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“21세기글로벌 기술력 - 시화조력발전을 조명한다”

입선 신병문


[환경일보] 허성호 대기자 = 국내 최초로 도입- 건설- 운영중인 시화조력발전은 밀물 때 낙차를 이용한 단류식 창조발전 방식으로 수차발전기 10기에서 소양강댐의 1.56배에 달하는 연간 5억5200만KWh의 친환경 전력에너지를 생산해 내고 있어 21세기 글로벌 에너지 다원화 시대에 국내외 세계 시장을 향해 웅비의 견인차 역할을 수행하고 있다. 본지는 시화조력관리단 김한일 단장과 대담을 통해 집중 조명해본다 <편집자주>

▲시화조력관리단 김한일 단장

 

시화조력의 건설배경은

 

2001년 2월 정부에서는 시화호의 수질개선 및 환경보전을 위해 시화호를 특별관리해역으로 설정하고, 2002년 12월 시화호 종합관리 시행계획 수립 시 조력발전소 건설을 추진키로 심의․의결함에 따라 시화호 조력발전소 건립을 추진하게 됐다.

 

국내 최초로 도입된 친환경 건설공법의 중점 내용은

 

시화호 조력발전소 건설 시 가물막이공법 중 원형셀공법을 적용해 시공 및 해체에 따른 토사 유출량을 최소화시켰으며, 바다생물 이동 시 피해를 최소화하기 위해 수차 날개를 최소화(3개)한 Fish-friendly Type으로 제작했다.

 

발전소 운영에 따른 시화호 생태계 환경 영향을 최소화하기 위해 준공 발전소 최초 운영 시 수질 수차 및 수문을 1대 가동에서 시작해 점진적으로 확대했다.

 

그리고 발전소 운전에 필요한 각종설비의 냉각수를 방류하지 않고 재활용하는 폐쇄회로 방식을 채택하고 베어링 윤활유 및 유압 작동유를 생화화적으로 분해 가능한 오일을 적용하는 등 친환경 공법 적용에 최선을 다하고 있다.

 

향후 전력생산력과 중점 경영관리방향은

 

시화호 조력발전소는 단류식 창조발전방식으로 총 설비용량 254MW에 연 평균 1일 2회 발전을 통해 소양강 댐 1.56배에 달하는 연간 552.7GWh의 전력을 생산하고 있으며, 이는 인구 50만명 규모의 도시에서 가정용 전력으로 사용할 수 있는 양이다.

발전방식에 있어서 수력과 조력은 물의 위치에너지를 이용해 발전하는 것은 공통이지만 다소 차이가 있다. 수력은 물의 위치에너지를 저장해 중앙급전 통제에 따라 발전 가능하지만, 조력은 조석에 따라 조위차가 발생해야만 발전이 가능하므로 조석주기에 따라 발전하는 발전 기동 제약이 따른다.

 

또한, 수력은 민물을 사용함에 따라 부식성이 약하고 오손생물(따개비, 홍합 등)이 거의 없지만 조력은 바닷물을 사용함에 따라 부식성이 매우 강하고 바닷물이 접하는 모든 설비에 오손생물이 부착해 서식하고 이로 인해 발전출력 감소 및 설비 오동작이 발생하기도 하며, 발전-대기-배수를 매일(2회) 반복 운영하고 있다.

 

그리고 우리나라에서 수력에 대한 발전운영 데이터와 점검정비 경험이 많지만 조력은 국내 최초 도입 시공운영에 따라 운영데이터 및 점검정비 실적도 부족한 상태다.

이러한 상황에서 시화호조력발전소는 지난 2년간 축적해온 운영데이터를 토대로 최적운영기술 및 조석현상 물때를 반영한 소조기 점검 등 기존에 존재하지 않았던 새로운 기술력을 확보해 최대 발전량을 생산하기 위한 노력을 진행 중이며, 앞으로도 집중 연구를 지속할 예정이다.

 

“국내최초조력발전 도입 - 소양강댐의 1.56배 연간 5억5200만KWh생산”
“조력발전기술 일거에 세계화 - 향후 국내외 글로벌 기술력 쾌거”

 

세계조력발전시장의 현황과 글로벌 비전은

 

국외의 경우 4개의 조력발전소가 운영 중에 있으며, 개발 가능한 지점들은 중심으로 10여 개국에서 개발 계획을 수립하고 있다. 시화호 조력발전소는 시화호의 수질을 개선하려는 목적이 조력발전소 건설의 직접적인 동기가 됐으나 다른 나라의 조력발전소들은 모두가 대단위 조력발전소 건설에 앞서 시험용 발전소의 기능을 수행하기 위해 건설, 관리되고 있는 실정이다.

 

참고로 국외 조력발전 사례를 살펴보면 다음과 같다.

① 랑스조력발전소
조력발전소하면 프랑스의 랑스조력발전소가 연상될 정도로 모든 면에서 랑스조력발전소가 조력발전소의 원조임을 누구도 부인할 수가 없다. 프랑스는 1920년대부터 이 지역을 조력발전의 최적지로 보아 사전조사를 시작했고 1966년 랑스조력발전소가 준공돼서 48년이 지난 지금까지도 정상적으로 운영되고 있다. 조력발전 시설용량은 10만kW 조력발전기 24대가 설치돼 총 24만kW로 연간 약 5억kWh의 전기를 생산해 랑스지역에 주로 공급된다. 랑스조력발전소는 시화호조력발전소와는 다르게 양방향 복류식 발전방식을 채택했다. 이는 제2차 세계대전 이후 프랑스 정부가 미래의 불확실한 전력수급에 대비하기 위한 연구과제로 랑스조력발전소를 설계했고, 대용량 대단위 조력발전소 개발에 앞서 랑스조력발전소를 시험용 발전소 개념으로 건설했다.

 

 

▲달 전망대

② 캐나다 아나폴리스조력발전소
1984년 8월25일 캐나다의 아나폴리스강 하구에서 준공됐다. 아나폴리스조력발전소도 시화호조력발전소와 같이 기존의 방조제를 그대로 활용했고, 방조제 가운데에 있는 작은 섬에 건설됐다. 아나폴리스 조력발전소에 설치된 조력발전기도 시화호조력발전소의 발전기 1대와 용량이 비슷하다.

 

수차의 직격이 7.6m 정격출력은 2만kW로 새로 개발된 대구경 스트라프로 수차를 적용해서 시화호조력발전소의 벌브타입 수차와 효율 면에서도 큰 차이가 없으나 발전기의 진동과 소음은 조금 개선됐다고 한다.

 

아나폴리스조력발전소는 캐나다의 펀디만에 위치해 세계에서 가장 큰 조차(약 15.8m)를 가진 곳으로도 알려져 있으며, 펀디만에서 발생하는 최대 조차의 절반 정도인 약 7m의 평균 조차를 보이고 있다. 이 발전소도 역시 장래 펀디만에 개발할 대규모 조력발전소 단지 건설 시에 적용될 기초자료 수집을 목적으로 건설됐고, 조력발전기의 가동도 그런 목적으로 운영 중에 있다.

 

③ 중국 지앙시아조력발전소
중국의 지앙시아조력발전소는 중국 절강성 낙청만의 상단 지류인 상하이 남쪽 레깅만에 있는 지앙시아 항구에 위치하고 있으며 1972년 10월 처음 지앙시아 조력발전소 건설을 시작해 전체 5대를 순차적으로 준공시켰다. 제1호기의 가동은 1980년 5월에 시작했으며, 최종 5호기는 1985년 12월에 준공했다. 전체 시설용량은 3200kW이고, 최대 조차는 8.5m 정도이다. 이 조력발전소는 미래의 대용량 조력발전소 건설을 위한 시험용 조력발전소로 건설됐으며, 발전방식도 복류식 발전에 수차는 벌브 타입이다.

 

④ 러시아 키스라야구바조력발전소
1968년 후반에는 러시아의 무만스크 근방 키스라야만 입구에 시험용 조력발전소가 가동되기 시작했으며 1단계로 400kW급의 조력발전기 1대가 설치됐는데, 최대조차는 3.9m이고, 연간발전량은 120만kWh 정도로 작은 규모이다. 이 조력발전소도 러시아의 백해연안에 방대한 조력발전 개발을 위한 기초자료 수집과 기술 축적에 그 목적이 있다.

 

“시화호 생태계 보존 - 냉각수무방류·윤활작동유 생화학분해 시켜”
“문화관 건립- 친환경 휴먼에너지 산실화·Barrier Free로 조성”

 

 

▲금상 신병문

▲21세기 한국의 글로벌 신기술로 평가받고 있는 핵심기술은

 

시화조력에 도입된 발전방식은 조력발전에 최적 운영 기술로 평기되고 있다. 시화조력발전소는 단류식 창조발전방식으로 밀물이 됐을 때 높아진 외해와 내해의 수위차를 이용해 바닷물을 유입시켜 전기를 생산하고 썰물 때 낮아진 외해로 내해의 물을 내보내 다음 발전을 준비하는 발전 방식으로 조력발전의 특성을 활용해 최대 발전을 하기 위해 최선의 노력을 다하고 있다.

 

해류의 조석 변화에 따라 발전 시 외해에서 유입되는 해수로 인해 내수위가 상승하고, 배수 시에는 내수위가 하강하게 된다. 이때 발전 개시 시점에서의 발전 낙차에 따라 생산할 수 있는 발전량과 매 주기 조석의 크기가 달라지게 된다.

 

따라서 최대 발전량 생산할 수 있는 최적 발전개시 낙차를 선정하기 위해 조석의 크기를 예측해 발전 개시 낙차별로 발전량을 계산하고 그 결과를 비교해 최대 발전량을 생산하는 낙차를 발전기 기동낙차로 선정해 발전기를 기동한다.

 

이러한 조력발전 최적운영 기술은 지난 2년간의 운영데이터를 바탕으로 최적운영 Simulator를 자체 개발해 사용하고 있으며, 향후 운영시간이 증가해 데이터가 축척되면 최적운영 기술의 정확도가 높아질 것이라 예상한다. 이러한 최적 운영기술 확보는 향후 국내외 조력발전소 운영 시 유용한 기술로 활용 가치가 클 것이라 전망하고 있다.

 

향후 국내 조력발전에 미치는 영향을 평가한다면

 

국내 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있으며 이러한 수요증가의 주된 원인은 산업부문으로, 당분간 전국적인 전력수급 불안은 지속될 것으로 예상된다. 또한, 향후 50년 동안 인류가 직면할 가장 큰 문제로 에너지가 대두되면서 에너지 문제 해결은 인류가 해결해야할 가장 큰 국가의 전략적 난제라고 할 수 있다.

 

최근 에너지 문제 해결을 위해 친환경 에너지원으로 신재생에너지의 도입이 가장 활발히 진행되고 있으며, 그 중 K-water가 국내 최초로 도입한 조력발전은 다른 신재생에너지원이 갖는 출력의 불확실성, 낮은 에너지 밀도 등의 단점이 없이 매일 일정량의 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다. 그 결과 국내에서 가로림만 조력 등이 조력발전소 추가 건립이 추진되고 있다.


우리나라는 풍부한 해양에너지 개발 잠재력을 가지고 있으며 총 14GW가 개발 가능한 것으로 조사돼, 조류 및 파력 등의 해양에너지 개발에도 관심을 가져야 할 것이다. 또한 K-water는 시화호조력발전소 건설 경험과 운영 기술 확보를 통해 국내 조력발전 개발을 지원 및 해외진출을 위한 글로벌 新 비즈니스 모델 선점 등 우리나라가 해양에너지 강국이 되기 위한 초석을 다지는데 충분한 역할을 할 것이다.

 

▲국내 조력발전소 및 개발 예정지 현황

건립중인 문화관의 친환경 경관 건설방향과 운영방향은

A.K-water는 사회적 약자에 대한 편견 없는 사랑과 배려로 건축물 이용 시 불편함이 없도록, 공공건축물 신축 시 장애물 없는 생활환경(Barrier Free)으로

 

조성해 인증기준에 따른 심사를 통해 최우수 등급으로 지정 됐다.

 

향후 소신과 당부의 말씀은

 

A.시화조력은 21세기 국내외 글로벌 시장을 향한 친환경 조력발전 기술의 견인차 역할로 전력에너지 시장의 시대적 요청에 부응해 국가경제 발전에 일익을 수행해 나갈 수 있도록 전사적 노력을 해 나갈 것이다. 지속적 격려와 관심을 가져주기를 당부한다.

 

*김한일 단장 약력

김 단장(55세)은 인천고 - 경희대학교 기계공학과를 졸업하고 1986년 한국수자원공사에 입사해 안동권임하운영팀장 - 울산권 시설팀장- K-Water연구원 녹색기술연구소장 - 서울대최고경영자과정을 거쳐 2013년 12월 시화조력관리단장에 부임했으며 내무부장관 표창, 국토해양부 장관 표창을 수상했다.

<허성호 대기자>

이연주  yeon@hkbs.co.kr

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