[일본] 해양 온도차로 미래를 개척
- 낙도의 자급률 100%에 태양광과 풍력도 가속 -
일본 오키나와(Okinawa, 沖?) 현은 풍족한 자연 환경 속에서 특수한 전력 사정을 보이고 있다. 미래를 향해서 전력의 지산지소(地産地消)(지식리포터 주 1)를 도모하기 위해서 섬마다 독자적인 재생 가능 에너지를 사용하고 있다. 해양 심층수를 이용한 온도차 발전은 구메(久米)섬에서 선행되고 미야코(Miyako, 宮古)섬에서는 태양광과 풍력을 조합한 실증 프로젝트가 성과를 올리고 있다.
바다로 둘러싸인 일본에서는 해양 에너지가 유망하고, 특히 해상 풍력 발전과 해양 온도차 발전이 주목을 받고 있다. 모두 오키나와 현에 큰 가능성을 가지고 있으며, 특히 해양 온도차 발전에서는 세계의 최첨단 기술을 적용한 프로젝트가 진행 중이다. 오키나와 본섬에서 서쪽으로 약 100킬로미터 떨어진 구메섬에 있는 실증 설비가 2013년 4월 출력 50kW로 발전을 개시하였다(<참고자료 1> (상)).
해양 온도차 발전의 구조는 지열발전으로 사용되는 바이너리(binary) 방식에 가깝다. 비점이 낮은 암모니아 등을 온도가 높은 물을 사용하여 증발시켜 그 증기로 터빈을 돌려 발전한 후 온도가 낮은 물로 냉각하여 액체로 되돌리는 방법이다. 구메섬의 실증 설비에서는 증발기와 응축기에 열전도율이 높은 티탄을 사용하여 발전 효율을 향상시켰다(<참고자료 2> (하)).
온도차 발전의 냉각 프로세스에는 해양 심층수를 사용한다. 구메섬 근해에서는 수심 700미터에서는 수온이 5~7도 정도 된다. 온도가 낮은 상태로 안정되어 있으면서 불순물이 적다. 한편 남국(南國)의 특징으로서 해면에 가까운 표층수는 연간을 통해 25~30도 상태에 있다. 해양 온도차 발전에는 절호의 입지 조건이 갖추어져 있다.
현재로서는 실증 설비로 성능 시험을 계속하면서 다음 스텝에서 발전 능력이 1~2 MW의 상용 설비를 개발할 계획이다. 구메섬의 전력 수요는 피크 시라도 10 MW 이하이기 때문에 가동하면 섬 내에서 필요한 전력의 10% 이상을 커버할 수 있게 된다고 한다.
오키나와 현에서는 본섬을 포함하여 전력의 100% 가까이 화력발전에 의존하고 있다. 특히 낙도는 전력 수요가 적고 디젤 엔진에 의한 소규모 화력발전 설비로 전력을 공급한다. 연료로 중유를 사용하기 때문에 발전 비용이 높고 유해한 배기가스도 대량으로 방출하게 된다. 아름다운 자연 환경을 지키기 위하여 재생 가능 에너지의 도입을 서두르고 있다.
구메섬에서 남서로 200킬로미터 떨어진 미야코섬에서는 이전부터 태양광 발전과 풍력 발전에 임해 왔다. 오키나와 전력이 2010년 `미야코섬 메가 솔러 실증 연구 설비`의 운용을 개시하여 화력발전과 조합한 효과나 영향 검증을 계속하고 있다. 메가 솔러의 발전 능력은 4MW로 미야코섬의 전력 수요의 피크인 50 MW의 8%를 공급할 수 있다(<참고자료 2> (상)).
실증 연구는 2014년 3월 종료할 예정이지만 이미 유효성을 확인이 끝난 상태라고 한다. 대용량 축전지를 사용하여 메가 솔러의 전력을 제어하고 안정된 전력을 계속 생산하는 것이 가능하게 되었다. 본섬에 분산되어 있는 풍력 발전소의 전력도 활용하면서 화력발전의 전력을 줄이는데 유효하다.
오키나와 현에서는 육상과 해상 어느 쪽에서도 강한 바람이 불어 풍력 발전을 전개하는 여지는 크게 남아 있다. 다만 태풍이 많이 내습하기 때문에 풍차의 허용 범위를 넘는 강풍에 견디어야 하기 때문에 가도식(可倒式)(지식리포터 주 2) 풍력 발전 설비를 채용한다고 한다.
오키나와 전력이 2009년에 일본 최남단 하테루마(Hateruma, 波照間)섬에 2기를 설치한데 이어 2011년에는 오키나와 모토섬에서 동쪽으로 400킬로미터 떨어진 미나미다이토(Minamidaitou, 南大東)섬에서도 2기를 가동시켰다. 풍차의 날개는 2매 밖에 없고 1기당 발전 능력은 0.25 MW로 작지만 강풍 시에는 지면까지 눕힐 수 있는 구조로 되어 있다(<참고자료 2> (하)).
이러한 오키나와 현의 재생 가능 에너지 도입량은 착실하게 증가하고 있다. 가장 많은 것은 태양광 발전이고 그 다음이 풍력 발전이라고 한다(<참고자료 3> (상)). 일본에서 최하위였던 순위도 가가와(Kagawa, 香川) 현을 제치고 46위로 상승하였다고 한다.
그리고 2030년에는 태양광과 풍력, 해양 온도차 발전을 할 예정이라고 한다. 오키나와 현이 설정한 목표에서는 2030년도에 현 전체의 전력 사용량 중 13.5%를 재생 가능 에너지로 공급하는 로드맵을 설정하고 있다(<참고자료 3> (하)). 특히 낙도의 전력은 100%를 재생 가능 에너지로 전환하는 의욕적인 계획이다.
석유에 의존하는 기존 에너지 공급 체제를 발본적으로 변혁하고 자연과 공존할 수 있는 재생 가능 에너지를 살린 `에코 아일랜드(Eco Island)`로 오키나와 현의 대처는 진행될 예정이라고 한다.
(지식리포터 주 1) 지산지소
지역 생산 지역 소비의 약어로 지역에서 생산된 여러 가지 생산물이나 자원(주로 농산물이나 수산물)을 그 지역에서 소비하는 것이다.
(지식리포터 주 2) 가도식
강풍이 불면 풍차를 지면에 눕히는 방식
<참고자료 1> (상) 구메섬의 `해양 온도차 발전 실증 설비` / (하) (위) 실증 설비의 구성, (아래) 발전 원리
<참고자료 3> (상) `미야코섬 메가 솔러 실증 연구 설비`의 개요와 전경 / (하) `미나미다이토 가도식 풍력 발전 설비`의 풍차를 눕힌 상태
<참고자료 3> (상) 오키나와 현의 재생 가능 에너지 공급량 / (하) 재생 가능 에너지의 도입 목표(2030년도에 낙도의 전력 사용량의 100%를 재생 가능 에너지로 전환하고 시나리오 II에서는 낙도 이외의 전력 사용량의 20%도 전환)
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