조력 에너지의 '엄청난' 약속

원문 : https://www.theearthandi.org/post/tidal-energy-enormous-promise

새로운 기술로 미활용 에너지원 포착

©NOAA

바다의 끊임없는 움직임에서 나오는 깨끗한 에너지를 활용하는 것은 오랫동안 환경 과학자와 엔지니어의 꿈이었습니다. 태양광과 풍력과 같은 다른 깨끗한 에너지원은 장점이 있지만 신뢰성과 예측 가능성이 부족합니다. 반면 바다의 조수는 일정하고 예측 가능한 일정에 따라 하루에 두 번 반복됩니다. 

해일은 달과 태양이 지구에 중력을 가할 때 발생합니다. 해일의 가장 높은 지점이 해안에 도달하면 만조가 발생합니다. 가장 낮은 지점 또는 해구가 해안에 도달하면 간조가 발생합니다. 조석에서 전기를 생성하는 두 가지 주요 방법은 (1) 만조와 간조 사이의 수위 차이를 활용하는 "조석 범위" 장치와 (2) 조석류에서 흐르는 물에서 에너지를 포착하는 "조석류" 장치입니다.

©Fabioroques (CC BY-SA 4.0)

1960년대에 시작된 산업

조력 에너지의 역사는 수십 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 최초의 조력 범위 에너지 공장은 프랑스 브르타뉴의 랑스 강 어귀에 있는 라 랑스입니다. 1966년에 건설되어 오늘날에도 여전히 운영되고 있으며 25만 명의 도시에 에너지를 공급합니다.

이와 유사한 식물은 한국, 러시아, 중국, 캐나다 등 세계 여러 곳에 존재합니다.

오늘날 이 산업은 조류 흐름 기술 개발에 집중하고 있습니다. 최초의 다중 장치 시범 농장은 2016년에 설치되었습니다. MeyGen은 스코틀랜드 펜틀랜드 퍼스의 이너 사운드에 위치한 세계 최대 규모의 계획된 조류 농장으로, 현재 Andritz Hydro Hammerfest와 SIMEC Atlantis Energy가 개발한 4개의 터빈으로 구동됩니다. 이 프로젝트의 총 용량은 3단계의 개발 과정을 거쳐 398MW가 될 예정입니다.

©SIMEC Atlantis Energy

영국 셰틀랜드에 있는 Nova Innovation의 셰틀랜드 조수 배열의 첫 번째 터빈 3개는 2016년에 배치되었고, 그 뒤를 이어 2020년에 네 번째 터빈이 배치되었습니다. 올해 1월에 배열이 두 개의 터빈을 더 완료하여 세계에서 가장 큰 규모를 이루었습니다.

©Nova Innovation

활용되지 않은 자원 

미국 에너지부(DoE)는 미국의 수천 마일에 달하는 해안선에서 조력 에너지 자원의 5%만 개발해도 연간 12.5테라와트시의 전기를 생산할 수 있을 것으로 추정합니다.

예를 들어, 뉴저지에서 주 의원들은 지역 조력 발전 프로젝트에 자금을 지원하는 방법을 고려하고 있습니다. 조력 에너지는 이 해안 주가 2050년까지 100% 청정 에너지를 제공하고 2030년까지 전기의 최소 50%를 재생 에너지로 공급한다는 야심 찬 목표를 달성하는 데 도움이 되는 방법으로 여겨집니다.

그러나 국제 에너지 기구(IEA)의 해양 추적 보고서 에 따르면 해양은 녹색 에너지 관점에서 많은 것을 제공하지만 에 따르면, 해양이 녹색 에너지 관점에서 많은 것을 제공하더라도 해양 발전 기술은 2050년까지 순 제로 탄소 배출을 달성하는 데 필요한 성장률에 미치지 못합니다.

전력 기술상당한 비용 절감에 필요한 규모의 경제성이 아직 실현되지 않았기 때문에 여전히 IEA에 따르면 "실증 및 소규모 상업용 해양 프로젝트는 상당한 비용 절감에 필요한 규모의 경제성이 아직 실현되지 않았기 때문에 여전히 비용이 많이 든다 "고 합니다.

해양 발전의 상태는 2030년까지 33%의 지속적인 연간 성장률이 예상됨에 따라 "정상적이지 않음"으로 남아 있습니다. Power Technology는 이 수준의 성장 발전을 달성하려면 "2030년까지 연간 평균 1GW의 용량 추가가 필요할 것"이라고 말하며, 이는 현재 성장률 수준에서는 보장할 수 없는 수준이라고 말합니다.

하지만 조수가 상당한 양의 재생 에너지를 제공할 수 있는 힘에 대한 믿음이 강합니다.

미국에 본사를 둔 엔지니어링 회사인 파커 해니핀 코퍼레이션의 보고서 "조수 에너지의 과제와 약속"에 따르면, 지금까지 태양광 및 풍력 에너지 기술은 규제 기관과 산업계에서 가장 많은 관심을 받아왔습니다.

그럼에도 불구하고 일부 전문가들은 조석 운동으로 인한 잠재 에너지가 "엄청나다"고 추정하며, 세계 해양에 약 1테라와트의 전력이 저장되어 있다고 합니다. 보고서는 "이것은 한 번에 100억 개의 100와트 전구에 전력을 공급하기에 충분할 것"이라고 말합니다.

조력 에너지는 여전히 떠오르는 혁신 기술이기 때문에 시장에만 의존하여 새로운 프로젝트를 전개하는 것은 어렵습니다. 더 높은 수준의 전개에 도달하려면 조력 에너지 부문이 풍력 및 태양 에너지 기술이 성숙에 도달하기 위해 받은 것과 같은 종류의 지원이 필요합니다.

그 대가로 조력 에너지는 태양열과 풍력 에너지의 보급을 확대할 수 있으며, 재생 에너지 기반 전력망에 대한 에너지 공급의 유연성과 안정성을 강화할 것입니다.

©Nova Innovation.

확장에 대한 장애물

조수 에너지는 환경 친화적이고 예측 가능성이 높은 에너지원이지만 단점도 있습니다. 조력 에너지의 가장 큰 장벽은 조력 발전소를 건설하는 데 드는 비용이 많이 든다는 것입니다.

조수 발전소는 강한 조수가 필요하기 때문에 위치에 제한이 있습니다. Parker Hannifin 보고서는 또한 발전소가 도시 지역에 너무 가까이 위치할 수 없기 때문에 "미적 문제"를 언급합니다. 그러나 대부분의 조수 터빈은 바다 바닥에 있어 수면에서 보이지 않습니다. 다른 것은 수면에 떠 있지만 종종 너무 낮아서 해안에서 볼 수 없습니다. 또 다른 주요 우려 사항은 해양 생물에 대한 잠재적으로 부정적인 환경적 영향입니다. Parker Hannifin 보고서는 "회전하는 블레이드는 다양한 시스템 구성 요소로 인한 물 오염과 마찬가지로 생물을 다치게 할 수 있습니다."라고 경고합니다. 그럼에도 불구하고 지금까지 여러 어류 연구에서 해양 생물이 터빈과 충돌하거나 물고기가 해를 입는 것을 관찰하지 못했다고 Ocean Energy Europe의 수석 정책 책임자인 Lotta Pirttimaa가 말했습니다.

현재 개발 중인 새로운 기술은 현재 운영 중인 전통적인 조력 발전소와 비교했을 때 조력 발전소가 물고기와 해양 생물에 미치는 영향을 최소화합니다.

노바 스코샤의 부유 조수 에너지 프로젝트

한 가지 예는 캐나다 노바스코샤주에 있는 세계에서 가장 높은 조수로 유명한 펀디만의 Pempa'q In-stream Tidal Energy Project입니다. 이 프로젝트는 노바스코샤 전력망에 최대 9MW의 전기를 공급하여 약 3,000가구에 전력을 공급하고 온실 가스 배출량을 연간 17,000톤의 이산화탄소로 줄일 것으로 예상됩니다.

 ©Sustainable Marine Energy Ltd.

영국에 설립된 해안 및 근해 재생 에너지 솔루션 공급업체인 Sustainable Marine Energy Ltd는 Pempa'q 프로젝트에 여러 단계로 제공되는 부유 조수 에너지 어레이를 제공하기 위해 노력하고 있습니다. "이 회사의 인스트림 기술은 전기 발전기가 조수 흐름에 직접 설치되는 둑(물 흐름에 영향을 미치는 인공 구조물)을 포함한 기존 조수 에너지 시스템과 다릅니다. 즉, 대형 구조물로 인해 물의 통로가 막히지 않아 주변 환경과 해양 생물에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다."라고 회사는 주장합니다.

작년에 Pempa'q Project의 첫 번째 단계의 일환으로 Sustainable Marine은 공식적으로 "차세대" 부유 조수 에너지 플랫폼을 가동했습니다. 이 플랫폼은 Fundy Ocean Research Centre for Energy(FORCE) 부지에 배치되었습니다. 목표는 Fundy만의 Minas Passage에 배치하기 전에 기술과 환경 모니터링 시스템을 테스트하는 것입니다.  

아시아의 부유형 하이브리드 재생 에너지 시스템 

한편, 아시아에서는 싱가포르에 본사를 둔 지속 가능한 물 솔루션 및 첨단 폐기물-에너지 기술 공급업체인 Keppel Infrastructure, 싱가포르 국립대학교, 난양기술대학교가 싱가포르에서 운영할 "최초의 종류"의 부유 하이브리드 재생 에너지 시스템을 개발하고 있습니다. 10월에 시작된 이 프로젝트는 모듈식 해상 부유 태양열 플랫폼을 사용합니다. 이는 해양파 에너지 변환 시스템, 조력 에너지 터빈, 패들 및 풍력 터빈과 같은 다른 재생 에너지 기술과 함께 사용할 수 있습니다.

비전은 최소 100MW의 재생 에너지를 생성할 수 있는 용량의 파일럿 시스템을 설계하고 배치하는 것입니다. 성공하면 이를 확장하여 다른 지역으로 복제할 수 있습니다.

케펠 인프라스트럭처의 CEO인 신디 림(Cindy Lim) 여사는 "싱가포르의 제한된 육지 공간에서 해상으로 진출하면 보다 다양한 재생 에너지원의 잠재력을 끌어낼 수 있는 기회가 생겨 에너지 안보를 강화하고 싱가포르의 보다 녹색 에너지 믹스로의 전환을 지원할 수 있습니다."라고 말했습니다.

아시아의 다른 지역에서는 영국 기반 HydroWing이 인도네시아의 국유 기업인 Indonesia Power와 조력 발전 프로젝트를 개발하고 지원하기 위한 아시아의 다른 지역에서는 영국에 본사를 둔 HydroWing이 양해각서에 서명했습니다. (MoU) 에 서명했습니다 .(MoU) 인도네시아의 국유기업인 인도네시아 파워와 조력 발전 프로젝트를 개발하고 지원하기 위한 양해각서(MoU)를 체결했습니다.

HydroWing의 조력 솔루션에는 에너지 가용성을 높이고 에너지 비용을 낮추기 위한 멀티 로터 터빈 설계가 포함됩니다. 네덜란드에서 Oosterschelde Tidal Power 2 프로젝트 의 일환으로 지난 8년 동안 지속적으로 운영되어 온 특정(Tocardo) 터빈을 사용합니다 .

스코틀랜드 조력 발전 개발업체 SIMEC Atlantis Energy는 일본 나루 해협에 500kW 조력 터빈을 제작해 설치해 화제를 모았습니다.

분명히, 해양 조석 에너지가 글로벌 에너지 믹스에서 다른 재생 에너지와 함께 자리를 잡기 전에 해야 할 일이 많습니다. 그러나 프로젝트 수의 증가와 재생 에너지 회사가 새로운 기술에 투자하기로 한 약속은 해양 조수의 에너지를 활용하는 것이 그리 멀지 않을 수 있음을 시사합니다.

*Nnamdi Anyadike is an industry journalist specializing in metals, oil, gas, and renewable energy for over thirty-five years.