로 증화기에 흡인하여 진공펌프로 감압한다.
물은 기압이 낮아지면 그만큼 낮은 온도로 비등하여 증발한다.
이 증기로 저압터빈을 돌려서 발전한다.
일을 한 증기를 약 400m 심층에서 취한 8℃의 차가운 바닷물로 냉각하여 일의 능률을 올린다.
냉각한 증기는 담수로서 회수한다.
프랑스 아비잔에서는 7,000kW 전력과 부산물로서 1일 약 1만4000t의 담수를 얻는다.
온도차 발전의 연구는 프랑스가 가장 앞서고 있다.
서아프리카 상아해안에 세계 최초의 온도차발전소를 완성했다.
프랑스 외에 미국 ·이스라엘 등도 온도차발전 개발을 하고 있다.
온도차를 암모니아나 프론 등의 작업유체로 이환하여 발전 터빈을 돌리는 구상이 있다.
또 20~30℃의 해수로부터 100℃의 열탕을 질산을 써서 효율화할 수 있는 방법도 모색되고 있으며 이론효율이 비교적 높다는 평가를 받고 있다.
온도차 발전의 원리는 온도차 에너지를 이용한 것이다.
바다는 태양과 가까운 표층부터 데워지고, 그 열이 점차 아래로 전해지기 때문에 표면으로부터 100m~1,000m 정도의 구간에서 온도가 급격히 저하되어 1,000m 이하에서는 4-6℃ 정도가 된다.
태평양과 인도양의 수심 1000m와 표층수간의 연 평균 온도 차이를 보면 적도 지역을 중심으로 20℃ 이상의 온도차가 있는데 이처럼 바다 표면 쪽과 바다 깊은 곳의 온도차에 의해 생기는 열에너지가 온도차 에너지이다.
이런 온도차 열에너지를 이용해 표층의 온수를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전하는 방식이다.
온도차발전이 들어설 수 있는 조건은 표층수와 심층수와의 온도차가 큰 해안이어야 한다.
아프리카의 아이보리해안처럼 적도에 가깝고 바람이 강하지 않으며 잔잔한 곳이어야 한다.
또 심층의 차가운 해수가 필요하므로 해안에 깊은 해중절벽과 같은 지형이 있어야 한다.
<장점과 단점>
대기를 오염시키지 않을 뿐만 아니라 방사성의 폐기물도 나오지 않는다.
연료의 수송을 필요로 하지 않고, 해수는 무한히 있으므로 원료부족이 없는 재생에너지다.
또 발전소 건설을 위해 특별한 용지가 필요하지 않고 고온이 되는 부분이 없는 만큼 기기 장치에 특수한 금속재료를 사용할 필요가 없다.
조석이나 파랑 등의 해상요소에 별로 영향을 받지 않고 전력을 생산할 수가 있다.
발전과 동시에 해수를 청수로 바꾸는 것이므로, 막대한 양의 담수를 얻게 되며, 그 밖에 부산물로는 식염 마그네슘, 요오드(옥소) 등의 해수 중 자원을 얻는 효과도 있다.
단점으로는 수증기의 압력이 높아야 막대한 양의 증기압을 얻을 수 있으므로, 터빈을 비롯한 여러 가지 장치가 대형화되어야 한다.
설치비가 많이 소요되어 경제적 비용이 문제다.
해수를 끌어들이는 파이프를 해수 중에서 파도나 해류로부터 파괴되지 않도록 견고한 재료를 써야 하며, 열전연이 필요해 비용이 많이 든다.
해안근처에서는 표층과 심층간에 일년을 통해 볼 때, 큰 온도차가 있으나 폭풍우가 심할 때에는 온도차가 적어지며 설비의 손실을 볼 수가 있다.
해수중에는 기체가 용존되어 있으므로 수증기 발생기내의 압력을 내리면 기체가 발생하여 압력을 올리는 역할을 하게 되므로, 발전 능력을 저하시킨다.
현재까지 발전효율은 2~3%에 그치고 있다.
많은 양의 해수를 표층과 심층으로부터 끌어 올려야 하기 때문에 큰 동력이 필요하며 복수기로부터 따뜻해진 해수를 해양으로 유출시키면 부근해양이 변하게 되어, 최초에 생각했던 온도차가 확보되기 힘든 단점도 있다.
하편 온도차 발전과 유사한 것으로 원자력 발전소의 냉각장치가 있다.
바닷물의 심층수를 원자력 발전소의 냉각수로 사용하고 사용된 후 데워진 물은 다시 온수성 어류의 양식에 이용되기도 한다.
<발전효율(generating efficiency)>
해양온도차 발전효율이 2~3%에 그치고 있다.
투입하는 에너지에 비해 전기생산량이 낮다는 뜻이다.
발전효율은 발전기에 투입하는 에너지에 대한 발전량의 비율이다.
화석연료의 연소열로 발생시킨 증기를 이용하는 기력발전에서는 터빈에 유입하는 증기의 열에너지가 투입 에너지에 해당하며, 수력발전에서는 수차로 흘러내리는 위치 에너지가 투입 에너지가 된다.
현재 운용되고 있는 기력발전의 발전효율은 40~50%이며, 수력발전의 발전효율은 80~90% 정도다.
현재 단계에서의 여타 발전기의 발전효율을 보면, 건식 태양광발전이 8~15%, 풍력발전이 30%, 연료전지가 20~40% 정도다.
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