2. 국내외 기술동향
2.1. 해양에너지 기술동향
2.1.3. 조류발전
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조류발전의 정의◦ 조류발전은 조류의 흐름이 빠른 곳을 선정하여 그 지점에 수차발전기를 설치하고, 자연적인 조류의 흐름을 이용하여 설치된 수차발전기를 가동시켜 발전하는 기술임
‒ 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 수차를 구동하거나 기계장치의 운동
으로 변환하여 전기를 생산하는 기술임
‒ 해양에 대규모 댐을 건설할 필요 없이 발전에 필요한 수차와 발전장치를 설치하 기 때문에 적지 대상 해역이 제한적이며 조력발전과 같은 대규모의 적용이 어려 움
◦ 조류발전의 큰 장점은 날씨 변화나 계절에 관계없이 발전량 예측이 가능하여 신뢰성 있는 에 너지원으로 활용이 가능
‒ 또한 해수유통이 자유롭고 해양환경에 미치는 영향이 거의 없어 조력발전보다 더 환경 친화적인 것으로 간주됨
◦ 해수의 유속과 발전기의 효율에 큰 영향을 받으며 조류발전은 계절적 요인이나 날씨에 관계 없이 발전할 수 있는 친환경적인 발전 방법이나 설치하기 어려운 단점이 있음
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국내 동향◦ 조류발전 터빈은 터빈의 회전방향에 따라서 수평축터빈과 수직축터빈으로 분류
‒ 수평축인 경우 일방향 흐름, 하천과 같이 일정한 흐름을 유지하는 경우에 유리
‒ 수직축인 경우 조류와 같이 흐름의 방향이 변하는 경우에 유리
자료 : 한국과학기술한림원, 해양에너지의 미래 전망과 국가적 발전 전략 연구, 2012 [그림 18] HAT 방식과 VAT 방식의 특성 비교
◦ 일반적으로 조류발전은 유속이 1m/s내외인 곳에서도 가능하나, 경제성 있는 발전을 위해서는 최소한 2m/s이상인 곳을 후보지로 선정
◦ 국내 최초의 조류발전소는 울돌목 시험 조류발전소로 2003년 미국 Gorlov의 기술을 제공받아 100KW 시험 VAT 헬리컬 조류발전 장치를 설치하였으며, 2009년 1MW급 수직축 헬리컬 조류 발전 장치를 설치
◦ 2008년 6월 오션스페이스와 인하대가 개발하고 남동발전이 참여한 25kW 조류발전 장치를 삼 천포 방수로에 시험 설치하였으며, 조류발전 기술 최초로 방수로에서 시험하여 발전장치의 실용화 가능성을 확인
◦ 2011년 100KW 수평축 부유식 조류발전 장치의 해양에서 성능시험함
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해외 동향◦ 영국
‒ 영국의 Marine Current Turbine(MCT)사는 1998년부터 2003년까지 영국 남서부의 Lynmouth 지역의 Foreland Point 해양에 Seaflow라 불리는 300kW급의 파이로트 발전 시스템을 설치
‒ Seaflow는 수평축 형식으로 두 개의 블레이드를 장착하였으며, 모노파일에 가이 드를 설치하여 상하 이동이 가능하도록 한 조류발전 장치
[그림 19] Seaflow 조류발전 장치
‒ 2008년 SeaGen 프로젝트는 세계 최초의 상용규모의 계통연계형 조류발전시스템 으로 북아이랜드의 Strangford Narrows지역에 SeaGen을 설치하여 1.2MW 조류발 전시스템을 운전
[그림 20] SeaGen 조류발전 장치
‒ Lunar Energy사는 독자적으로 1MW급 덕트형 조류발전 장치를 개발하였으며, cartridgepod 방식의 특수한 유지보수 방법을 적용
‒ SMD Hydrovision사는 2개의 피치고정 장치를 사용한 터빈장착을 하여 15m 로터 를 사용하여 최대출력 1MW 계류식 조류발전을 개발
※ 이 조류발전 장치는 자체 부력으로 물위에 뜨며 해저에 계류체인으로 고정시켜 조류의 입사 방향 변화에 자체적으로 방향을 조절할 수가 있어 발전 효율을 높일 수 있음
[그림 21] 계류식 조류발전
‒ 아틀란티스사는 1MW급 조류발전 장치(AK-1000)를 개발하여 2011년 유럽해양에 너지센터(EMEC)에 시험 설치
※ AK-1000의 터빈 직경은 18m로 양방향 구동 형태로 설계됨
[그림 22] AK-1000 조류발전 터빈
‒ 영국의 Openhydro사에서 개발한 원형터빈은 제트엔진형태로 2개의 수직파일이
구조물을 지지하며 6m 원형 발전장치가 유지·보수를 위해 파일의 상하로 이동 하도록 설계하여 실해역 성능검증중
[그림 23] 원형 조류발전 터빈
‒ 영국의 Nautiricity사에서 개발한 조류발전 장치는 두 개의 로터가 반대로 돌아가 는 구조로 발전장치 후류를 억제하고 발전효율을 높일 수 있으며, 현재 300kW 급이 개발되어 런던 탭스강에서 실험중
[그림 24] Nautiricity사 조류발전 장치
‒ 스코틀랜드의 EMEC(European Marine Energy Center)는 Orkney Island에 실해역 시험을 하였으며, 고효율 조류발전 터빈 개발을 추진
◦ 미국
‒ 미국의 Verdant Power사는 뉴욕의 동쪽 강변에 200kW급 조류발전 시스템을 개 발하여 6기를 설치해 일부지역에 전력 공급
[그림 25] Verdant사 조류발전 장치
◦ 독일
‒ 독일 Voith – Siemens사는 영구자석 동기발전기(PMSG)를 사용하여 변화하는 유 속에 따른 출력을 효과적으로 대처할 수 있도록 조류발전 장치를 개발
‒ Hammerfest사는 2003년 노르웨이의 Kvalsund, Finnmark에 300kW급 조류발전 장치를 설치하여 2008년까지 4년 동안 실해역 시험을 수행
◦ 캐나다
‒ 노바스코티아 주정부는 FORCE(Fundy Ocean Research Centre for Energy)를 설 립하여 조류발전 기술개발을 주도하고 있으며, 정부 지원하에 1MW급 대형 조류 발전을 설치중
‒ 500KW급 조류발전 장치를 개발하고 있으며, Brier Island에 조류발전 단지개발 을 추진중
[그림 26] Open Hydro 조류발전 장치(좌) MCT 조류발전 장치(우)