조류식 수력발전 시스템의 이해

조류식 수력발전 시스템

운동에너지는 움직이는 에너지다. 중력 덕분에 시내와 개울이 분수계로 모이고, 이 물은 더 큰 지류로 나아가, 강물이 바다가 되면서 전 세계의 수로가 이 운동으로 가득 찬다. 수천 년 동안 우리는 그 에너지를 이용해왔다. 처음에는 수차와 동력 기계를 돌렸고, 그 후 19세기에는 전기를 발생시켰다. 오늘날 수력발전이라 하면 주변 경관을 압도하는 거대한 댐이 연상된다. 중국 양쯔강 상류의 쌴사댐, 미국 콜로라도강의 후버댐, 파라과이와 브라질 사이로 흐르는 파라나강의 이타이푸댐 등을 보면 알 수 있다. 발전에 이용 가능한 운동에너지를 극대화하기 위해 댐은 수직 거리 또는 수두를 사용한다. 즉 댐의 구조물 상단에서 바닥으로 물이 떨어지면서 엄청난 유량과 속도로 터빈의 날개를 덮친다. 수력발전 댐은 어마어마한 양의 전기를 생산한다. 그러나 이들 댐은 자연과 인간의 거대한 서식지를 삼켜버렸다. 쌴사댐만 해도 120만 명에 가까운 주민이 이주해야 했다. 또한 물의 흐름과 수질, 침전 패턴, 어류 이동에도 영향을 미쳤다.

 

이런 단점 때문에 자연스럽게 거대한 댐에서 더 작은 조류식 터빈으로 관심이 옮겨갔다. 조류식 터빈은 발전된 형태의 수차와 유사하며, 자유롭게 흐르는 강이나 개울에 설치되어 저수지나 그와 관련된 주변 환경에 영향을 주지 않고 유체동력에너지를 포집할 수 있다. 바람으로 움직이는 풍력 터빈의 수중 버전이라고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 물이 빠르게 흐르면서 수중 날개가 회전한다. 방벽, 전환 또는 저장이 필요하지 않으며, 최소한의 구조적 지지대만 있으면 된다. 배출 과정도 없다. 조류식 수력발전은 생태학적으로 건강한 재생에너지를 생산할 수 있다. 하지만 그렇다 해도 수중에 움직이는 기구가 있다는 사실만으로 강이나 하천의 생명에 어느 정도 영향을 미칠 것이고, 어류의 개체 수를 감소시키고 어류 이동을 방해할 것이라는 우려는 언제나 존재한다. 따라서 세심한 설계와 설치가 가장 중요하다.

 

유체동력 터빈

물의 흐름은 계절마다, 해마다 바뀔 수 있지만, 유체동력 터빈은 비교적 지속적으로 에너지를 공급한다. 여기에는 부유물이 없어야 하지만, 최소한의 관리로 유지할 수 있으며 초기 비용이 낮다. 조류식 수력발전은 물이 흐르면서 발생하는 강력하고 집중적인 에너지가 그대로 유지된다면 더 작은 수로에서도 작동할 수 있기 때문에 외딴 지역에 전기를 공급할 수 있는 유력한 후보다. 이 기술은 현재 알래스카의 외딴 시골지역에서부터 관개를 필요로 하는 논밭에 이르기까지 시범적으로 적용되어 가동 중에 있는데, 이 지역은 과거에 비싸고 더러운 디젤발전기가 전통적인 전력 공급원이었던 곳이다. 히말라야의 해설이 만든 수로는 조류식 발전의 거점으로 농촌 경제 발전을 촉진할 잠재력을 지녔다. 한편 도시에서는 또 다른 유체동력원인 수도 본관을 활용할 수 있다. 오리건주 포틀랜드에서는 약 1미터 너비의 터빈이 지하 파이프 안에 완벽하게 들어맞는다. 또한 물이 캐스케이트산맥에서 도시로 흐르기 때문에 흐름을 방해하지 않음녀서도 지역 유틸리티를 위해 전력을 생산한다. 이 조류식 기술의 하위 범주를 도수관 수력발전이라고 한다.

 

유체동력 자원에 대한 미 당국의 평가에 따르면, 기술적으로 회수할 수 있는 조류에너지는 연간 100테라와트시 이상이라고 한다. 이 에너지의 약 95퍼센트는 미시시피, 알래스카, 태평양 서북부, 오하이오 그리고 미주리의 수문학적 지형에 위치한다. 이 기회를 잡기 위해 필요한 기술은 꽤 새롭고 희귀한 것으로, 15년 전 풍력발전 상태와 비교된다. 소규모 업체들이 이 산업에 모여 있지만, 이들의 노력은 조류에너지와 조석에너지 간의 유사성, 그리고 조석에너지에 대한 연구 및 투자의 급증으로 결실을 보고 있다. 기업가와 기술자들이 조류 기술을 개발하고 정부가 이런 노력을 지원함에 있어서는, 모든 수로식 프로젝트가 실제로 강을 흐르게 하는 것이 아니라는 점을 명심해야 한다. 일부 프로젝트는 수로의 흐름을 바꿔서 원래의 생명력을 손상시킨다. 또 다른 일부는 수위가 높을 때 홍수가 날 정도로 너무 가깝게 배치, 설계되기도 했다. 아직 드러나지 않는 오류를 철저히 관리하고 강의 잠재력을 제대로 활용한다면, 고대부터 활용해온 이 에너지는 미래를 기약할 중요할 자원이 될 것이다.

 

조류식 수력발전의 효과

조류식 수력발전이 2050년까지 증가해 세계 전기의 3.7퍼센트를 공급하게 된다면 4기가톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있고 5684억 달러의 에너지 비용을 절감할 수 있다. 외딴 산악지역의 마을은 아마 마지막으로 전기가 공급되는 지역일 것이다. 조류식 수력에너지는 신뢰할 수 있고 경제적인 발전 방법을 제공한다.