`해양+온도차+발전`이라고 하는 문자의 표면적 의미로는 바다의 온도차를 사용한 발전일 것이라고 예측할 수 있다. 그러나 구체적으로 어떻게 하면 좋은 것인지, 이 방법으로 화력발전 등에 대항할 수 있는 것일까? 

일본을 가리켜 수많은 나라라고 부르는 경우가 있다. 프랑스인도 자국을 숫자로 부르는 일이 있다. L`Hexagone, 즉 육각형이다. 

프랑스의 형태가 육각형이다. 그 중 3개 해변이 각각 성격이 다른 바다와 접하고 있다. 도버 해협(the Straits of Dover) 등 영국에 접한 바다, 대서양에 인접한 비스케이 만(Bay of Biscay), 그리고 지중해다. 이고 인해 해양 에너지의 선구자 리스트에는 프랑스인이 복수 등장한다. 

예를 들면 파도가 밀려오는 에너지를 활용하는 기계를 발명한 것은 나폴레옹과 동 시대의 Monsieur Girard와 그 아들로 1799년이다. 이 시대에서는 아직 발전기가 발명되어 있지 않다. 발전기와 조합하여 파력발전을 실용화했던 것도 프랑스인이다. Bochaux-Praceique가 Bordeaux에 가까운 Royan 해안에 출력 1kW의 파력 발전기를 1910년에 설치하였다(주 1). 

`해양 온도차 발전`의 원리를 생각해 냈던 것도 프랑스인이다. J. D` Arsonval은 1881년에 해면 수온과 심해 수온이 다르기 때문에 발전에 이용할 수 있을 가능성을 고안하였다. 

실제로 발전이 가능한 것을 실증한 것은 프랑스의 화학자 Georges Claude이다. 제1차 세계 대전 후인 1926년 Claude는 학술원에서 해양 온도차 발전의 공개 실험을 하였다. 온수가 들어간 용기를 준비하여 파이프로 소형 터빈과 연결한다. 터빈의 후단에는 냉수가 반 정도 들어간 용기를 설치한다. 전체가 밀폐된 구조다. 그 후 냉수 용기의 공기를 진공 펌프로 분출한 후 온수 용기의 온수가 비등하여 터빈을 돌려 발전해 발생한 증기는 냉수 용기로 물로 돌아온다. 

이 실험에서 중요한 점은 높은 산에서는 요리를 잘 할 수 없다고 하는 이유는 기압이 낮기 때문에 물이 100도 이하로 비등하기 때문이다. 예를 들면 후지(Fuji)산의 정상에서는 기압이 해수면의 약 3분의 2가 되기 때문에 87~88도로 물이 비등한다. Claude의 실험에서는 진공 펌프를 사용하였지만 어떠한 방법으로 시스템 전체의 압력을 내릴 수 있어 두 종류 온도의 물이 있으면 증기가 발생하여 발전이 가능한 것이 밝혀졌다. 

Claude는 `화학자`이며 `발명가`였다. 공개 실험 이전 1902년에는 공기 액화 시스템을 세계에서 처음으로 공업화해하여 대량생산에 들어간다. 1898년에 발견된 지 얼마 안 된 불활성 가스 Ne(네온)를 사용한 네온관을 1910년에 발명하여 다양한 발명으로 알려져 있어 `프랑스의 에디슨(Edison)`이라고도 호칭되며 네온관의 상업 이용에도 성공, 네온사인을 제조하는 세계 최초의 기업을 시작하여 고액의 자금을 벌었다. 

앞선 공개 실험 시에도 실용화에 대해 가능성을 제시하면서 상용화가 가능한 점을 밝혔다. 그의 시산에 따르면 1,000m의 심해 수온은 4도, 만약 해수면의 수온이 30도 정도의 장소에서 해양 온도차 발전을 실행하면 1㎥의 해수로에서 4,500 kgm의 일이 가능하고 매초 1,000톤의 물을 취입하면 터빈 효율이 75%의 경우 10만 kW의 발전이 가능하다고 하였다. 

실험실 내 실험만으로는 불충분하다. 다음에 벨기에(Belgium)에서 제철소 온배수를 사용한 실험을 개시, 60 kW의 발전에 성공하였다. 이렇게 되면 다음은 해면 온도가 높은 입지에서 실험할 수밖에 없다. 1927년에는 실험장으로서 플로리다(Florida) 반도의 해안, 쿠바(Cuba)의 마탄사스(matanzas)만을 선정하여 심해(600 m)까지 직경 2 m의 파이프를 설치하여 매시 720톤의 심해수를 취출해 온도차 14도로 출력 약 20kW를 얻었다. 

Claude의 연구는 프랑스 정부 지원도 받아 기업화하여 제２차 대전 후인 1955년까지 계속 된다. 그러나 염가로 전력을 얻을 수 있는 석유 화력 전성의 시대에 들어갔기 때문에 연구는 중단되었다. 

Claude의 해양 온도차 발전은 발전 비용에서 화력발전보다 높았기 때문에 실패하였다. 그 이유로서는 저온 저압의 증기에서는 출력이 높지 않다. 현 시점에서 고려하면 물보다 비점이 낮고 비교적 밀도가 높은 물질을 작동 매체로서 사용하여 작동 매체를 폐회로에 가두는 클로즈드(closed) 사이클을 이용하면 좋은 것을 알 수 있다. 작동 매체에는 다양한 물질을 생각할 수 있지만, 예를 들면 암모니아가 적합하다. Claude는 공기 액화의 공업화에 이어 암모니아의 제조 기술을 개량한 실적도 있었다. 

Claude 연구 후 해양 온도차 발전을 이끌어 간 것은 미국이다. J. Hilbert Anderson은 작동 매체로서 프로판을 채용한 시스템을 1965년에 발명하였다. 온수로 액체 프로판을 증발시키고 터빈을 돌려 기화한 프로판을 냉수로 액체에 되돌린다고 하는 것으로, 현재 용어로 표현하면 `바이너리(binary) 발전`의 일종일 수 있다. 

Claude의 장치는 육상에 설치되었지만 Anderson은 장치 전체를 바다 속에 설치하는 것을 고려하였다. 그 이유는 상압에서의 프로판 비점은 -42도이고 바이너리 발전에 사용할 수 없지만 적절하게 가압하면 비점이 25도에 상승한다. 이 온도는 심해수와 해수면의 해수 중간값이 되어 바이너리 발전에 적용할 수 있다. 실제 액화한 프로판 가스는 일상생활에 사용되며 `프로판 가스 봄베`(LPG 봄베)의 프로판은 약 8.5 기압 이상으로 액체이다. 

해양 온도차 발전이 부활의 조짐을 보인 것은 1973년에 일어난 제1차오일 쇼크로, 다른 재생 가능 에너지와 마찬가지로 일본에서 해양 온도차 발전의 실증 실험이 시작되었던 것도 오일 쇼크가 계기라고 한다. 사가(Saga) 대학에서는 1973년에 해양 온도차 발전의 연구를 개시하여 출력 1 W로부터 75 kW까지 적용하였다. 특징은 사가 대학이 고안한 순 암모니아에 물을 혼합하는 사이클을 채용한 것이다. 작동 매체에 순 암모니아를 이용한 시스템과 비교하면 순 암모니아에 물을 혼합하는 사이클은 열효율이 50~70% 상승하여 그 만큼 발전 비용을 내릴 수 있다. 해양 온도차 발전 추진 기구에 의하면, 순 암모니아에 물을 혼합하는 사이클을 채용하여 출력 규모 1만 kW 이상이라는 화력발전과 동일한 발전 비용을 실현할 수 있다고 한다. 

그리고 대규모 해양 온도차 발전소에 착수한 것은 미국 Lockheed Martin사이다. 중국 부동산 개발 회사인 Reignwood Group과 계약하여 출력 1만 kW의 시험 플랜트 건설을 2014년에 개시한다. 양사는 기술의 상세 내용을 공표하고 있지 않지만 작동 매체를 이용한 바이너리 발전인 것은 확실하다고 한다. 그리고 Lockheed Martin은 1975년부터 작동 매체에 암모니아를 이용한 반잠수형 해양 온도차 발전의 연구를 계속하고 있다. 

해양 온도차 발전 전력원으로서의 특징은 24시간 365일 거의 일정한 출력으로 운전이 가능하다는 것이다. 여름철 오후나 맑은 날 출력이 높아지는 경향은 있지만 겨울철 야간이나 우천 시라도 출력은 일정 수준으로 유지된다. 즉, 전력원으로서는 현재 원자력 발전이나 석탄 화력발전 등이 담당하고 있는 기본 전원에 적용할 수 있다. 

결점도 있다. 지역 편재형의 에너지이기 때문에 바다에서만 발전할 수 없는 데다가 해수면과 심해 온도차가 15도 이상 필요하므로 온도차가 클수록 유리하기 때문에 먼 곳까지 가지 않아도 되므로 일본 부근이면 큐슈(Kyushu) 이남이며 최적지는 필리핀 연안, Claude가 실험 시설을 둔 쿠바(멕시코만)도 양호하다. 

`해양 온도차 발전`은 해양 에너지를 사용한 발전의 한 방식이다. 해양에는 조석, 조류, 해류, 파력, 온도차 등 다양한 에너지가 있다. 해양 온도차보다 다른 에너지가 대량으로 존재할지도 모른다. 각종 해양 에너지의 근원은 태양으로부터 오는 빛이다. 주야간 1일 1회 발생하는 점이나 고위도 지역과 적도에서 일조량이 다른 점 등 대기(바람)와 해수의 대규모 이동이 일어난다. 

해양 온도차는 일조를 직접 흡수하는 해수 표면과 심해의 온도차를 이용하고 있다. 조석 만은 태양광과 관계가 없다. 태양이나 달의 조석력(인력(引力)의 차이)에 의해서 일어난다. 조석력으로부터 얻을 수 있는 에너지양은 태양광의 1만 분의 1 이하이지만 충분히 이용 가능한 양이다. 

일본 신에너지?산업기술 종합 개발 기구(NEDO)는 해양 에너지의 총량(전 세계)에 대한 견적을 공개하고 있다. 그리고 일본의 소비 전력량은 약 1,000 TWh/년, 전 세계라면 약 2만 TWh/년이므로 해양 온도차만으로도 전 세계의 소비 전력량의 80%를 조달할 수 있다고 한다. 

자금 조달의 문제나 기술개발의 지연, 법 제도에 의한 제한에 의하여 이론 발전 가능량을 모두 얻는 것은 불가능하지만 개발할 가치가 있다고 한다. 일본 해양 온도차 발전 위원회의 시산에 따르면 200 해리의 경제수역 내에는 연간 100 TWh의 해양 온도차 에너지가 존재한다고 한다. 

[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 08. 22]

短期連載の最終回では、海洋?度差?電を扱う。「海洋＋?度差＋?電」という文字面からすると、海の?度差を使った?電だろうということは分かる。だが、具?的にどうすればよいのか、この方法で火力?電などに?抗できるのだろうか。

日本の?を指して八百万の?と呼ぶことがある。フランス人も自?のことを?字で呼ぶことがある。L'Hexagone(レキサゴン)、つまり六角形だ。

　何が六角形かというと?の形である。そのうち3つの?がそれぞれ性格の異なる海と接している。ド?バ?海?など英?に面した海、大西洋に?がるビスケ??、そして地中海だ。このためか、海洋エネルギ?の先?者のリストにはフランス人が複?登場する。

　例えば波が打ち寄せる力を取り出す機械を?明したのはナポレオンと同時代のムッシュ??ジラ?ル（Monsieur Girard）とその息子だ。1799年のことである。この時代にはまだ?電機が?明されていない。?電機と組み合わせて波力?電を?用化したのもフランス人だ。ボショ??プラティ?ク（Bochaux-Praceique）がボルド?に近いロワイヤンの海岸に出力1kWの波力?電機を据え付けた。これは1910年のことだ＊1）。

＊1） 2007年にはスコットランドの企業Pelamis Wave Powerがポルトガル海岸に波力?電機を据え付け、?電を開始している。これが初の商業規模の波力?電だ。複?のシリンダを接?しているため、「ウミヘビ」と呼ばれている。シリンダ1つで750kWの?電が可能だという。

　今回の短期連載の最終回で取り上げる「海洋?度差?電」の原理を考え出したのもフランス人だ。ダルソンバ?ル（J.D'Arsonval）は1881年に海面の水?と深海の水?が違うことから?電に利用できる可能性を思い付いた。

　?際に?電が可能であることを??したのはフランスの化?者ジョルジュ?クロ?ド（Georges Claude）だ。第一次世界大?後の1926年、クロ?ドは?士院で海洋?度差?電の公開??を開いた（?1）。?水が入った容器を用意し、パイプで小型のタ?ビンとつなぐ。タ?ビンの後段には冷水が半分程度入った容器を置く。全?が密閉された構造だ。その後、冷水容器の空?を?空ポンプで?いていく。すると、?水容器の?水が沸騰し、タ?ビンを回して?電した。?生した蒸?は冷水容器で水に?る。

　?1の左が?水容器、中央がタ?ビンと?水容器だ。中央の容器から左下に向かうチュ?ブが?空ポンプにつながっている。

この??で重要なのはどこだろう。高山では料理がうまくできないという話を聞いたことはないだろうか。こうなる理由は??が低いため、水が100度以下で沸騰するからだ。例えば富士山の山頂では??が海水面の約3分の2になっているため、87～88度で水が沸騰する。クロ?ドの??では?空ポンプを使ったが、何らかの方法でシステム全?の?力を下げることができ、2種類の?度の水があれば蒸?が?生し、?電が可能なことが分かる。

　クロ?ドは「化?者」で「?明家」だった。さらに「?業家」でもあった。公開??以前の1902年には空?の液化システムを世界で初めて工業化し、大量生産に入る。1898年に?見されたばかりの不活性ガスNe（ネオン）を使ったネオン管を1910年に?明。多彩な?明で知られており「フランスのエジソン」とも呼ばれる。さらに、ネオン管の商業利用にも成功、ネオンサインを製造する世界初の企業を立ち上げて多額の資金を得ている。

　先ほどの公開??の際にも、?用化について早速?字を?げて商用化が可能なことを示している。彼の試算によれば、1000mの深海の水?は4度、もしも海水面の水?が30度程度の場所で海洋?度差?電を?行すれば、1m3の海水から4500kgmの仕事が可能であり、?秒1000トンの水を取り入れれば、タ?ビン?率が75％の場合10万kWの?電が可能だとした。

　卓上の??だけでは不十分だ。次にベルギ?で製?所の?排水を使った??を開始、60kWの?電に成功した。こうなれば後は海面の?度が高い立地で??するしかない。1927年には??場としてフロリダ半島の?岸、キュ?バのマタンサス?を選び出す。深海（600m）まで直?2mのパイプを引き、?時720トンの深海水を取り出し、?度差14度で出力約20kWを得た。

　クロ?ドの?究はフランス政府の支援も受けて企業化し、第二次大?後の1955年まで?く。しかし、安?に電力が得られる石油火力全盛の時代に入ったため、?究は中?してしまった。

　クロ?ドの海洋?度差?電は?電コストで火力?電に負けてしまった。何がいけなかったのだろうか。クロ?ドが「失敗」したのは水を作動媒?として使ったことだ。低?低?の蒸?では出力が高くならない。現代の目から見れば、水よりも沸点が低く比較的密度が高い物質を作動媒?として使い、作動媒?を閉回路に閉じ?めるクロ?ズドサイクルを利用すればよいことが分かる。作動媒?にはさまざまな物質が考えられるが、例えばアンモニアが適する。クロ?ドは空?液化の工業化に?いてアンモニアの製造技術を改良した?績もあった。もう一押しがあれば、アンモニアの利用を思い付いたかもしれない。

[출처: http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1308/16/news076.html]