파력 발전 국내외 시장 동향 -...

파력 발전 국내외 시장 동향_147

파력 발전 국내외 시장 동향

삼성중공업 | 변정현 과장

Ⅰ. 개 요 ········································································ 149

1. 파력 발전의 개요 및 원리 ···································· 149

2. 파력발전 장단점과 입지조건 ······························· 150

Ⅱ. 동향 분석 ································································· 150

1. 국내 동향 ································································ 150

2. 해외 동향 ································································ 152

Ⅲ. 향후 전망 ································································· 154

<참고문헌> ······································································· 156


파력 발전 국내외 시장 동향

삼성중공업 | 변정현 과장

Green Technology Trend Report

Ⅰ. 개 요

1. 파력 발전의 개요 및 원리

파력발전은 파도(파랑)의 운동에너지와 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 발전방식을 사용

한다. 작동원리에 따라 가동물체형, 진동수주형, 월파형으로 나누고 설치형태에 따라 착저식(해저

고정식), 부유식 등으로 분류할 수 있다.

<표 1> 작동원리에 따른 파력발전의 종류

종 류 구 분 특 징

가동

물체형

개 념 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하는 물체의 움직임을 전기에너지로 변환장 점 파력에너지를 직접 이용하므로 에너지 효율이 높음단 점 파력발전기가 파력에 직접 부딪힘으로 구조물이 취약

진동

수주형

개 념 파력에너지를 공기의 흐름으로 변환하여 이를 전기에너지로 변환하는 방식

장 점발전효율이 월파형에 비해 높음파랑의 형태와 무관하게 발전 가능

단 점 파랑의 변동성을 제어하기 어려움

월파형개 념

파력의 진행방향 전면에 비탈면을 두어 파랑에너지를 위치에너지로 변환하여 전기에너지를 생산하는 방법

단 점 일정 수위 이상에서만 전기 생산 가능

자료: 산은경제연구소, “조력·조류·파력 발전의 최근 동향과 전망”, 2009

<표 2> 설치형태에 따른 파력발전의 종류

종 류 영 문 특 징부유,

상하유동설비

Floats orPitchingDevices

부유물체의 불규칙적 흔들림과 상하이동을 통해 전기생산부유물체들은 해양층에 고정된 장치나 떠있는 뗏목에 설치될 수 있음

고정식Oscillating

WaterColumns

실린더 모양의 공간 안에서 파도의 오르내림에 의해 전기생산오르락내리락하는 물기둥은 공기터빈에 힘을 전달하면서 실린더 꼭대기로 공기를 집어넣고 빼내고 함

파도전달집중화설비

Wave Surge orFocusing Devices

해안선에 설치된 장비들은 파도를 전달시키거나 집중시키기 위해서 해안에 설치된 구조물에 의존하므로 ‘가느다란 통로(tapered channel) 시스템’

이라 불림

자료: 연구자 조사

150_녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

2. 파력발전 장단점과 입지조건

파력발전은 소규모 발전이 가능하며, 발전기가 방파제로 활용될 수 있고, 한 번 설치해 놓으면

거의 영구적으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 조력·조류발전 등 다른 해양에너지 발전에

비해 비교적 입지의 영향을 덜 받으며, 잠재적인 부존량이 9TW~20TW로 추정된다. 파력발전은

공해를 유발하지 않는 친환경 발전이라는 이점이 있다. 파력발전의 단점으로는 파랑이 풍력에

비해 전기발생 출력변동이 심해 규모 발전에 제약이 있으며, 현재의 기술로는 초기 제작비가

많이 들어가 발전단가가 높다. 파력발전의 발전단가는 2008년 석유를 이용한 평균 발전단가인

4.0¢/kWh의 2배 이상인 9.0¢/kWh로 파악되었으며, 향후 기술발전에 따라 발전단가 하락 가능

성이 예상된다(<표 3> 참조).

파력발전이 가능한 입지조건으로는 육지에서 거리 30km 미만, 수심 300m 미만의 해상이어야

하며, 항해, 항만 기능에 방해되지 않고 비교적 편서풍이 강한 위도 30~60도 근처로 서유럽해안,

북미, 호주 및 뉴질랜드 해안이 적합하다. 국내에서는 동해안, 제주도 지역이 파력발전의 적지이며

국내 부존량은 6,500MW로 추정된다.

<표 3> 에너지원별 발전단가

(단위:¢/kWh)

구 분 석유 조력·조류 파력 풍력 태양 지열 바이오

최 저 3.0 7.0 3.0 2.5 20.0 7.0 2.9

최 고 5.0 10.0 12.0 10.0 40.0 9.0 8.0

평 균 4.0 8.0 9.0 5.0 26.0 8.0 6.0

자료: 신재생에너지센터, “2008 신재생에너지의 이해”, 2008

Ⅱ. 동향 분석

1. 국내 동향

한반도 해역의 전체 파력에너지는 650만 kw이며, 이러한 잠재자원의 10%인 65만 kw를 이용

한다면 22만 가구에 전력공급이 가능하다. 한국의 실질적인 파력발전은 2003년부터 시작되었으며,

2006년 150W급 소형파력발전장치를 개발해 제주 차귀도 해역에 설치하였다. 또한 제주 한경면

용수리 앞 약 500m 해상에 규모 500kw급 시험용 파력발전소를 총 105억 원을 투입하여 2013년

본격적인 상용화를 목표로 건설하고 있다. 포항에서는 소형 파력발전소를 설치해 시험 가동하였다.

남구 호미곳면 보리 동북방 650m 지점에는 총 10억 원을 투입해 지름 10m, 높이 15m의

원통형 구조물을 설치하여 1시간에 최고 100kW의 전기 생산이 가능하다. 이는 연간 생산량 87만

6천kW로 약 250가구가 1년 동안 사용가능한 전기량이다.


자료 : “제주, 뭍에는 풍력발전...바다에는 파력발전 ‘청정 에너지 메카의 꿈’”, 세계일보, 2009.04.19.

http://www.segye.com/Articles/NEWS/ECONOMY/Article.asp?aid=20090419000929&subctg1=&subctg2

<그림 1> 제주도 시험용 파력발전소

자료 : “포항 대보리 ‘파력발전소’ 선다”, 경북매일, 2012.11.13.

http://www.kbmaeil.com/news/articleView.html?idxno=270518

<그림 2> 포항 소형 파력발전기

한국의 파력발전 관련 전문가들은 발전기 자체보다는 파력발전 설치 후 환경변화를 평가할 수

있는 기술 및 실제 전력계통과의 연계경험이 거의 없으므로 제주 및 포항 등지에서 시행하고 있는

시험 파력발전 플랜트를 건설하면서 운영경험을 축적하고 있다.

기술 영역별 핵심기술은 후보지 자원특성 및 환경영향 평가기술, 해양에너지 구조물 설계 및

시공기술, 발전기 및 전력제어기술, 해양에너지 단지를 포함한 발전시스템 운용 및 보수유지기술

등으로 나눌 수 있다. 2020년에 파력발전의 경제성 제고를 제외한 국내 파력에너지 변환기술 및

파력발전 구조물 설계 및 시공기술은 선진국 비 90% 이상의 기술 수준에 도달할 전망이다.


<표 4> 파력에너지 관련기술의 선진국 대비 기술수준

(단위: 선진국 = 100)

구분 소분류 2007년 2012년 2020년

파력에너지 변환기술

적지 평가 80 90 100

파력에너지 집적 및 흡수 75 85 95

터빈 기술 75 85 95

파력발전구조물 설계 및 시공기술

해양환경 평가 65 80 95

고정식 파력발전 구조물 설계 및 시공

80 90 100

부체식 파력발전 구조물 설계 및 시공

75 85 95

파력발전 발전시스템 기술

파력발전용 발전기 및 전력제어

70 80 90

파력발전 시스템 운용 및 보수 유지

65 75 90

파력발전의 경제성 제고 60 75 85

자료: 에너지관리공단, “신·재생 에너지 R&D전략 2030”, 2009

2. 해외 동향

2012년 3월에 발간한 스코틀랜드 전력생산정책집에서 언급한 내용에 의하면 2020년까지 6개의

파력과 5개의 조력 발전 계획을 가지고 있으며, 스코틀랜드의 북쪽 해안에서 1.6GW를 발전하여

총 70,000가구에 공급할 계획이다. 2011년에 총 전력량의 20% 이상을 신재생 에너지로 충당한

스코틀랜드는 2020년에 전력의 100%를 신재생에너지로 공급할 계획을 갖고 있다.

2000년 영국 Wavegen社가 스코틀랜드 서부 해안 Islay 섬에 500MW급 고정식 진동수주형

파력발전기인 Limpet을 설치했다. Wavegen社는 연안고정식 파력발전과 풍력발전 장치를 조합

하여 3.5MW급(WSOP3500) 발전장치를 제안하였다. Islay 섬 주변 해안에는 해저조류발전단지

(규모: 1MW급 터빈 10 )가 설치되어 있으며, 해양에너지의 잠재력이 있다.

스코틀랜드 에너지 전문회사인 Pelamis社가 2008년에 개발한 P2는 세계 최초의 상업용 파력

발전 장치이다(<그림 3> 참조). 몇 개의 원통을 연결시킨 다음 파도가 출 일 때마다 이음새가

상하좌우로 접혔다 펼쳐지는 힘을 이용해 전기를 생산하는 방법을 사용하였다. 길이 140m, 직경

3.5m의 파력발전 장치가 설치된 위치는 포르투갈 북부에 위치한 아구카도라 해상이며, 1,000

가구가 사용 가능한 규모로 연간 60,000톤의 이산화탄소 배출 감소 효과도 있다.


자료 : “Vattenfall snaps up final Emec berth in Orkney for Pelamis’ P2”, Rechargenews, 2012.03.15.

http://www.rechargenews.com/news/wave_tidal_hydro/article1295602.ece

<그림 3> P2 파력 발전기

스코틀랜드 정부는 총 10MW 전력을 생산할 수 있는 10기 프로젝트를 2012년 3월에 승인했다.

Pulse Tidal社는 파력발전기당 1MW의 파력발전용 Array 10기를 2015년까지 설치할 예정이다.

총 800억 원을 투입하게 되는 세계 최 파력발전 프로젝트는 Islay 섬 연안 협곡 해저뿐만 아니라

펜랜드 해협(Pent-land Firth)에서 1,600MW 규모로 진행될 예정이다. 펜랜드 해협에서는

AWS-Ⅲ 파도 에너지 전환기를 사용할 계획이다. AWS-Ⅲ는 내부적으로 연결되어 있는 전지들의

내부에 압축공기를 흐르게 하여 파도의 힘을 공기의 힘으로 전환시키는 유연한 멤브레인 흡수기

들로 구성된 다수의 전지를 배열하였다.

스코틀랜드 해양에너지 개발업체인 Aquamarine Power社가 2011년에 출시한 800kw급 오이스터

(Oyster) 800은 스코틀랜드 기업 및 탄소 트러스트 해양 재생에너지펀드(Scottish Enterprise and

the Carbon Trust Marine Renewables Proving Fund)에 의해 개발되었다. 오이스터 800은

800kW의 출력으로 2년간의 시험운영 이후 발전량 향상, 설치 간편화, 유지 보수 체계가 보안돼

이전 모델보다 250% 더 많은 전력을 생산하였다. 파력에너지 수집장치는 물 밖으로 돌출된 날개가

파도에 의해 밀렸다 닫히는 운동을 반복함에 따라 에너지를 형성하는데, 날개가 움직일 때마다 수압

피스톤이 작동해, 고압의 물이 배관을 통해 육지에 설치된 육상수력발전소에 연결된다. 오이스터

800은 스코틀랜드 파이프 주 메실(Methil)과 아니시(Arnish)에 있는 번티스랜드 공장에서 만들어졌다.

Aquamarine Power社는 2009년 유럽해양에너지센터에 315kW 규모의 발전기를 설치하고 전력망에

연계해 2년간의 시험 운영 기간 동안 6,000가구 이상에 전력을 공급하였다.


자료 : “Wave Power Gets Creative”, Cleantech Investing, 2009.05.22.

http://www.greentechmedia.com/green-light/post/wave-power-companies-and-their-creative-solutions/

<그림 4> 오이스터 800의 설치 모습

Ⅲ. 향후 전망

파력발전은 상 적으로 입지의 제약이 적고, 전 세계 부존량의 규모도 매우 큰 편으로 수출

산업화할 가능성이 높다. 아직까지 본격적인 상업적 전력 생산이 이뤄지지 않고 있지만 24시간

끊임없이 발전이 가능하고 발전효율이 높아 향후 기술이 안정되면 보급이 확산될 전망이다. 파력

발전은 구조체의 안정성 확보 및 형화가 어렵고 초기 설치비용이 매우 높은 편으로 경제성 있는

발전단가 확보가 어려울 것으로 예상된다. 또한 파력발전은 파랑(Ocean wave)을 직접 견뎌야

하는 파력발전기의 특성상 발전기의 내구성 제고 기술이 필요하다. 상 적으로 심해에 설치되므로

설치 및 운영비용이 높아 이를 낮추는 설치 및 운영 기술 확보가 선결 과제이다. 스코틀랜드를

비롯한 해외의 경우 파력 시장이 조금씩 형성되고 있으나 국내에서는 R&D 단계에 있다.

한국의 뛰어난 조선기술과의 융복합화를 통한 움직이는 파력발전소 개발 가능성에 해 검토

해봐야 할 것이다. 기존 파력 발전소는 부분 바다에 고정돼 있지만 움직이는 파력발전소는

파도가 심한 악천후에 항구로 철수하면 되므로 움직이는 선박을 이용한 파력발전소에 한 연구,

상용화 및 경제성 검토가 선행되어야 할 것으로 생각된다. 미국 보스턴 학교에서는 회전축 옆에

나란히 부착되어 있는 부표를 통해 파력에너지를 수확하고 선체가 안정적으로 바다 위에 떠있으

면서 부표들은 파도 위, 아래로 오르내리며 회전축이 앞뒤로 움직여 발전기를 추진시킴으로

1MW 가량의 전기에너지를 생산하는 장치를 개발하였다.


자료 : “[사이언스 Issue] 악천후 피할 수 있는 움직이는 파력발전소”, 조선비즈, 2011.07.26.

http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2011/07/25/2011072501961.html

<그림 5> 움직이는 파력발전소의 모형

향후 글로벌 경기 회복에 따라 신재생에너지 투자가 확 될 경우, 파력 발전도 성장세를 보일

것으로 예상된다. IEA 산하 해양에너지시스템(Ocean Energy System, OES)은 2050년까지 전

세계 해양에너지 발전 잠재량을 총 82,950Twh로 추정하고 있는데, 44,000Twh인 해수온도차

발전에 이어 파력발전을 두 번째로 언급하였다.

<표 5> OES가 추정한 세계 해양에너지 잠재 자원량

발전종류 연간 잠재적 발전가능량 (Twh/년)파력 29,500

조력/조류 7,800열 (해수온도차) 44,000

염도차 1,650합계 82,950

자료 : “[SEA&뉴스]오션윈도우”, 부산일보, 2012.01.02. http://news20.busan.com/controller/newsController.jsp?newsId=20120102000201

에너지 비즈니스 분석기관인 더글러스 웨스트우드(Douglas Westwood)는 2013년까지 파력과

조력·조류에너지 발전 관련 100여 개의 기술이 실증 및 실용화 테스트 단계를 거칠 것이라고

전망했다. 영국은 파력과 조력발전에 최적화된 해안 조건을 갖추고 있고, 시장구조와 예산지원

시스템이 비교적 잘 구축되어 있다. 또한 해양에너지 발전을 위한 원천기술과 기술자를 많이 확보

하고 있어서 파력발전시장을 주도할 것으로 예상된다. 스코틀랜드의 Islay섬에서 이루어지고

있는 동향을 파악하여 국내 남해안 등지에 파력과 해상풍력 발전기를 동시에 설치하여 하나의

해양 시설물을 이용해 설치비의 인하 및 발전방식의 혼합을 통한 전력생산을 검토할 필요가

있다.


<참고문헌>

1. 산은경제연구소, “조력·조류·파력 발전의 최근 동향과 전망”, 2009

2. 신재생에너지센터, “2008 신재생에너지의 이해”, 2008

3. “제주, 뭍에는 풍력발전...바다에는 파력발전 ‘청정 에너지 메카의 꿈’”, 세계일보, 2009.04.19

4. “포항 보리 ‘파력발전소’ 선다”, 경북매일, 2012.11.13

5. 에너지관리공단, “신·재생 에너지 R&D전략 2030”, 2007

6. “Vattenfall snaps up final Emec berth in Orkney for Pelamis’ P2”, Rechargenews,

2012.03.15

7. “Wave Power Gets Creative”, Cleantech Investing, 2009.05.22

8. “[사이언스 Issue] 악천후 피할 수 있는 움직이는 파력발전소”, 조선비즈, 2011.07.26

9. “해양에너지-세계 해양발전 증설 전망”, 이티뉴스, 2010.03.31

10. “[SEA&뉴스] 오션윈도우”, 부산일보, 2012.01.02

파력 발전 국내외 시장 동향 -...

Documents