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해양온도차발전(OTEC: Ocean Thermal Energy Conversion)
수퍼보이
2013. 10. 20. 20:36
해양온도차발전(OTEC: Ocean Thermal Energy Conversion)
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| ▲ <해양온도차발전(OTEC) 원리> |
바닷물은 수심에 따라서 온도차이가 나는데 이를 이용한 에너지 발전 방식을 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)이라고 한다. 열대지역의 경우 해수면온도가 20도씨가 넘지만 해면으로부터 500~1,000m 정도 깊이의 심해에서는 온도가 4도씨로 거의 변하지 않는다. 이러한 표층수와 심층수의 온도차로부터 프레온과 같은 저온 비등 냉매를 이용하여 발전하는 기술이 해양온도차 발전이다. 이러한 OTEC 기술로 1948년 ‘해양에너지개발공단’이 조직되어 서아프리카 상아해안에서는 세계 최초로 발전소가 건설되었다고 한다.
OTEC는 에너지공급원이 무한하고 이산화탄소와 같은 유해물질을 발생시키지 않는다. 또한 친환경적이며 주야 구별 없이 전력생산이 가능한 안정적인 에너지원으로 계절적인 변동을 사전에 계획할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 바닷물의 부식성에 영향을 받지 않는 재료가 필요하며 바다생물에 의한 오염 및 열악한 시스템 효율(2.5~3.0%)이 단점이 있으나 발전소 설치비용이 저렴하기 때문에 화석연료 시스템에 비해 경쟁력이 있다. OTEC발전 시스템의 원리는 일반 발전소의 가동원리와 같다. 열대지역 바다는 태양열로 데워진 해수면과 수심 600~700m의 바다 사이에 20도씨 이상 온도차가 있다. 바다 표면층의 더운 물과 심층 냉수간 온도차를 이용해 비등이 낮은 액체를 증발 냉각시킨 뒤 그 압력차를 이용해 발전한다. 고온의 열원에서 저온의 열원으로 열이 흘러 들어가 터빈을 구동시키고 전력을 생산한다.
가열된 바닷물을 파이프라인으로 끌어 증기를 만드는 장치에 보내면 뜨거운 바닷물이, 끓는점이 낮은 암모니아 혹은 프로필렌을 증기로 만들고, 이 증기의 힘으로 터빈을 돌려 발전한다. 사용한 증기는 심해의 찬 바닷물로 냉각하여 다시 유체로 만들어 계속 사용할 수 있다. One-loop cycle system은 해양표면 온수를 작동유체로 직접 사용하는 방법인데 온수가 펌프로 증발기에 유입되고, 증발기는 진공펌프로 압력을 낮추어 온수가 상온에서 비등하게 하며, 이때 만들어진 증기가 저압 터빈을 구동시켜 전력을 생산하게 된다. 터빈에서 나온 증기는 심해에서 펌프로 퍼 올려진 냉수로 열 교환기에 응축되어 담수를 생산한다. 여기서 발전기의 부산물은 담수인데 음료수와 수소발전으로도 사용이 가능하다. 직접접촉 열교환 방식의 장점은 효율이 높아서 더 많은 전력을 생산한다는 것이다.
Len Rosen의 21st century Tech에 따르면 최근 중국에 지어질 리조트 호텔은 해양온도차발전으로부터 얻어진 에너지를 사용한다고 한다. 이 리조트는 중국 남부에 위치한다. 기술 개발자는 Lockheed Martin인데 북경의 다국적 중국 기업 본부, Reighnwood 그룹과 함께 일하고 있다. Reighnwood 그룹은 다양한 회사들로 자산개발, 신에너지계획, 항공술, 농업, 헬스케어, 그리고 스포츠 문화를 포함한다. Lockheed Martin이 개발한 발전소는 10MW의 전력을 생산하며 지금까지 개발된 OTEC 프로젝트 중 가장 생산량인 크다. Lockheed Martin은 이 기술이 기반시설의 부족 혹은 미개척지로 다른 에너지 자원이 제한된 연안과 섬 지역에 적합할 것으로 보고 있다. Lockheed Martin은 Reighnwood 그룹과 협동으로 두 개의 프로젝트가 진행 중인데 이들은 저탄소 리조트와 최초의 Net-Zero 커뮤니티라고 한다.
중국의 해양온도차발전 기술의 효율은 5.1%에 달하는데 최근에는 ‘15KW온도차발전 시스템’을 개발했다고 한다. 이 시스템은 운행이 평온하고 잡음이 적으며 상호보완적으로 다기능이다. 시스템의 효율은 5.1%에 달해 미국의 3%, 일본의 4.9%보다 높다. 해양은 세계에서 가장 큰 태양에너지 수용원이라고 할 수 있는데 매년 인류가 사용하는 전기 용량의 4,000배에 달하는 에너지를 흡수한다고 한다. 이러한 거대한 해양에너지가 개발되면 화석에너지를 대체하고 환경오염도 줄일 수 있을 것이다. 또한 바다에서의 주거생활이 촉진될 가능성이 크다.
Achim Steiner UN사무총장에 의하면 온난화의 영향으로 몰디브의 섬 18개가 소멸되었고, 현재 세계 40개국이 가라앉고 있는 중이라고 한다. 또한 IPCC(International Panel on Climate Change)에 예측에 의하면 몰디브 1,192개 섬들은 80년 후 모두 가라앉는다고 한다. 이는 지구 생명체의 위기이며 먼 미래의 일이라고 여길 수만은 없는 일이다. 이와 같은 해수면 상승에 대비하기 위해 물 위의 도시 이른바 floating city가 주목받고 있다. 기후변화로 100년 후 대지의 대부분은 물속에 잠길지도 모른다. 벨기에의 Vincent Callebaut와 같은 건축가는 릴리패드(Lilypad city)라고 이름 붙여진 수상도시를 제안하기도 했다. 꽃잎처럼 바다 위에 떠있는 이 수상도시는 인구 50,000명을 수용할 수 있을 정도로 규모가 크다. 또한 생태도시로 조력, 풍력, 태양력, 바이오매스 등으로 지속가능한 에너지를 만들며, 공기 중의 이산화탄소를 가공하여 도시의 외벽에 흡수시키는 시스템을 제안하기도 한다. 이 미래 수상도시에 해양온도차발전과 같은 기술이 융합된다면 더 큰 시너지를 만들 수 있을 것이다. 여러 가지 신기술과 기발한 아이디어는 미래를 맞이하는 두려움을 덜어준다. 다양한 생각과 기회를 펼칠 수 있는 긍정적인 마음이 필요하다고 생각된다. 미래는 생각에 따라 변화한다. 생각대로 모두 다 이루어질 수는 없지만 기대를 가지고 노력하는 용기가 필요하다.
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<릴리패드 도시: Vincent Callebaut> |
<자료출처>
World Future Society
http://www.wfs.org/blogs/len-rosen/ocean-thermal-energy-conversion-ever-heard-it
http://blog.naver.com/miraeeni1?Redirect=Log&logNo=90142691254
http://blog.naver.com/aprilocean?Redirect=Log&logNo=90118056136
http://blog.naver.com/ioyou64?Redirect=Log&logNo=130158001110