기획연구의 필요성
ㅇ 우리나라는 2009년 기준 수요에너지의 96.4%를 수입에 의존하고 있고, 2008년 기준 세계 10위의 온실가스 배출국임을 감안하면, 해양 신재생에너지 개발이 필 요함.
ㅇ 또한, 시화호 조력발전이 2011년 말에 준공될 예정이고, 시화호 내측은 외해 파 랑이 차폐되어 미세조류 생산과 아울러 복합발전단지 조성을 위한 적지임. 그리 고 고비용의 해양구조물을 복합적으로 활용함으로써 경제성을 향상시키는 해양 에너지 개발이 필요한 시점임.
ㅇ 이에 시화호 조력발전과 연계하고 해상풍력발전, 태양광 발전 및 미세조류바이 오연료 원료생산 플랜트 조성을 위한 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발에 대해 기술적, 경제적 및 환경적 분석을 통한 대형 사업 추진 목적의 기획연구 필요
기획연구의 목적
ㅇ 시화호 조력발전과 연계하고 해상풍력발전, 태양광 발전 및 미세조류바이오연료 원료생산 플랜트 조성을 위한 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발 기획연구를 통해 해양에너지 복합발전단지 조성 관련 대형 사업 추진
국내․외 기술개발 현황 및 전망
ㅇ 시화호 조력발전 연계 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술은 1) 조력발 전 내측 복합발전 단지 배치 기술 및 조위를 이용한 미세조류 생산 플랜트 해 수 순환기술, 2) 미세조류 생산 기술, 3) 해상풍력과 부유구조(floating structure) 결합 기술, 4) 태양광 합성 생체연료전지, 5) 해양환경영향 평가 기술과 아울러 6) 정책 및 경제적 측면의 연구가 필요한 다학제적인 연구 분야임. 다음에 각 기술별 국내․외 기술개발 현황 및 전망을 기재하였음.
3) 연구소 자체 연구 사업으로 제안하여 추진함.
1) 조력발전 내측 복합발전 단지 배치 기술 및 조위를 이용한 미세조류 생산 플랜 트 해수 순환기술 :
- 조력발전을 위한 수차발전기, 발전 구조물, 발전소 배치, 적정용량 산정 등 조 력발전 관련 기술개발 분야는 국내외에서 기술개발이 수행된 바 있으나, 해 양에너지 복합 발전단지 기술개발 분야는 현재 전세계적으로 연구 초기 단계
로 “조력발전소 내 복합발전 단지 배치 기술 및 조위를 이용한 미세조류 생
산 플랜트 해수 순환기술” 분야의 연구는 전무한 실정임.
- 다만 조력발전으로 인한 해수유동 특성 평가 부분에 대한 연구는 국내․외에 서 조력발전과 관련하여 일부 진행된 바 있음.
2) 미세조류 생산 기술 :
- 국내의 경우 한국해양연구원에서 바이오연료용 미세조류 생산 파일럿 플랜트
가 40톤급 규모로 완공되어 운용되고 있으며, 연간 약 600리터의 바이오디젤
을 생산할 수 있는 기술을 보유하고 있음
- 조력발전과 연계하고, 복합발전단지 내 융합형 바이오연료 생산을 위한 미세 조류 생산 플랜트 연구는 국내·외에서 진행된 바 없음
- 미세조류를 이용한 복합발전 단지 시설이 실증될 경우, 시화호 지역의 수질 및 산단 주변 대기환경 개선 증진 가능함
3) 해상풍력과 부유구조(floating structure) 결합 기술 :
- 현재 국내·외에서 조력발전에 의한 수위차가 상존하는 내측에서 해상풍력과 결합된 복합 구조물에 대한 연구는 발표된 바 없음. 하지만 해상풍력-파력 복 합발전이나 에너지섬(energy island) 기술이 긴밀한 관계를 가지고 있고 결합 및 조립의 핵심 기술들은 복합발전단지의 시스템에 활용 가능
- 해상풍력-파력 복합발전의 경우 국내는 시행된 바 없고 국외의 경우 덴마크의 포세이돈, 영국의 Wave Treader, 그리고 노르웨이의 W2-Power 등 개발 진행 중.
- 에너지섬 기술 역시 국내는 시행된 바 없고 국외의 경우 영국의 Tidal
Lagoon(조력)이나 에너지섬(풍력, 조류, 태양광) 개념 제안과, 영국과 네덜란
드의 조류/조력, 해상풍력, 해수온도차, 그리고 태양광발전 등이 결합된 초대 형 복합해양에너지 플랜트에 대한 기획이 수행됨.
- 해양 구조물의 과도한 건설비에 의해 경제성 제고가 필수적이며 복합발전 연 구는 효과적인 해결 방안으로 각광받고 있어 활발한 기술개발과 시장 팽창이 예상
4) 태양광 합성 생체연료전지 :
- Anastasios Melis et al. (2001)은 간단한 포집장치를 이용하여 녹조류 C.
reinhardtii 내부에서 발생되는 수소를 채취 하여 그 가능성을 제시 및 소개 하였음.
- Kien Bang Lam et al. (2006) 등은 초소형기전시스템(MEMS) 장치를 기반으 로 한 생체연료전지를 제작하여 빛의 유무에 따라 생성되는 전기에너지의 양 을 정량적으로 측정함.
- 생체연료전지는 자생 가능한 환경적 요건을 충족시켰을 때 가장 높은 효율을 내는 특성 상, 초소형미소전자기계 방식을 이용하는 단일 생체연료전지만으로 는 대량의 전기에너지 추출에 어려움.
- 따라서 빠른 번식 조건이 가능한 배양 온도 및 구조물을 제작 후, 대용량 순 환 생체연료전지를 구현 시, 해양자원을 활용한 대용량의 청정에너지를 얻을 수 있을 것으로 전망됨.
5) 해양환경영향 평가 기술 :
- 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발 분야는 현재 전세계적으로 개념설계 단계에 있어 “복합발전단지 해양환경영향 평가 기술” 분야의 연구 는 전무한 실정임.
- 다만 조력발전이나 해상풍력 등 단일 발전 목적의 해양에너지 개발과 관련한 해양환경영향에 대한 연구는 국내․외에서 일부 진행된 바 있음
6) 정책 및 경제적 측면의 연구 :
- 복합발전단지 조성과 관련한 법적․제도적 지원을 위한 정책적 및 경제적 측 면에 대한 검토와 복합발전단지 조성을 통한 이산화탄소 저감 등 부가 효과 에 대한 연구 수요가 전망됨
기획연구 범위
ㅇ 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산을 위한 핵심기술과 법적·제도적·정책적 현황에 대한 국내외 자료 조사
ㅇ 한국해양연구원 내 연안개발․에너지연구부, 해양생물․자원연구부, 해양구조 물․플랜트연구부, 해양환경·보존연구부 및 해양기술정책연구부의 연구부서간 공동연구와 시너지 확보를 위한 협력 방안 도출
ㅇ 효율적이고 경제적인 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발에 대한 기술 분류 및 세부 기술 트리 작성
ㅇ 단계별 추진 전략 수립 및 실용화를 위한 TRM 작성
기획연구 내용
ㅇ 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산을 위한 핵심기술과 융복합화 기술 도출 및 TRM 작성
- 시화호 내 태양광, 해상풍력 등의 활용 가능 해양에너지원 규모 조사와 발전 단지 조성을 위한 핵심기술 도출
- 미세조류 이용 바이오 연료 생산 핵심기술 도출 및 적합 종 검토
- 해양에너지 발전시설과 미세조류 생산시설의 경제적이고, 상호 보완적인 결합 방식에 대한 핵심 기술 도출
- 효율적이고 경제적인 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발에 대 한 기술 분류 및 세부 기술 트리 작성
- 단계별 추진 전략 수립 및 실용화를 위한 TRM 작성
ㅇ 단계별 실용화/상용화 방안 도출
- 시화호 내 해양에너지 발전단지 핵심 모듈 규모 검토
- 경제적 조립 기술과 시제품 제작을 위한 TEST BED 사업 방안 도출 - 실용화 기술 개발과 실 규모 실증 단지 사업 방안 도출(경제성 평가 포함)
기대성과 및 파급효과 ㅇ 기술적 측면
- 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 기술개발을 통한 해양에너지 개발의 기술적, 경제적 타당성 제고 기반 구축
- 조력발전/바이오/해상풍력/태양광 융합시스템의 핵심기술, 조립, 시공, 운용 등 인프라 구축을 통한 기술 수준 향상
ㅇ 사회․경제적 측면
- 우리나라 에너지 자급도 제고 및 이산화탄소 저감 효과 - 해양에너지 복합발전단지 조성과 관련한 해양신산업 창출
- 해양에너지 복합발전단지 유지보수, 바이오연료 플랜트, 관광 등 파생되는 산 업 성장
그림 II-16. 조력발전연계 해양에너지 복합발전단지 조성 및 생산 관련 핵심 기술, 업무 및 담당 부서
3. 조류발전 연구 제안 : 고효율/친환경 조류발전을 위한 유연플랩형 터빈기술