현재 가동 중인 조력발전소 중 대표적인 것으로는 1967년 준공된 프랑스의 Rance 발전소(시설용량 240MW), 1968년 준공된 러시아의 Kislaya Guba 발전소 (400kW), 1984년 준공된 캐나다의 Annapolis 발전소(20MW), 그리고 중국의 Jiangxia 발전소(3,200kW)를 들 수 있으며, 이들의 공통적 특징은 모두 대규모 조력 개발을 위한 시험발전소로 건설되었다는 점이다. 즉, 프랑스의 Rance 조력발전소는 Chausey섬 개발, 러시아의 Kislaya Guba 발전소는 Tugur만과 Mezen만 개발, 캐나 다의 Annapolis 발전소는 Fundy만 개발, 그리고 중국의 Jiangxia 발전소는 중국 동 해안의 조력개발을 위한 연구, 건설 및 가동경험 축적을 위한 사전단계로 볼 수 있 으며, 대규모 조력개발에 따른 시행착오 최소화의 목적을 가지고 있다.
유럽을 중심으로 20세기 초 근대적 의미의 조력개발이 시도된 이래 조력발전에 관한 기술은 발전방식, 수차발전기 개발, 시공법 개발 등의 분야에 있어 상당한 발 전을 이루었다. 발전방식의 경우 프랑스의 Gibrat가 제안한 6-cycle mode 운전은 당시로는 획기적이었을 뿐만 아니라 융통성 있는 조력발전을 가능하게 하였으며, 저낙차 수력발전을 가능하게 한 bulb 수차의 개발은 조력발전에 큰 파급효과를 주 었다. 또한 가물막이 공법을 대체하는 caisson 공법의 고안으로 건설비 절감은 물론 공사기간을 줄일 수 있게 되었다. 현재 조력발전에 대한 기술적인 문제는 대부분 해결되었으나, 경제성을 뒷받침하기 위해 새로운 기술이 지속적으로 개발되고 있다.
여기서는 조력발전 선진국들의 그간의 실적 즉, 현재 가동 중인 조력발전소를 중심 으로 조력발전소 건설 및 운영, 그리고 조력발전 관련기술 현황에 대해 조사하였다.
소로 35년이 지난 현재까지 가동되고 있다. 1975년부터 1982년 사이의 대규모 유지 보수 작업기간 중의 가동율은 71～94%이었으나, 그 후 평균가동률은 97%를 유지하 였다. Rance 조력발전소의 발전량 자체는 프랑스의 전체 전력계통과 비교하면 비중 이 작아 비기저 전력(marginal energy)으로 관리되고 있으나, 발전소 운전에서 전력 의 순간가치를 극대화시켜 계통에 인입되는 타 첨두부하 발전을 대체하도록 하는 기여도는 매우 크다.
<그림 3.3> Rance 조력발전소 전경
Rance 발전소는 약 15개월에 걸친 가물막이 공법을 채용하여 건설되었으며, 주요 구조물은 <그림 3.4>에서 보는 바와 같이 좌측으로부터 우측으로 통선문(폭 13m), 수차발전구조물(L390m×B53m×H33m), 사석제(길이 160m), 수문(길이 115m, 15×l0m 문비 6대)으로 배치되었고, 총연장은 750m이다.
<그림 3.4> Rance 조력발전소 배치평면도 및 단면형상
Rance 조력발전소 건설은 세계 최초의 상용 조력발전소로서 이상적인 조력발전 소로 인식되고 있으며, 전 세계적으로 그리고 현재까지도 모델 조력발전소로 인용 되고 있다는 데 그 의의를 둘 수 있다. 또한 Rance 발전소의 약 50배 규모인 Chausey 조력개발계획의 prototype이라는 점이다. 그러나 Chausey 계획은 아직까 지 실현되지 못하고 있다. 참고로 Rance 조력발전소의 연구개발비는 8천만 프랑이 투자되었고, 이는 전체 건설비의 10%를 차지하였다.
Rance 조력발전소 건설로 나타난 가장 괄목한 만한 성과는 벌브형 수차발전기의 개발이라 할 수 있다. 이 발전소의 심장부에 해당하는 벌브형 수차는 이 때 처음 개발되었으며 그 후 저낙차 수력발전기 분야에 큰 파급효과를 가져왔다. 첫 해의 가동율은 95%로 높은 신뢰도를 나타냈으며, 연간 순발전량은 507GWh로 설계 목표 치를 달성하였다. 그 후 여러 가지 형태의 발전방식(단류식, 복류식 및 양수식 발 전)에 대한 시험가동을 거쳐 그 신뢰성을 확인하였다. 약 20만 시간 침수 후(14만 시간 가동 후), 1975～82년에 기기를 분해한 결과 별다른 부식현상을 보이지 않았 다. 제어기기의 유지 및 운전에 대한 문제는 없었으나, 차츰 부품 조달이 어렵게 되 어 1988년 자동제어 시스템이 새로 설치되었다.
발전방식은 건설계획 단계에서 상당 수준의 연구가 실시되어 그 당시에도 현재의 운전결과를 미리 예견할 수 있었으며, 경험에 의해 단순화되기도 하였다. Rance 발 전소의 운전 유형은 다음과 같이 세단계로 시기에 따라 구분할 수 있다.
1) 초기(1973-1975년)
이 기간 중 발전량은 설계목표치를 달성하였고, 여러 가지 운전 mode를 시험하였 으며, 여러 가지 방안에 대해 절충하여 최적화하였다. 즉, 출력을 극대화하지 않고 경제적인 수입을 극대화하거나, 전력계통상황에 따라 양수를 실시하여 최대출력으 로 발전하나 필요시 mode를 바꿔 발전량 감소는 고려하지 않고 수입 극대화를 목 표로 하기도 하였다.
2) 중기(1976-1982년)
이 기간 중에는 수차발전기가 차례로 보수되었으며, 나머지 수차발전기는 direct turbine mode로만 운전되었다.
3) 현재(1983년 이후)
수차발전기 보수작업이 완료된 후 운전 mode 제한이 해제되었으며, 원자력 발전 용량이 증가됨에 따라 수입극대화를 목표로 운전된다. 평년운전을 한 것으로 간주 되는 1990년의 경우 98%의 가동율을 보이고 있으며, 연간 총발전량은 579GWh 였 으며, 양수용 소비전력은 81GWh로, 연간 순발전량은 497GWh였다. 이때 2%의 가 동중지는 당초 예상의 보수유지에 5%, 비상시 2% 보다 현저히 적은 수치로 만족할 만한 가동율에 해당되며, 지난 10년간의 정상운영결과 평균가동율은 97% 정도였다.
건설 후 35년이 지난 현재도 구조체의 상태가 양호하며 최근 단계별 수차발전기 부 품교체 작업을 수행하였다. 특히 Rance 조력발전소는 조력발전의 개념을 정립하였고, 대규모 상업적 조력발전의 가능성을 입증하였으며, 발전연료 절감 등 경제적 효과 외 에 현재 프랑스에서 가장 싼 에너지를 공급하고 있다. 또한 조력발전소는 생태학적으 로 청정하며, 조지 내에는 새로운 위락환경이 조성되고, 새로운 생태계가 형성되어 생 물 현존량이 과거보다 증가되었다. EDF(Electricite de France)는 Rance 조력발전소 에 대해 다른 발전원을 대체하여 수익을 극대화시키고 하천 수력 및 양수발전과 더불 어 첨두부하를 담당함으로써 다른 발전원과 경쟁할 수 있을 것으로 평가하였다.
프랑스 St. Malo 북쪽 연안은 수심이 20m 이내이며 많은 섬과 암초가 산재해 있 는 지역으로 조차가 12m에 이르러 이 해역의 대규모 조력개발은 오래 전부터 거론 되었으며, 섬과 육지를 연결하여 조지를 조성할 경우 시설용량은 100GW에 이를 것 으로 추정되었다. 제2차 세계대전 초기 이 지역에 거창한 조력개발계획이 제안된
바 있다. 이 계획은 Cotentin 반도 연안에 115km의 방조제로 섬과 육지를 연결하고 시설용량 25,000 MW(10MW×2,500대)를 설치하는 것으로 당시의 프랑스 전체 시설 용량 10,000MW와 비교할 때 엄청난 규모임을 알 수 있다. 이 후 1942년부터 1958 년 사이 여러 가지 소규모 개발안들이 검토되었으며, 1942～1947년의 복조지안, 1955～1962년에는 단조지안이, 1958～1971년 사이에는 Chausey 조력개발 검토사업 활동이 미미했고, Rance 발전소 준공 후 그 당시 활발히 추진된 원자력발전사업에 밀려 Chausey 개발사업은 중단되었다. 또한 개발규모가 기존 전력계통에서 흡수할 수 있는 한계를 훨씬 초과되는 것이 문제점으로 제기되었다.