인류는 먼 옛날부터 해양을 이용한 친환경 에너지 발굴에 애써 왔다. 특히 화석 에너지 고갈과 함께 재생가능한 대체 에너지 발굴이 급부상하면서 해양을 이용한 에너지 발굴에 가속도가 붙고 있다.

 

현재 과학자들에 의해 파도, 해류, 조수 등을 이용해 전력을 생산하는 기술이 속속 개발되고 있다. 이 중 해수 온도차를 이용해 전력을 생산하는 기술은 실현 가능성이 높아 가장 각광을 받는 기줄 중 하나로 꼽히고 있다.

 

최근 중국 국가해양국 제1해양연구소 류워민(劉偉民) 연구진이 수행한 ‘15Kw 온도차 발전 시스템 연구 및 테스트’ 프로젝트는 관련 전문가들로 구성된 검수진의 검수에 통과되었다. 이로써 중국은 미국, 일본에 이어 독자적으로 온도차발전 기술을 보유한 국가가 되었다.

 

해수 냉열 사이에 내재된 에너지
해양 온도차발전이란 태양 빛을 받아 온도가 높은 표충 해수와 온도가 낮은 심해 해수 간의 온도차를 이용해 전력을 생산하는 것을 말한다. 류워민(劉偉民) 연구진에 따르면, 저위도의 해역, 즉 중국 남부와 동해의 일부 해역의 해양 표층 해수 온도는 25℃ 이상에 달하지만 500m 이하 심해의 온도는 4~5℃에 달해 20℃의 온도차가 난다.

 

류워민(劉偉民)은 “해양 온도차발전의 원리는 증기를 이용, 터빈을 회전시켜 전력을 생산하는 것”이라고 설명하면서 “물의 비등점은 상대적으로 높아 표층 해수 온도에서 증기로 변화될 수 없기 때문에 연구진은 낮은 온도에서 쉽게 비등기화(沸藤氣化)할 수 있는 액체 암모니아를 이용해 전력을 생산하는데 성공했다”고 밝혔다.

 

류워민(劉偉民) 연구진의 설명에 따르면, 해양 온도차발전의 프로세스는 너무 복잡하지 않다. 해양 온도차발전은 온수펌프를 이용하여 표층의 해수를 증발기에 주입하면 액체 암모니아 기체로 변해 터빈을 통과하면서 회전시켜 전력을 생산하며 통과된 암모니아 기체는 냉각기 즉 심해 해수층에 들어가 액체 암모니아로 변화된다. 연구진은 이러한 공법을 이용해 전력을 생산하는 시스템을 개발했다.

 

중국 해수 온도차발전 효율이 5.1%에 달해
해양 온도차발전 공법은 크게 어려워 보이지 않지만 연구진이 ‘15Kw 온도차발전 시스템’을 개발하기 전에는 세계에서 미국과 일본이 독자적인 기술을 보유하고 있었다. 류워민(劉偉民) 연구진은 ‘15Kw 온도차발전 시스템’을 개발하는데 4년이란 시간을 소요했다.

 

중국 재생가능에너지학회 비서장 겸 검수팀 팀장인 왕촨쿤(王傳琨)은 ‘15Kw 온도차발전 시스템’에 대하여 아래와 같은 6가지 포인트가 있다고 지적했다.

 

·중국의 첫 실용 온도차발전 시스템을 구축했으며 ‘15Kw 온도차발전 시스템’ 개발을 통해 이 분야에서의 공백을 메웠다.
·실제 수요에 따라 해수 온도차 환경에서 해수 담수화 시스템을 개발했다.
·운행이 평온하고 잡음이 적으며 효율이 높은 신형 암모니아 통과 시스템을 개발했다
·다기능 상호보완 온도차발전소를 연구 개발하는데 성공했다.
·이론적으로 새로운 고효율 열역학 순환 방식을 구축했다.
·국제 협력의 길을 개척했다.

 

류워민(劉偉民) 연구진에 의해 개발된 ‘15Kw 온도차발전 시스템’의 발전 효율은 5.1%에 달해 미국의 3%, 일본의 4.9%보다 높게 나타났다. 이는 같은 규모의 온도차발전소를 건설할 경우 원가를 대폭 절감할 수 있는 조건을 갖추게 된다.

 

해수 온도차발전 전망이 밝아
해양 온도차는 그리 크지 않지만 해양 수체가 거대하기 때문에 굉장한 에너지가 내재되어 있다. 해양은 세계에서 가장 큰 태양에너지 수집기라고 해도 과언이 아니다. 해양은 매년 37조Kwh 에너지를 흡수하며 이는 현재 인류가 사용하는 전기 용량의 4,000배에 달한다.

 

또한 1제곱킬로미터 해양 표층에 함유된 에너지는 석유 3,800밸러에 달한다. 이런 거대한 해양에너지가 개발되면 화석에너지를 대체할 수 있을 것으로 전망된다. 1980년대 중국 해양자원 조사 보고서에 따르면, 중국의 해양 온도차에너지는 전체 해양에너지의 90% 이상을 차지한다.

 

류워민(劉偉民) 연구원은 “해양 온도차에너지의 순환 메커니즘과 시스템은 통상적인 발전 장비와 비교에 큰 차이가 없다”며 “중국은 일정한 수준의 공업 기반을 가지고 있도 또 기술이 상대적으로 성숙되어 있기 때문에 대규모 해양 온도차발전소를 건설할 수 있다”고 지적했다.

 

해수 온도차발전에 대한 지원 강화 필요
류워민(劉偉民) 연구원은 “현재 해양 온도차발전 분야에서 일정한 성과는 올렸지만 아직도 어려움과 도전에 직면해 있다”며 “해양에 설치되는 해양 온도차발전 시스템의 주요 장비는 해안에 설치되기 때문에 냉해수 파이프를 심해까지 가설해야 하는 어려운 문제점을 안고 있다”고 지적했다.

 

이 외에도 해수 온차가 비교적 낮아 충분한 에너지를 추출하려면 대량의 해수를 유통시켜야 한다. 100MW 온도차발전 시스템을 구축하는데 직경이 10미터에 달하는 파이프가 수요되며 10MW 온도차발전 시스템을 구축하려면 직경이 4m에 달하는 파이프가 수요된다. 이는 온도차발전 시스템을 구축하는데 어려운 과제로 되고 있다.

 

현재 조류 에너지, 파도 에너지, 해류 에너지, 온도차 에너지를 이용한 전력 생산이 주요 해양 에너지 개발 방식으로 자리를 잡고 있다. 이 중 온도차 에너지 축적량이 가장 많아 국제 사회의 주목을 받고 있다.

 

따라서 많은 다국적 기업들이 온도차발전 사업에 뛰어들고 있어 정부차원의 지원이 필요한 시점이다. 중국 정부도 온도차 에너지 발굴을 위한 지원 정책 마련 등 조짐을 보이고 있다.