해양 에너지 정의, 종류

바다는 상당한 에너지가 잠재하고 있으며, 바다에서 얻을 수 있는 모든 형태를 해양에너지라고 정의하고 있습니다. 태양계 내의 지구 시스템으로 발생하는 엄청난 해양의 에너지인 만큼 미래사회의 지속 가능한 재생에너지 불리고 있습니다. 다만, 아직까지는 해양에너지를 이용한 전력생산기술은 초기 수준이나 탄소중립을 위한 친환경에너지를 사용하고자 하는 국제사회의 의지만큼은 충분합니다. 

 

 

 

해양 에너지 종류

해양 에너지 중 가장 대표적인 에너지는 태양계 안에서 지구와 달 사이의 인력(당기는 힘)과 척력(미는 힘)의 균형으로 인해 조수 간만의 차이로 인해 발생하는 조력 에너지와 파도 에너지가 있습니다. 민물과 바닷물의 염도의 차이에서 얻을 수 있는 에너지가 있으며 심해와 해수표면의 온도차이를 이용할 수 있는 열 에너지를 포함하고 있습니다. Ocean Energy Europe에 의하면 이론적으로 세계 전기 소비량보다 최대 125%를 생산할 수 있는 잠재력이 있다고 말하고 있습니다.

 

이러한 에너지를 이용하여 터빈을 돌리면 전기를 생산할 수 있으며, 유일하게 태양광 발전만 터빈 없이 직접 전기를 생산할 수 있는 전력시스템입니다.

 

1. 파도 에너지

• 해양 에너지의 표면파인 파도 에너지를 이용하여 전력생산을 하는 발전을 파력발전이라고 하며, 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용하여 전기 에너지를 얻을 수 있습니다. 즉, 파도의 상하 움직임을 이용하여 터빈을 돌림으로써 전력을 생산해 냅니다. 실제 실용화 기술은 뗏목처럼 떠있는 부표 전력 시스템, 바다 아래 구성된 시스템, 육상, 해상 근해 등 다양한 전력 시스템 기술이 있습니다. 우리나라의 경우 제주 추자도에 30kW급에 해당하는 2021년 방파제 연계형 파력 발전 실증 플랜트가 구축되었습니다.

 

2. 온도차에 의한 에너지

• 심해의 찬 바닷물과 표층수의 따뜻한 바닷물을 이용하여 전력생산을 생산하는 발전을 온도차 발전이라고 하며, 끓는점이 낮은 암모니아 혹은 프로필렌의 증기를 이용하여 터빈을 돌림으로써 전력을 생산해 냅니다. 이러한 증기는 다시 심해의 차가운 온도에 구속되어 다시 액체로 회수되는 시스템입니다. 구체적인 명칭은 해양열 에너지 변환(OTEC, Ocean Thermal Energy conversion) 기술이며, 육지 혹은 바다에 띄워 시스템을 구성할 수 있습니다.

 

3. 조력(조수간만) 에너지

• 조수간만을 이용하여 전력을 생산하는 방식으로, 해면의 높이차이를 이용한 위치에너지를 전기로 변환하는 방식으로 에너지를 얻습니다. 즉, 바다의 밀물과 썰물 관계에서 위치, 높이 차이가 발생하며 이 또한 위치 에너지입니다. 이러한 에너지를 포획하는 방식으로 전기를 만들어 냅니다. 이러한 발전방식을 조력발전이라고 불립니다. 
• 조력발전에는 두 가지 형태가 존재합니다. 
• 첫 번째는 앞에 설명한 민물과 썰물의 관계에서 발생하는 위치 에너지를 포획하여 전기를 생성하는 방식입니다.
• 두 번째는 민물과 썰물이 들어오고 나갈 때 해류의 움직임 또한 운동 에너지입니다. 이 운동에너지를 이용하여 풍력터빈과 같은 시스템을 돌려 전기를 생산해 냅니다.

 

4. 염도를 이용한 에너지

• 바닷물과 민물이 섞이면 양이온과 음이온이 자연스럽게 흐릅니다. 즉, 양이온과 음이온이 이동할 수 있는 스택을 구성하면 바닷물의 나트륨과 칼륨등의 양이온과 염소, 질산염과 같은 음이온이 교환막을 통과하는데 이때 이온의 이동에 의해 전위차가 발생하며 전자의 흐름이 생성되는 원리입니다. 즉, 농도가 높은 바닷물에서 농도가 낮은 물로 흐르는 원리가 하나의 운동에너지이며, 이러한 전위차로 전기를 생산해 내는 방식은 염분차 발전으로 불리고 있습니다. 

 

해양에너지는 다른 신재생에너지인 태양열, 풍력 등보다 개발, 시스템 비용이 높습니다. 바다의 염분, 엄청남 자연의 힘을 견딜 수 있는 시스템을 구성해야 하며, 전기를 육지로 끌어오기 위한 인프라 구성 등이 필요하기 때문에 일반적인 육지에 설치하는 시스템보다는 비용이 추가되는 것이 자연스러운 현상입니다. 다만, 기후위기에 직면한 현재 탄소중립 목표 달성을 위해 해양에너지를 이용한 전력생산 신기술들이 개발되고 있으며, 해양 전력 산업 인프라가 구축되면 비용은 낮아질 것으로 내다보고 있습니다.