[한국에너지신문] 최근 기후변화협약 규제 대응, 미세먼지 절감 방안 등이 요구됨에 따라 신재생에너지의 중요성이 재인식되고 있다. 그러나 우리나라 전력산업은 원자력 및 화석연료에 많은 의존을 하고 있어 다양한 신재생에너지로의 전환이 필요한 실정이다.
일반적으로 신재생에너지 전력 생산은 태양광, 풍력 등을 이용하는 것으로 인식되고 있다. 재생에너지 중 아직까지 많이 인식되고 있지 않은 해양에너지인 해수온도차발전을 소개하고자 한다.
해양에너지는 조수간만의 차를 이용한 조력발전, 조류(해류)의 흐름을 이용한 조류발전, 파도의 힘을 이용한 파력발전, 해수와 담수의 염도차를 이용한 염도차발전 및 해수온도차를 이용한 해수온도차발전 등이 있다. 유럽에서는 친환경 측면에서 공간적 제약이 적은 해상풍력이 활성화되어 있으며, 해양풍력을 해양에너지로 분류하고 있다.
해수의 수열을 이용한 설비 중 해수온도차냉난방시스템은 신재생에너지 중 수열에너지에 포함되어 있지만, 해수온도차발전은 해양에너지로 분류되어 있다. 해수온도차발전은 수심에 따른 바닷물의 온도차를 이용하여 에너지를 취득하는 기술이다.
열대 해역에서 해면의 해수 온도는 흔히 20℃를 넘지만 수심 500∼1000m 정도 깊이의 심해에서는 4℃로 거의 일정하다. 이와 같은 표층수와 심층수의 온도차를 이용해 작동유체를 증발시켜 터빈을 구동해 전력을 얻고 다시 작동유체를 응축하는 방식으로 발전하는 기술을 해수온도차발전(OTEC)이라고 하며, 발전효율은 약 5% 정도이다.
해수온도차를 이용한 발전설비는 1979년 미국 하와이에서 발전량 15㎾로 시작하여 1993년에 210㎾까지 개발하였으며 2008년부터는 직경 4m의 대형 취수관을 개발하고 있다. 일본의 경우 2003년에 1㎿급 발전설비를 개발해 인도에 수출했고 현재 전력 생산과 담수화설비(1000톤/일)를 운전 중이며, 2005년에는 4㎿급의 발전설비를 해안에 설치해 운전 중이다.
프랑스의 경우 2009년에 재개발을 시작하여 10㎿급 발전설비 개발을 목표로 하고 있으며, 현재 중국도 10㎿급 발전설비를 개발 중이다. 우리나라의 경우 2013년에 1㎿급 발전설비를 개발했으며, 1㎿급 실증설비 수출을 목표로 제작 중이다. 이처럼 많은 설비가 추가로 설치되고 있으며 관련 산업도 급격히 발전하고 있는 추세이다.
해수온도차발전시스템은 발전효율이 약 5%로 높다고는 볼 수 없지만 발전을 위해 취수하는 심층해수를 이용한 부가산업이 많기 때문에 해외에서는 꾸준히 설치되고 있다. 부가산업으로는 미네랄워터, 냉열이용 수산업, 냉열이용 농업, 지역냉방 및 건물공조, 심층수를 이용한 식료품 산업, 수소 및 리튬 회수 등 많은 산업 분야에 이용되고 있어 해수온도차발전시스템의 경제성은 매우 크다고 볼 수 있다.
한 예로 2015년 일본 오키나와 인근 섬에 해수온도차발전설비를 설치함에 따라 관련 기업 18개사 신설, 인구 유입 950세대, 연간 200억 원 수익 증대 등 경제성 효과가 매우 크다는 것이 입증되고 있다.
그러면 해수온도차발전설비의 공급 확대를 위해서 어떠한 문제가 해결되어야 할까. 우선 해수온도차발전설비는 해수를 취수해야 하기 때문에 설치 대상 지역이 해안가에 위치해야 하며, 600m 이상의 수심이 필요하다.
그리고 연중 20℃ 이상의 표층해수가 필요한데 우리나라의 경우에는 동절기에 표층해수 온도가 낮아 발전이 어려운 실정이나 해결 방법이 없는 것은 아니다. 심층해수를 취수하기 위한 적정지역은 동해안이며, 동해안에는 원자력발전소가 있어 발전 온배수를 이용하면 이러한 문제점을 해소할 수 있다고 생각된다.
특히, 우리나라와 같이 3면이 바다로 된 지리적 특성과 기존의 발전 시설을 최대한 활용하여 우리나라 특성에 적합한 해수온도차에너지를 활용할 수 있는 기술 개발과, 이를 위한 제도 및 정책적인 검토와 아울러 기술 개발의 전략을 수립하여 추진하는 것이 중요하다고 할 수 있다.