파력발전국내외시장동향 삼성중공업 변정현과장 Ⅰ. 개요 149 1. 파력발전의개요및원리 149 2. 파력발전장단점과입지조건 150 Ⅱ. 동향분석 150 1. 국내동향 150 2. 해외동향 152 Ⅲ. 향후전망 154 < 참고문헌 > 156 파력발전국내외시장동향 _147

Green Technology Trend Report 파력발전국내외시장동향 삼성중공업 변정현과장 Ⅰ. 개요 1. 파력발전의개요및원리 파력발전은파도 ( 파랑 ) 의운동에너지와위치에너지를전기에너지로변환하는발전방식을사용한다. 작동원리에따라가동물체형, 진동수주형, 월파형으로나누고설치형태에따라착저식 ( 해저고정식 ), 부유식등으로분류할수있다. < 표 1> 작동원리에따른파력발전의종류종류구분특징개념 수면의움직임에따라민감하게반응하는물체의움직임을전기에너지로변환가동장점 파력에너지를직접이용하므로에너지효율이높음물체형단점 파력발전기가파력에직접부딪힘으로구조물이취약개념 파력에너지를공기의흐름으로변환하여이를전기에너지로변환하는방식진동 발전효율이월파형에비해높음장점수주형 파랑의형태와무관하게발전가능단점 파랑의변동성을제어하기어려움 파력의진행방향전면에비탈면을두어파랑에너지를위치에너지로변환하여개념월파형전기에너지를생산하는방법단점 일정수위이상에서만전기생산가능 자료 : 산은경제연구소, 조력 조류 파력발전의최근동향과전망, 2009 < 표 2> 설치형태에따른파력발전의종류 종류영문특징부유, Floats or 부유물체의불규칙적흔들림과상하이동을통해전기생산상하유동 Pitching 설비 Devices 부유물체들은해양층에고정된장치나떠있는뗏목에설치될수있음 고정식 파도전달집중화설비 자료 : 연구자조사 Oscillating Water Columns Wave Surge or Focusing Devices 실린더모양의공간안에서파도의오르내림에의해전기생산 오르락내리락하는물기둥은공기터빈에힘을전달하면서실린더꼭대기로공기를집어넣고빼내고함 해안선에설치된장비들은파도를전달시키거나집중시키기위해서해안에설치된구조물에의존하므로 가느다란통로 (tapered channel) 시스템 이라불림 파력발전국내외시장동향 _149

2. 파력발전장단점과입지조건파력발전은소규모발전이가능하며, 발전기가방파제로활용될수있고, 한번설치해놓으면거의영구적으로사용할수있다는장점이있다. 또한조력 조류발전등다른해양에너지발전에비해비교적입지의영향을덜받으며, 잠재적인부존량이 9TW~20TW로추정된다. 파력발전은공해를유발하지않는친환경발전이라는이점이있다. 파력발전의단점으로는파랑이풍력에비해전기발생출력변동이심해대규모발전에제약이있으며, 현재의기술로는초기제작비가많이들어가발전단가가높다. 파력발전의발전단가는 2008년석유를이용한평균발전단가인 4.0 /kwh의 2배이상인 9.0 /kwh로파악되었으며, 향후기술발전에따라발전단가하락가능성이예상된다 (< 표 3> 참조 ). 파력발전이가능한입지조건으로는육지에서거리 30km 미만, 수심 300m 미만의해상이어야하며, 항해, 항만기능에방해되지않고비교적편서풍이강한위도 30~60도근처로서유럽해안, 북미, 호주및뉴질랜드해안이적합하다. 국내에서는동해안, 제주도지역이파력발전의적지이며국내부존량은 6,500MW로추정된다. < 표 3> 에너지원별발전단가 ( 단위 : /kwh) 구분 석유 조력 조류 파력 풍력 태양 지열 바이오 최저 3.0 7.0 3.0 2.5 20.0 7.0 2.9 최고 5.0 10.0 12.0 10.0 40.0 9.0 8.0 평균 4.0 8.0 9.0 5.0 26.0 8.0 6.0 자료 : 신재생에너지센터, 2008 신재생에너지의이해, 2008 Ⅱ. 동향분석 1. 국내동향한반도해역의전체파력에너지는 650만 kw이며, 이러한잠재자원의 10% 인 65만 kw를이용한다면 22만가구에전력공급이가능하다. 한국의실질적인파력발전은 2003년부터시작되었으며, 2006년 150W급소형파력발전장치를개발해제주차귀도해역에설치하였다. 또한제주한경면용수리앞약 500m 해상에규모 500kw급시험용파력발전소를총 105억원을투입하여 2013년본격적인상용화를목표로건설하고있다. 포항에서는소형파력발전소를설치해시험가동하였다. 남구호미곳면대보리동북방 650m 지점에는총 10억원을투입해지름 10m, 높이 15m의원통형구조물을설치하여 1시간에최고 100kW의전기생산이가능하다. 이는연간생산량 87만 6천kW로약 250가구가 1년동안사용가능한전기량이다. 150_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

자료 : 제주, 뭍에는풍력발전... 바다에는파력발전 청정에너지메카의꿈, 세계일보, 2009.04.19. http://www.segye.com/articles/news/economy/article.asp?aid=20090419000929&subctg1=&subctg2 < 그림 1> 제주도시험용파력발전소 자료 : 포항대보리 파력발전소 선다, 경북매일, 2012.11.13. http://www.kbmaeil.com/news/articleview.html?idxno=270518 < 그림 2> 포항소형파력발전기 한국의파력발전관련전문가들은발전기자체보다는파력발전설치후환경변화를평가할수있는기술및실제전력계통과의연계경험이거의없으므로제주및포항등지에서시행하고있는시험파력발전플랜트를건설하면서운영경험을축적하고있다. 기술영역별핵심기술은후보지자원특성및환경영향평가기술, 해양에너지구조물설계및시공기술, 발전기및전력제어기술, 해양에너지단지를포함한발전시스템운용및보수유지기술등으로나눌수있다. 2020년에파력발전의경제성제고를제외한국내파력에너지변환기술및파력발전구조물설계및시공기술은선진국대비 90% 이상의기술수준에도달할전망이다. 파력발전국내외시장동향 _151

< 표 4> 파력에너지관련기술의선진국대비기술수준 ( 단위 : 선진국 = 100) 구분소분류 2007 년 2012 년 2020 년 파력에너지변환기술 파력발전구조물설계및시공기술 적지평가 80 90 100 파력에너지집적및흡수 75 85 95 터빈기술 75 85 95 해양환경평가 65 80 95 고정식파력발전구조물설계및시공 80 90 100 부체식파력발전구조물설계및시공 75 85 95 파력발전용발전기및전력제어 70 80 90 파력발전발전시스템기술파력발전시스템운용및보수유지 65 75 90 파력발전의경제성제고 60 75 85 자료 : 에너지관리공단, 신 재생에너지 R&D전략 2030, 2009 2. 해외동향 2012년 3월에발간한스코틀랜드전력생산정책집에서언급한내용에의하면 2020년까지 6개의파력과 5개의조력발전계획을가지고있으며, 스코틀랜드의북쪽해안에서 1.6GW를발전하여총 70,000가구에공급할계획이다. 2011년에총전력량의 20% 이상을신재생에너지로충당한스코틀랜드는 2020년에전력의 100% 를신재생에너지로공급할계획을갖고있다. 2000년영국 Wavegen 社가스코틀랜드서부해안 Islay 섬에 500MW급고정식진동수주형파력발전기인 Limpet을설치했다. Wavegen 社는연안고정식파력발전과풍력발전장치를조합하여 3.5MW급 (WSOP3500) 발전장치를제안하였다. Islay 섬주변해안에는해저조류발전단지 ( 규모 : 1MW급터빈 10대 ) 가설치되어있으며, 해양에너지의잠재력이있다. 스코틀랜드에너지전문회사인 Pelamis 社가 2008년에개발한 P2는세계최초의상업용파력발전장치이다 (< 그림 3> 참조 ). 몇개의원통을연결시킨다음파도가출렁일때마다이음새가상하좌우로접혔다펼쳐지는힘을이용해전기를생산하는방법을사용하였다. 길이 140m, 직경 3.5m의파력발전장치가설치된위치는포르투갈북부에위치한아구카도라해상이며, 1,000 가구가사용가능한규모로연간 60,000톤의이산화탄소배출감소효과도있다. 152_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

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 파력발전기 스코틀랜드정부는총 10MW 전력을생산할수있는 10기프로젝트를 2012년 3월에승인했다. Pulse Tidal 社는파력발전기당 1MW의파력발전용 Array 10기를 2015년까지설치할예정이다. 총 800억원을투입하게되는세계최대파력발전프로젝트는 Islay 섬연안협곡해저뿐만아니라펜랜드해협 (Pent-land Firth) 에서 1,600MW 규모로진행될예정이다. 펜랜드해협에서는 AWS-Ⅲ 파도에너지전환기를사용할계획이다. AWS-Ⅲ는내부적으로연결되어있는전지들의내부에압축공기를흐르게하여파도의힘을공기의힘으로전환시키는유연한멤브레인흡수기들로구성된다수의전지를배열하였다. 스코틀랜드해양에너지개발업체인 Aquamarine Power 社가 2011년에출시한 800kw급오이스터 (Oyster) 800은스코틀랜드기업및탄소트러스트해양재생에너지펀드 (Scottish Enterprise and the Carbon Trust Marine Renewables Proving Fund) 에의해개발되었다. 오이스터 800은 800kW의출력으로 2년간의시험운영이후발전량향상, 설치간편화, 유지보수체계가보안돼이전모델보다 250% 더많은전력을생산하였다. 파력에너지수집장치는물밖으로돌출된날개가파도에의해밀렸다닫히는운동을반복함에따라에너지를형성하는데, 날개가움직일때마다수압피스톤이작동해, 고압의물이배관을통해육지에설치된육상수력발전소에연결된다. 오이스터 800은스코틀랜드파이프주메실 (Methil) 과아니시 (Arnish) 에있는번티스랜드공장에서만들어졌다. Aquamarine Power 社는 2009년유럽해양에너지센터에 315kW 규모의발전기를설치하고전력망에연계해 2년간의시험운영기간동안 6,000가구이상에전력을공급하였다. 파력발전국내외시장동향 _153

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 800 의설치모습 Ⅲ. 향후전망 파력발전은상대적으로입지의제약이적고, 전세계부존량의규모도매우큰편으로수출산업화할가능성이높다. 아직까지본격적인상업적전력생산이이뤄지지않고있지만 24시간끊임없이발전이가능하고발전효율이높아향후기술이안정되면보급이확산될전망이다. 파력발전은구조체의안정성확보및대형화가어렵고초기설치비용이매우높은편으로경제성있는발전단가확보가어려울것으로예상된다. 또한파력발전은파랑 (Ocean wave) 을직접견뎌야하는파력발전기의특성상발전기의내구성제고기술이필요하다. 상대적으로심해에설치되므로설치및운영비용이높아이를낮추는설치및운영기술확보가선결과제이다. 스코틀랜드를비롯한해외의경우파력시장이조금씩형성되고있으나국내에서는 R&D 단계에있다. 한국의뛰어난조선기술과의융복합화를통한움직이는파력발전소개발가능성에대해검토해봐야할것이다. 기존파력발전소는대부분바다에고정돼있지만움직이는파력발전소는파도가심한악천후에항구로철수하면되므로움직이는선박을이용한파력발전소에대한연구, 상용화및경제성검토가선행되어야할것으로생각된다. 미국보스턴대학교에서는회전축옆에나란히부착되어있는부표를통해파력에너지를수확하고선체가안정적으로바다위에떠있으면서부표들은파도위, 아래로오르내리며회전축이앞뒤로움직여발전기를추진시킴으로 1MW 가량의전기에너지를생산하는장치를개발하였다. 154_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

자료 : [ 사이언스 Issue] 악천후피할수있는움직이는파력발전소, 조선비즈, 2011.07.26. http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2011/07/25/2011072501961.html < 그림 5> 움직이는파력발전소의모형 향후글로벌경기회복에따라신재생에너지투자가확대될경우, 파력발전도성장세를보일것으로예상된다. IEA 산하해양에너지시스템 (Ocean Energy System, OES) 은 2050년까지전세계해양에너지발전잠재량을총 82,950Twh로추정하고있는데, 44,000Twh인해수온도차발전에이어파력발전을두번째로언급하였다. < 표 5> OES 가추정한세계해양에너지잠재자원량 발전종류 연간잠재적발전가능량 (Twh/ 년 ) 파력 29,500 조력 / 조류 7,800 열 ( 해수온도차 ) 44,000 염도차 1,650 합계 82,950 자료 : [SEA& 뉴스 ] 오션윈도우, 부산일보, 2012.01.02. http://news20.busan.com/controller/newscontroller.jsp?newsid=20120102000201 에너지비즈니스분석기관인더글러스웨스트우드 (Douglas Westwood) 는 2013년까지파력과조력 조류에너지발전관련 100여개의기술이실증및실용화테스트단계를거칠것이라고전망했다. 영국은파력과조력발전에최적화된해안조건을갖추고있고, 시장구조와예산지원시스템이비교적잘구축되어있다. 또한해양에너지발전을위한원천기술과기술자를많이확보하고있어서파력발전시장을주도할것으로예상된다. 스코틀랜드의 Islay섬에서이루어지고있는동향을파악하여국내남해안등지에파력과해상풍력발전기를동시에설치하여하나의해양시설물을이용해설치비의인하및발전방식의혼합을통한전력생산을검토할필요가있다. 파력발전국내외시장동향 _155

< 참고문헌 > 1. 산은경제연구소, 조력 조류 파력발전의최근동향과전망, 2009 2. 신재생에너지센터, 2008 신재생에너지의이해, 2008 3. 제주, 뭍에는풍력발전... 바다에는파력발전 청정에너지메카의꿈, 세계일보, 2009.04.19 4. 포항대보리 파력발전소 선다, 경북매일, 2012.11.13 5. 에너지관리공단, 신 재생에너지 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] 악천후피할수있는움직이는파력발전소, 조선비즈, 2011.07.26 9. 해양에너지-세계해양발전증설전망, 이티뉴스, 2010.03.31 10. [SEA& 뉴스 ] 오션윈도우, 부산일보, 2012.01.02 156_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)