선박 항해 장애물, 튼튼한 만큼 설비비용 비싸져
[에너지단열경제]박장수 기자
파력발전은 바닷물결을 에너지원으로 활용하는 재생 에너지다.
파도로 인해 수면은 반복적으로 상하운동을 하게 되고 물분자는 앞뒤로 흔들리게 된다.
이런 운동을 에너지 전환기계를 통하여 회전운동으로 전환시킨 뒤 전기에너지로 바꾸는 것이다.
조수간만의 차를 이용해 발전기를 돌려 전기를 얻는 방식인 조력발전과는 차이가 있다.
해류의 선회운동으로 전기를 생산하는 조류발전과도 다르다.
부표, 등대 등의 소전력용 및 해양 관측, 해저석유 채굴의 타워용, 낙도해안 등에서 이용된다.
파력발전은 입사하는 파랑에너지를 원동기의 구동력으로 변환하여 발전한다.
파력 에너지를 이용한 파력발전에 관한 연구는 1973년 제1차 석유파동 이후 전 세계적인 관심을 불러 모았다.
파력자원이 풍부한 일본, 영국, 노르웨이 등에서 활발하게 추진되고 있다.
현재 50여 종의 파력 발전 장치가 고안되어 있다.
실용화되어 있는 것은 공기 터빈을 쓰는 방식이다.
파도에 의한 해면의 상승 하강 운동을 피스톤을 이용하여 공기의 흐름으로 바꾼 다음, 공기 터빈을 돌려서 발전기를 움직인다.
파력발전의 원리는 설치형태와 발전 방식에 따라 차이가 있다.
진공수주 방식은 밀폐된 발전기 내부 공기를 물이 상하 진동함으로써 왕복 운동을 하게 해 공기 압력의 변화에 의해 공기터빈이 돌아가면서 발전하게 만든 형태다.
풍력발전과 비슷하지만 바람이 불지 않아도 파도만 친다면 계속 움직일 수 있다는 장점이 있다.
월파형은 밀려오는 파도가 해상에 설치된 경사면을 타고 올라 일정한 높이의 저수조에 담기도록 한 뒤 저장된 물의 낙차를 이용해서 발전 터빈을 돌리도록 하는 형식이다.
파도를 저장하기 위해 부유식, 방파제의 방식으로 설치된다.
가동물체형(연결부체운동)은 파도로 인해 민감하게 움직이는 부체간의 상대운동을 전기에너지로 변환하는 방식이다.
세계 최초의 실용적인 파력발전소는 스코틀랜드 아일레이 섬의 해변에 설치됐다.
상업적인 용도로는 지난 2006년 포르투칼 연안에 바다뱀처럼 생긴 펠라미스가 설치됐다.
펠라미스는 여러 개의 마디로 이루어져 파도의 움직임에 따라 경칩이 움직이면서 터빈을 돌려 전기를 생산해 낸다.
우리나라도 최근 안정적 전력생산이 가능한 파력발전이 개발돼 청신호가 보이고 있다.
한국건설기술연구원 인프라안전연구본부 연구팀은 지난해 기존 파력발전 기술과 비교해 발전효율이 2배 이상 높아지고 24시간 내내 안정적으로 전력을 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
기존 파력발전은 시시각각 변하는 파도의 방향 때문에 안정적으로 전기를 생산해내기 어려울 뿐만 아니라 조수간만의 차가 큰 곳은 설치가 어렵다.
이 때문에 국내에서도 파력발전 시스템이 설치된 곳은 제주도의 시험설비 1곳에 불과하고 전 세계적으로도 영국을 비롯한 5곳에 불과하다.
연구팀은 바다 상황에 상관없이 24시간 효율적이고 안정적인 발전이 가능하도록 한 2중 변환장치와 자동 위치조절장치를 개발했다.
2중 변환장치는 파도의 원운동을 이용하는 원통형 실린더와 직선운동을 이용하는 스윙판을 함께 장착해 발전효율이 높은 상황에 따라 해당발전기가 작동되도록 하는 것이다.
자동 위치조절장치는 부력 원리를 이용한 것으로 수심 변화는 물론 파도나 너울의 방향 변화에 따라 자유롭게 작동해 발전할 수 있도록 해 24시간 내내 연속 발전이 가능토록 한 것이다.
시간당 24.1% 정도 높은 발전효율이 높아진 것으로 나타났다.
특히 1기당 생산전력은 시간당 3㎾ 수준으로 소형 풍력발전과 비슷하지만 풍력발전에 비해 필요면적은 적고 소음 발생 걱정도 줄였다는 장점이 있다.
한편 파력발전은 파랑이 전 해역에 존재하는 만큼 에너지원이 풍부하고 다른 발전설비들에 비해서 환경파괴를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
영국의 경우 필요 전력의 4분의 1가량을 파력으로 충당할 수 있을 것으로 예측되고 있다.
또한 발전장치를 설치할 수 있는 곳도 넓으며 우리나라의 경우 반도의 특성으로 많은 곳에서 실행할 수 있다.
하지만 연안에 설치된 파력발전기들은 선박의 항해에 장애물이 될 수 있다.
폭풍을 견딜 만큼 튼튼하게 만들려면 설비비용이 비싸질 우려도 있다.
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