[중국] 조수의 간만으로 이익을 얻을 수 있을 것인가
조력발전은 해양으로부터 에너지를 얻는 발전의 한 종류이다. 조석에 의한 해수의 높이 차이(위치에너지)를 이용한다.
조력발전과 유사한 것이 조류발전이다. 조수의 간만 시에는 해수가 수평방향으로 흐른다. 이 해수의 흐름(운동에너지)을 이용하는 것이 조류발전이다.
조력발전은 조수의 간만이라는 분단위로 예측 가능한 주기적인 현상에 기초하고 있다.
기상의 영향(저기압 및 강풍에 의한 고조)은 있지만, 기본적으로 출력을 확실하게 예측할 수 있으며, 급격한 출력변동도 없다. 따라서 기본적인 전원으로서 사용하기 쉽다.
조력발전소에는 적합한 장소가 있다. 최대 조건은 조석의 규모 즉 간조 시와 만조 시의 해면 높이차(조위차)가 큰 것이다. 신에너지산업기술종합개발기구에 의하면 평균 조위차가 5m 이상이면 조력발전소를 실용화할 수 있다고 한다.
얻을 수 있는 에너지는 조위차의 2승에 비례하기 때문에 조위차가 2배 다르면 에너지는 4배 변화한다. 또 하나의 조건은 지형이다. 들어오는 입구가 좁고, 내부가 넓은 만에 건설하는 것이 바람직하다.
만이라면 작은 제방을 만드는 것만으로 대량의 해수를 이용할 수 있으며 발전소의 건설비용 저감에 효과적이다. 이러한 조건을 만족하는 입지는 다수 있다.
그러나 대규모 조력발전소는 현재 세계에 2군데 밖에 없다. 대한민국과 프랑스이다. 2개의 발전소 합계 출력은 494MW이다. 2012년 말 전 세계 해양에너지 발전소의 합계 출력 527MW 중 93.7%를 차지하고 있다. 즉 조력발전은 현 시점에서는 해양에너지의 선두주자이다.
조력발전소로서 오랫동안 세계 1위는 프랑스 랑스 조력발전소이었다. 브루타뉴(Bretagne) 반도의 북측 브루타뉴 지역권 일에빌렌(Ille-et- Vilaine)의 북단에서 생말로(Saint-Malo)만에 흐르는 랑스강의 하구를 이용하고 있다.
그림 1은 랑스강 상공에서 거의 북을 향한 랑스 조력발전소를 포함한 하구 제방을 나타낸 것으로 제방의 우측 하얀 물이 보이는 부분의 해수면 밑에 터빈이 설치되어 있다.
제방의 좌측에는 수직축의 주변을 회전하는 수문이 2조 설치되어 있으며 수로로서 개방할 수 있는 구조를 채용하고 있다. 이 수로를 연간 1만 8,000척의 선박이 통과하고 있다. 제방 위에는 4차선의 도로가 있으며, 정기적으로 가동교를 올리고 있다.
랑스강 하수 부근에는 옛날부터 탈곡에 조력을 이용해 왔다. 최대 조위차가 13.5m(평균 조위차 8.5m)이며, 조력발전에 이용하려는 계획은 이미 1923년에 제시되었다. 제2차 세계대전 후 1961년 하구에 길이 750m의 제방 건설을 시작하고 1963년에 발전소 건설을 시작하여 1966년에 완성하였다.
송전을 개시한 것은 1967년 12월로 47년 전이었다. 세계 최초의 상용 조력발전소이며 40년 이상 규모에서도 최대이었다. 발전량이 많도록 제방의 어느 쪽이든 해수면이 높은 경우에 발전할 수 있도록 설계하였다.
갯벌의 카플란(Kaplan) 수차에 접속된 발전기의 출력은 10MW이며, 이것이 24기 있어 최대 출력은 240MW이다(평균 출력은 약 68MW).
이 발전소를 운용하고 있는 프랑스전력(EDF)이 공표한 “DOCUMENT DE REFERENCE RAPPORT FINANCIER ANNUEL 2012”에 의하면 통산 평균 발전량은 50만 MWh이며 2012년은 50만 3,000MWh이었다. 이것은 브루타뉴지역 전체의 연간 소비전력량의 3.55에 해당한다.
랑스 조력발전소의 최대 특징은 발전량이 크다는 것이다. 그러나 다른 발전소에 없는 귀중한 것을 경험했다는 것이 중요하다. 50년 가까운 장기간 운전에 문제가 없다는 것을 실증하였으며, 발전비용이 저렴하다는 것도 알았다.
이러한 성질은 전력원으로서 대규모 수력발전소와 유사하다. 랑스 조력발전소의 건설비용은 6억 2,000만 프랑이다. 이것은 2010년 화폐가치로 환산하여 7억 8.800만 유로에 해당한다. 건설비용은 오랜 기간 발전으로 모두 회수하였다.
재생가능 에너지에 관한 국제네트워크인 REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)이 2013년 6월에 공개한 “RENEWABLES 2013 GLOBAL STATUS REPORT”에 의하면, 조력발전의 발전비용은 출력 1~250MW의 경우 21~28달러/kWh이다.
이것은 발전소의 건설, 건설에서 운용, 폐기까지의 모든 비용을 생애발전량으로 나눈 균등화 발전원가(LCOE) 값이다. 건설 시의 자본비용은 5,290~5870달러/kW이었다.
그리고 EDF는 2008년 7월에 조력이 아니라 조류발전을 위한 실증실험용 터빈팜(turbine farm)의 설계를 발표하였으며, 건설지는 랑스조 력발전소의 주변지역이었다. 2011년 10월부터 2012년 1월까지를 제1기로 하여 건설과 테스트를 종료하였다.
2013년 9월에는 4기의 터빈으로부터 2MW의 출력을 얻을 계획에 관해 사업자의 입찰을 개시하였다. 총 사업비는 4,000유로이다. 2020년까지 최종 에너지 소비에 차지하는 재생가능 에너지의 비율을 23%로 높이는 계획에 기여할 것이다.
조력발전소는 역사가 길지만 소규모 시설이 많고 출력이 1MW를 넘는 발전소는 5개 밖에 없다. 안나폴리스 발전소(Annapolis Royal Generating Station, 1984년 완성, 출력 20MW)는 캐나다 대서양 연안에 위치하고 있으며, 최대 조위차가 16.4m로 세계에서 가장 큰 곳에 위치하고 있다.
중국에는 상하이의 남쪽, 동중국해에 면한 지앙시아 조력발전소(Jiangxia Tidal Power Station, 1980년 완성, 출력 3.2MW, 3.9MW가지 증설 예정)가 있다. 핀란드 국경에 가까운 북극권의 콜라(Kola)반도에 위치한 러시아 Kislaya Guba 조력발전소(1968년 완성, 출력 1.7MW)는 세계에서 두 번째로 오래된 조력발전소이다.
츨력이 1MW를 넘는 앞으로의 계획은 2개 있다. 첫 번째는 대도시의 한 가운데에 설치할 계획이다. 미국 뉴욕주 뉴욕시를 흐르는 이스트강을 따라 예정된 출력 1MW의 루즈벨트섬 조력발전소(Roosevelt Island Tidal Energy)이다.
또 하나는 발전소로서 상당히 거대한 프로젝트이다. 영국의 웨일즈와 잉글랜드 사이를 나누는 브리스틀(Bristol) 해협에 흘러드는 영국에서 가장 긴 강((354km))인 세번강(Severn river)을 이용한다. 브리스틀 해협에서는 조석차가 랑스강과 유사하여 영국의 어느 지역보다 조력발전에 적합한 입지이다.
세번강 하구에서 조금 아래쪽에 위치하는 웨일즈의 수도 카디프와 건너편 강 사이는 다소 폭이 좁기 때문에 이곳에 길이 18km의 제방을 구축한다. 그러면 출력 6.5GW의 조력발전소를 설치할 수 있다. 출력의 크기는 세계 최대 원자력발전소인 카시와자키-카리와(柏崎刈羽) 원자력발전소의 80%에 해당한다.
세번강 프로젝트가 완성되면 영국의 연간 소비전력량의 5%를 담당할 수 있는 규모이다. 단 이 프로젝트는 문제가 2개 있다. 첫 번째는 대규모 자연파괴의 가능성과 두 번째는 경제적인 문제이다. 대규모 공사가 필요하기 때문에 건설비용이 300억 파운드를 넘는다.
그리고 영국 스코틀랜드에는 조석이 아니라 조류를 이용한 MeyGen tidal stream project가 있다. 스코틀랜드 본토의 최북부와 오크니(Orkney) 섬지역 사이에 있는 펜틀랜드 해협은 강한 조류로 알려져 있으며, 다양한 보트경주가 개최되고 있다. 이 해저에 조류를 이용하는 터빈(출력 1MW)을 다수 설치한다. 2015년에 우선 9MW, 2020년까지 86MW, 개시 후 25년에 398MW 규모까지 확장시킬 예정이다.
한편, 해양을 이용한 재생가능 에너지에 관해 일본 정부는 파력, 조류, 해양온도차, 해류 등 4분야와 해상 풍력발전에 중점을 두고 있다. 현재는 이 5개 분야에 관하여 순차적으로 실증실험을 추진하고 있다. 조력발전에 관한 계획은 없다. 대학 등 연구기관 및 조력 플랜트의 건설 및 수출에 관심이 있는 기업에 맡겨둔 상태이다
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