대체 에너지 개발


















대체에너지에는 자연 에너지와 핵융합에너지가 있는데, 전자에는 태양에너지, 수소에너지, 바이오매스(biomass)에너지주1), 풍력에너지, 조력에너지, 지열에너지가 있으며, 후자는 태양 내부에서 일어나는 반응으로 중수소와 삼중수소가 결합하여 헬륨으로 될 때 방출하는 에너지를 말한다. 예를 들어, 지구상에 도달하는 태양에너지를 석유량으로 환산하면 매년 1조 배럴에 해당하는 양이다.주1) 식물과 동물의 배설물에서 발생하는 메탄.수소로 만든 합성연료


총 석유매장량이 7백억 배럴이고, 연 생산량이 20~25억 배럴인 것을 감안하면 엄청난 양이다. 만약 기술의 발전으로 태양으로부터 받아들이는 방사에너지 중 0.1%(10억 배럴 분) 정도를 실용화했을 때, 현재 석유 소비량의 반년 분에 해당하는 양으로 에너지 문제가 쉽게 해결된다.
이들 대체에너지 자원은 현재로는 경제적, 기술적으로 해결해야할 과제가 많아 실용화하기에는 많은 어려움이 있으나, 그 양이 천연에 무한정으로 존재하며 환경오염의 염려가 거의 없는 무공해 에너지라는 점에서 개발해야 할 가치가 있다.
또한, 바람이 불면 파도가 이는데 1년 동안에 우리 한반도에 밀어닥치는 파도의 에너지를 합하면 한국이 1년간 사용하는 총에너지의 100배도 넘는다고 한다.

대표적인 대체 발전 양식을 정리하면 다음과 같다.
$1.조력발전

조력 발전은 수력 발전의 한 양식으로 바다의 밀물과 썰물의 수면의 높이 차를 이용하는 발전 양식이다. 세계 최초의 조력 발전소는 프랑스 북서부의 랑스강 어귀에 세워졌으며, 24만 Kw를 발전한다.
현재 가동중인 조력발전소는 프랑스의 랑스(1967 완공, 용량 400Kw), 소련의 키슬라야(1968, 800Kw), 캐나다의 아나폴리스(1986, 2만Kw), 중국의 지앙시아(1980, 3,000Kw) 등이다
우리나라의 황해안도 조력 발전에 알맞는 입지조건을 갖추고 있어 계획 중에 있다.

1970년대에 해양연구소에 의해 충청남도 가로림만과 천수만이 대상으로 조사되었고 1980년과 1982년 최적후보지로 선정된 가로림만에 대한 조력 발전 타당성 정밀조사 및 기본 설계를 프랑스와 공동으로 실시하였다. 1986년에는 영국의 기술진과 재검토한 결과 최적 시설용량 40만Kw, 연간발전량 836GWH로 평가된 바 있다.
국내에서 현재 시험 조력 발전소 건설에 관한 조사 사업을 벌이고 있으나,
조수간만의 차를 이용하므로 5m이내의 저낙차 발전기 및 해수 부식 방지 재료의 개발 등 기술력과 토목공사의 비 경제성으로 다른 발전 방식과 비교해 실용화에 많은 문제점이 있으며 실용화가 된다 하더라도 조수간만의 주기에 따라 발전되므로 극히 제한적으로 사용될 수밖에 없다.
$2.온도차 발전

바닷물의 온도는 깊어질수록 차가워진다. 바다 표면과 깊은 곳의 섭씨 20도 전후의 온도차를 이용하여 발전한다. 표층의 온수로 암모니아, 프레온 등 끓는점이 낮은 매체를 증발시킨 후 심층의 냉각수로 응축시켜 그 압력차로 터빈을 돌려 발전한다.
처음 1881년 프랑스에서 최초로 제안된 이래 1960년대 전반에 산발적인 실험이 시도되었으나 기술상의 어려움으로 성공하지 못하였다가 미국은 1978년 하와이 근해에서 50Kw급의 소규모 시험 발전에 성공하였다. 일본도 1981년 남태평양의 나우르공화국 해역에서 최대 출력 120Kw의 실험 발전에 성공한 바 있고 1989년 도야마만에서 1Mw급의 파이롯트 플랜트를 시험발전하는 등 2,000년대에는 실용화할 계획으로 있다.
우리나라 근해에는 아열대 근원의 쿠로시오 해류가 남해안과 동해안을 스쳐가므로 해양온도차 발전에 유리하고 1989년 동력자원부에서 최적후보지 선정을 위한 해양조사를 실시한 바 있다.
$3.해류발전

바닷 속에 큰 프로펠러식 터빈을 설치, 해류를 이용하여 발전한다. 코리올리스 계획이라고 부르는 미국의 해류 발전 계획에서는 한 개의 무게가 6천 톤이나 되는 거대한 발전기를 이용하여 약 2억 5천만 Kw의 전기를 얻을 수 있다고 추정하고 있다.
해류 발전의 시간당 발전 비용은 원자력 발전보다 싸고, 화력 발전보다는 절반 이상이 싼 것으로 나타나 발전기 제작에 엄청난 비용이 드는 것을 감안하더라도 경제성이 좋다고 본다. 일본은 해류의 흐름이 3노트에 달했을 때 최고 1000Kw의 전류를 발전하여 세계 최초로 해류 발전에 성공한 바 있다.
$4.염도차 발전

큰 강의 하구에서 강물과 바닷물이 만나면 강물은 농도가 낮고 바닷물은 농도가 높으므로 농도차에 의해 삼투압 작용이 일어나므로 강물이 바닷물로 빨려 들어가는 압력이 발생한다. 일반적으로 약 24atm 정도의 압력차가 있는데 수력발전소에서 약 240m 높이에서 물을 떨어뜨려 얻을 수 있는 힘이다.
요약하면 염도차 발전은 바다로 흘러내리는 강물을 해면보다 수면이 낮은 저수지로 떨어뜨려 수력발전을 시키고 저수지에 담긴 물은 반투막을 이용해서 수면이 높은 바다로 방출시키는 방식의 발전이다.
세계의 주요 강과 호수는 전체 약 26억 Kw에 달하는 발전량을 잠재적으로 가지고 있으며,
아마존 강만도 약 5억Kw에 달한다. 다만 비용이 많이 들고 경제성이 매우 낮다는 단점이 있다.
$5.파력 발전

바닷가에 가면 파도가 쉴 사이 없이 육지 쪽으로 밀려온다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하운동을 하며 물입자는 전후로 움직인다. 이 운동을 에너지 변환장치를 이용하여 기계적인 회전운동, 또는 축방향 운동으로 변환시킨 후 전기에너지로 변환시키는 것을 파력 발전이라고 한다.
파도가 지닌 에너지는 막대한 것이지만, 파도 자체가 불안정하고 발전 단가가 비싸게 들기 때문에 대규모의 것은 실용화하지 못하고 있는 상태에 있다.

또, 수렴식 방파제를 이용한 발전이 있는데, 바다로부터 방파제를 향해 밀려온 파도는 방파제의 외측 경사면을 따라 방파제 외부벽 높이까지 올라온다.

이렇게 높이 올라온 바닷물과 방파제 내부 해수면 사이의 낙차를 이용하면 전력도 만들 수 있고 항구나 어장의 소파(消波:파도의 운동에너지를 흡수)도 겸할 수 있다.
파도의 에너지는 파도의 제곱에 비례한다. 길이가 80m, 폭이 15m, 내부에 10여 대의 발전기를 장치한 소파 발전 장치는 최대 5만 kw의 출력을 낸다.