버려지는 폐기물도 이젠 자원!

 우리가 버리는 생활 쓰레기, 도대체 어디로 가고 어떻게 이용될까요? 쓰레기가 단순히 쓸모없어지는 것일까요? 이러한 폐기물로도 에너지로 만들고 있습니다. 이는 폐기물 에너지로 신재생에너지에 속한 하나의 에너지입니다. 놀랍게도 우리나라의 2010년 신재생에너지 공급 비중의 70%가 폐기물 에너지로 가장 많은 에너지원입니다. 우리가 생각하던 신재생에너지라 하면 풍력이나 태양광 등이 있습니다. 이러한 에너지원보다 많은 에너지원이 폐기물 에너지였다니, 놀랍습니다. 이 폐기물 에너지에 대해 알아보겠습니다.

함께 읽어보기

조력발전
: 세계 최대규모의 신재생에너지 발전소가 한국에? (http://nstckorea.tistory.com/512)
풍력발전 : 풍력발전, 바람이 전기를 만든다! (http://nstckorea.tistory.com/545)
가스 하이드레이트 : 차세대 자원 가스 하이드레이트! 왜 주목받는가?(http://nstckorea.tistory.com/580)
태양광에너지 : 햇빛이 전기를 만들어내는 태양광 에너지의 원리는? (http://nstckorea.tistory.com/646)

2010년 신재생에너지 에너지보급 통계. 우리가 흔히 알고 있던 풍력이나 태양광, 바이오에 비해 많은 부분이 폐기물 에너지이다.(2010년 신재생에너지 에너지보급통계)

 폐기물 에너지는 폐기물을 변환시켜 에너지나 에너지로 생산하는 기술을 말합니다. 여기서 폐기물이란 사업장이나 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중에서 에너지 함량이 높은 폐기물을 여러 공정을 통해 고체 연료, 액체 연료, 가스 연료, 폐열 등을 생산합니다. 음식쓰레기에서 메탄가스를 얻는 것도 하나의 폐기물 에너지입니다. 이런 연료를 에너지로 재생에너지로 생산하는 기술입니다.

 폐기물 에너지의 종류는 성형고체연료(RDF), 폐유 정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등이 있습니다. 우선 성형고체연료(RDF : Refuse Derived Fuel)는 생활폐기물과 같은 종이, 나무, 플라스틱, 비닐, 폐타이어 등의 가연성 폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조된 고체연료를 말합니다. 그리고 폐유 정제유는 자동차 폐윤활유 등의 폐유를 이온정제법, 열분해 정제법, 감압증류법 등의 공정을 정제하여 얻어낸 재생유입니다.
플라스틱 열분해 연료유는 플라스틱, 합성수지, 고무, 타이어 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 생산되는 연료유이며, 폐기물 소각열은 가연성 폐기물을 CO, ,  등의 혼합가스 형태로 전환하여 스팀생산 및 복합발전을 통한 전력 생산, 화학연료 합성이나 시멘트킬른 및 철광석소성로 등의 열원으로 이용됩니다. 

@LHOON / http://www.flickr.com/photos/lhoon/276336679/

 이러한 폐기물 에너지 기술개발의 국내외 현황은 어떠할까요?
 먼저 RDF 기술은 해외에서 유럽과 일본에서의 발전이 두드러집니다. 유럽은 이미 RDF를 제품화하여 국가 간 거래를 하고 있으며 SRF(Solid Recovered Fuel)으로 명칭 하여 유럽 공통 SRF품질규격을 제정 중에 있습니다. 일본은 폐기물 처리에 대한 광역화 정책에 따라 지자체별로 RDF 시설을 가동 중에 있습니다. 우리나라도 2010년 기준으로 67개 업체가 RDF 인증업체로 등록되어 있고 연간 약 15만 톤을 처리하고 있습니다.

 소각폐열의 기술은 미국과 일본이 앞장서고 있습니다. 미국은 RURPA(Public Utility Regulatory Policies Act) 정책에 따라 소각폐열 보일러로 전력생산량을 증가시켰고 일본은 생활폐기물의 90%를 소각로에서 소각처리하고 폐열을 활용하고 있습니다. 우리도 170여개의 생활폐기물 소각시설에서 소각폐열을 62% 정도 활용하고 있습니다. 사업장 가연성폐기물은 약 50%가 재활용, 소각율은 약 45%에 이릅니다.

 열분해와 가스유화 기술은 일본과 독일에서 시작되었습니다. 그러나 지금은 경제성에 관한 문제로 일본과 한국에서 몇 개의 플랜트만 유지되고 있습니다. 우리나라는 1990년 후반에 도입되었지만 본격적인 상용화는 지연되고 있습니다. 가스화는 아직 상용화설비는 없으며 성능시험에 대한 연구가 진행 중입니다.

 그렇다면 이러한 폐기물 에너지의 장점과 단점은 무엇일까요?
무엇보다도 폐기물 에너지는 경제성이 높습니다. 그냥 버려지는 것 보다 다시 공정을 통해 에너지를 얻을 수 있어 환경오염을 방지하며 원료 가격도 낮고 처리비를 받을 수 있어 경제적입니다. 또 고체, 기체, 액체 등 다양하게 에너지원을 추출할 수 있습니다. 그러나 초기 투자비용이 많이 들며 폐기물 소각과정에서 환경오염을 유발할 수 있다는 단점이 있습니다.

 우리 정부는 2030년까지 신재생에너지 기술개발 및 이용보급 기본계획에 따라 신재생에너지의 비중을 전체 에너지 비율의 10%까지 높이려고 노력하고 있습니다. 특히 폐자원의 에너지화, 폐기물 에너지에 관련해서도 상당한 관심을 가지고 있습니다. 버려지는 자원을 다시 사용하여 에너지원으로 사용하는 것은 좋아 보이지만 이 과정에서 나올 수 있는 환경오염을 방지하거나 처리하는 기술 또한 수반되어야 될 것입니다. 앞으로의 폐기물 에너지가 더 기대됩니다.


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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

차세대 자원 가스 하이드레이트! 왜 주목받는가?
청정에너지, 풍부한 자원. 미래를 책임져줄 수 있을까?

‘세계는 에너지 전쟁 중’ 이라고 해도 과언이 아닐 정도로 많은 국가들이 에너지산업에 많은 힘을 쏟고 있습니다. 특히 현재 쓰고 있는 자원의 고갈문제나 환경문제 때문에 한계에 부딪히는데 이를 해결해줄 자원으로 가스 하이드레이트가 주목받고 있습니다. 우리나라는 자원이 부족해 거의 모든 자원을 수입하여 사용하는데 가스 하이드레이트는 동해의 독도 주변에 엄청난 양이 잠들어 있다는 것! 가스 하이드레이트에 대해 알아봅시다!


그전에 앞서! 이전에 제가 소개해드렸던 신재생에너지 분야의 기사도 함께 읽어보세요~

신재생에너지

조력발전 : 세계 최대규모의 신재생에너지 발전소가 한국에? (http://nstckorea.tistory.com/512)
풍력발전 : 풍력발전, 바람이 전기를 만든다! (http://nstckorea.tistory.com/545)

가스 하이드레이트(Gas Hydrate)란?
깊은 바다에서 저온과 고압상태에서 천연가스가 물과 결합해 생긴 고체 에너지원입니다. 물분자간 수소 결합으로 형성되며 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 등 가스 분자가 물리적으로 결합된 상태입니다. 메탄이 90%이상 인 것이 특징입니다. 깊은 바다에서는 얼음으로 존재하지만 높은 온도나 높은 압력 상태에서는 물과 가스가 분리되어 불을 붙이면 타오르는 얼음입니다. 이처럼 불에 타는 성질이 있어 ‘불타는 얼음’이라고도 불립니다.

함께 읽어보기 : 우리땅 독도, 왜그리 탐내는거야? (http://nstckorea.tistory.com/204)


가스 하이드레이트 어디에 있나?
지구에는 총 250조이라는 어마어마한 양이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 이 양은 인류가 5천년동안 쓸 수 있습니다. 우리나라에는 동해 주위에 6조에 달하는 양이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 이 양은 연간 천연가스 소비량의 100배에 달하며 국내 가스 소비량의 30년분의 양이며 150조원이 넘는 자원입니다. 주로 저온 고압의 퇴적층에서 생성되며 알래스카나 시베리아와 같은 석유, 천연가스 저류층이나 석탄층과 같은 인접된 지역에 많이 발견됩니다. 러시아, 캐나다 등 영구동토나 심해저에 많이 분포해 있습니다.

독도 주변에 많은 매장량이 있다고 한다. @Army Vet / http://www.flickr.com/photos/bryan_retreat/5604121739

어떻게 찾아냈을까?
가스 하이드레이트 탐사방법은 지질·지화학적 탐사, 지구물리 탐사, 지구물리검층 등의 방법이 있습니다. 지질·지화학적 탐사는 퇴적물과 해수를 채취해 분석하거나 잠수정에 카메라를 이용해 해저지형을 확인하는 간접적인 방법입니다. 이 분석을 통해 형성이나 가스의 기원을 파악할 수 있습니다.

지구물리 탐사는 하이드레이트의 물리적, 음향학적 특성을 이용한 방법입니다. 지구물리검층은 시추할 때나 시추 후에 지층에 대한 여러 물성 등을 연속적으로 측정하는 방법입니다. 검층장비를 시추공에 투입하여 전기적, 음향학적, 방사성, 전자기 등의 발생원을 통해 수신된 정보를 해석합니다.

왜 이렇게 열광하는가?
가스 하이드레이트가 가장 각광받는 이유는 청정에너지라는 것입니다. 현재 쓰고 있는 화력(석유나 석탄)에너지는 공해를 배출하고 원자력 에너지는 발전소 주변 해수의 온도를 높인다거나 발전소에 문제가 생기면 위험성이 큽니다. 반면 가스 하이드레이트는 연소시킬 때 이산화탄소 발생량이 미미하다고 합니다. 또 기존 석유이용시설을 이용해 에너지원으로 사용할 수 있습니다. 부존량 또한 풍부하여 미래의 에너지원으로 탁월하다는 평가를 받고 있습니다.

메탄의 주범인 가축 @Mike Licht, NotionsCapital.com / http://www.flickr.com/photos/notionscapital/4508058635


온실가스의 주범, 메탄이 많아 우려의 목소리도...
반면 우려의 목소리도 많습니다. 가스 하이드레이트에는 메탄이 90%이상 차지하고 있습니다. 메탄은 이산화탄소보다 20배 이상의 온실효과를 내는 기체입니다. 메탄이 방출되면 앞으로 지구 온난화를 더 가속화할 것이라는 전문가 의견도 있습니다. 또한 바다 밑에 있어 실제 상용화까지 걸리는 시간과 경제성에 대한 문제도 있습니다.

이미 세계는 상용화 전쟁
하지만 각 국은 상용화를 하기 위한 노력을 많이 하고 있습니다. 특히 일본의 기술력은 타국보다 앞서있다는 평가를 받고 있습니다. 가스 하이드레이트 생산 공정 개발을 2002년부터 시작하여 생산 기지와 수송선을 연결해 선적할 수 있는 시스템을 개발 중입니다. 수송차량도 개발한 것으로 알려져 있습니다.
우리나라는 2007년부터 사업에 뛰어들었으며 2014년 기술 상용화를 목표로 하고 있습니다.

@EscoPhotog / http://www.flickr.com/photos/87250300@N08/8025104769

우리나라는 2015년부터 탄소배출권 거래 제도를 시행하는가 하면 온실가스 감축의무국으로 또한 지정될 가능성이 높습니다. 이런 시기인 만큼 청정에너지자원인 가스 하이드레이트의 관심이 필요한 때입니다. 에너지수입국에서 에너지생산국의 변모도 기대해봅니다.


참고 :
 http://www.gashydrate.or.kr/ (가스하이드레이트 개발사업단)

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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

바람이 전기를 만든다!
우리나라의 풍력발전 모든 것!

 어제는 비바람이 몰아쳐 출근길 어려움을 겪은 분들이 많으셨죠? 여름철에는 우리의 땀을 식혀주기도 하고, 때론 막대한 피해를 입히기도 하는 바람. 여러분들은 이처럼 다양한 얼굴을 갖고있는 바람이 전기도 만들어내고 있다는 사실을 아십니까? 바람을 이용하여 전기를 얻는 풍력발전이 바로 그것입니다.

 ‘바람이 전기를 생산해낸다’라는 말이 어떻게 보면 어색해보이기도 합니다. 그러나 세계적으로도, 그리고 우리나라에서도 신재생에너지분야 중 풍력발전은 매우 유망한 산업으로 보아 이미 풍력단지가 설치되었거나 건설 중에 있습니다. 풍력발전은 어디에서, 어떻게 이루어지며, 어떠한 조건이 필요한지, 그리고 우리나라 어디에 건설되어 있는지 알아보겠습니다.

해상풍력발전 @Kim Hansen / http://ko.wikipedia.org

풍력이란?
 풍력은 바람에너지를 전기에너지를 바꿔주는 원리로 풍력발전기의 날개가 회전되면서 생기는 회전력으로 전기를 생산합니다. 날개, 변속장치, 발전기로 구성되어 있으며, 바람이 날개를 회전시키면 기계적 에너지로 변환하는 장치입니다. 여기서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해 변속기어에 전달되면 발전기에서 회전수를 높여 발전기를 회전시킵니다. 즉, 발전기는 날개에서 생성된 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 합니다.


풍력발전의 분류
 풍력발전의 분류는 회전축의 방향에 따라 수직축 발전기와 수평축 발전기로 나뉩니다.
수직축 발전기는 회전축이 지면과 수직으로 설치되어 바람의 방향과 상관없이 가동이 가능하며 바람추적장치가 필요하지 않고 사막이나 평원에 많이 설치되지만, 비용이 비싸고 효율이 수직축 발전기에 비해 떨어진다는 것이 단점입니다. 현재 미국에서는 소용량으로 가동 중에 있습니다.

수평축 발전기는 우리가 흔히 알고 있는 풍력 발전기로 회전축이 지면과 수평으로 설치되어 있으며 바람을 최대로 받기 위해 바람추적장치가 필요합니다. 풍력발전 중에서도 안정적이고 효율적이라는 장점을 갖고 있습니다. 
 

강원도의 풍력발전


 운전방식에 따라 기어드(Geared, 증속기형) 발전과 기어리스(Gearless, 집결식) 발전이 있습니다. 기어드형 풍력발전시스템은 간접구동식으로 풍력터빈의 초기 개발 단계부터 적용되어 지금까지 발전되어 왔고 관련 시장의 대부분이 이 형식입니다. 정속운전 유도형 발전기기를 사용하는 발전시스템이며, 높은 정격회전수에 맞추기 위한 회전자의 회전속도를 증속하는 기어장치(증속기)가 장착되어 있습니다.

기어리스형은 가변속 운전동기형 발전기기를 사용하는 시스템이며 증속기어 장치가 없어 회전자와 발전기가 직결되는 형태입니다. 발전효율이 높으나 가격이 비싸고 크기가 큰 단점이 있습니다.

육상풍력발전 @WAstateDNR - Department of Natural Resources / http://www.flickr.com/photos/wastatednr/3290759855/

풍력발전의 기본 원리
 풍력발전의 기본 원리는 풍속이 세고 풍차가 크면 클수록 많은 에너지를 생산할 수 있습니다. 그래서 바람의 세기와 풍차의 크기가 풍력발전의 핵심입니다. 날개 길이에는 제곱에 비례하며 풍속은 세제곱에 비례합니다. 또 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 산에 풍력발전소가 위치하는 경우가 많습니다.

바람은 평균 초속 4m/s 이상이 부는 바람이 필요합니다. 이 정도의 풍속은 나뭇가지가 흔들리는 정도이며, 2m/s는 바람을 느끼는 정도, 7m/s는 먼지가 이는 정도이고 30m/s는 유리창이 깨질 정도의 풍속입니다. 우리나라에는 산이 많은 강원과 경북, 제주도에 풍력발전소가 많이 있습니다.

 전 세계 풍력발전시설용량은 대부분 유럽에 몰려 있으며 전력생산단가가 싸지고 청정에너지여서 시설용량이 매년 증가하고 있는 추세입니다. 신새쟁에너지에서 유망한 분야이며 낙후 지역에도 전력이 보급이 가능하며 해안이나 산간지역 등에 설치가 가능한 것이 장점입니다. 해외의 경우 해상풍력발전도 있어 풍력발전의 가능영역은 더욱 넓어지고 있습니다.

풍력발전의 장단점 @GDS Infographics / http://www.flickr.com/photos/gdsdigital/4016463222/


육상풍력발전은 풍력터빈의 대형화로 설치장소의 한계가 대두되고, 소음이나 자연 경관을 해치는 문제가 발생
하면서 이러한 육상풍력발전의 단점의 해결책으로 고안된 것이 해상풍력발전입니다. 해상풍력발전은 풍력터빈을 호수나 피오르드 지형, 연안과 같은 수역에 설치해 그곳에서 부는 바람의 운동에너지를 회전날개에 의한 기계에너지로 변환하여 전기를 얻는 발전방식을 말합니다.

해상풍력발전은 육상풍력발전이 가지는 설치 장소의 한계를 보완하고, 해안과 15km 내외로 떨어져 설치되므로 소음이나 자연경관을 해치는 등의 문제를 보완할 수 있습니다. 하지만 일부에서는 풍력발전소를 건설하면 생태계에도 영향을 주어 건설이 반대되기도 합니다. (위키백과 참조:http://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%95%B4%EC%83%81%ED%92%8D%EB%A0%A5%EB%B0%9C%EC%A0%84#.EC.86.8C.EC.9D.8C.EA.B3.BC_.EC.8B.9C.EA.B0.81.EC.A0.81.EC.9D.B8_.EC.9C.84.EC.95.95.EA.B0.90_.ED.95.B4.EC.86.8C)

풍력 사업수행 현황 http://www.kepco-enc.com/korea/sub.asp?Mcode=B040000&ConIdx=93


 우리나라의 주요 풍력발전단지는 대관령, 태백 풍력발전단지가 있습니다. 2005년 기준으로 하여 대관령(3,390kW), 태백(4,250kW), 울릉도(600kW), 제주의 한경(6,000kW)과 행원(9,757) 등의 소규모 발전단지가 조성되어 있습니다. 영덕에 한국 최대의 상업용 풍력발전단지가 있는데, 24개의 바람개비가 120m의 높이의 풍력발전기가 있습니다. 연간 발전량은 9만 7000mW로 2만 가구가 한 해 동안 사용할 수 있는 양입니다.
또한 제주도 서귀포시 대정읍 앞 바다 2km지점, 수심 약 30m 해상에 대정해상풍력단지가 건설될 예정이라는데요, 2014년말까지 공사를 마무리하여 2015년부터는 상업운전이 가능하도록 할 예정이라고 합니다.

여수엑스포 국제관 - 덴마크 풍력발전

 이렇게 풍력발전은 석유가 안 나는 우리나라에 있어 큰 도움이 됩니다. 또 풍력발전단지 인근을 공원으로 만들어 관광자원으로도 활용되기 때문에 보물단지나 다름없습니다. 풍력발전을 하기 위한 조건을 갖춘 지역도 많으니 더 많은 풍력발전단지가 생겼으면 좋겠습니다. 앞으로 신재생에너지에 대한 지속적인 관심이 필요합니다. 이번 주말에는 풍력단지에 다녀와보시는 건 어떠신가요?


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굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기

세계 최대규모의 신재생에너지 발전소가 한국에?


최근 에너지산업에 대한 이야기가 많이 오갑니다. 작년에는 일본의 원전 사태 이후, 일본 정부가 신재생에너지 육성에 직접 나서며 에너지 보급률을 2050년까지 50%까지 끌어올릴 목표를 세웠습니다. 일본에는 이미 태양광 발전이 상업화 및 보급화가 되었고 화산 지대와 온천이라는 지리적 특성을 이용한 지열을 통해 에너지 보급률을 높이려고 노력하고 있습니다. 중국 등 이미 다른 나라들은 신재생에너지에 대해 정부가 직접 일부 세금을 감면해주는 혜택을 제공하고 있습니다.

 우리나라도 현재 주 에너지원인 화력, 원자력이 아닌 폐기물, 수력, 바이오 에너지 등 신재생에너지 보급률을 2030년 정도에 11%로 올리고자 하는 것을 목표로 하고 있습니다. 한국 정부의 녹색성장 정책에 따라 우리나라의 신재생에너지 기업도 많이 늘어났고, 이 기술을 수출도 하고 있습니다. 우리나라도 여러 신재생에너지 발전이 이루어지고 있는데요, 대표적으로 제주도나 강원도 태백산맥 지역의 높은 고도를 이용한 풍력 발전, 풍부한 일조량을 이용한 호남지역의 태양광 발전, 빠른 조류를 이용한 울돌목 조류발전 등이 있습니다. 그 중 오늘은 조력발전에 대해 알아보겠습니다.

시화호 조력발전소 조감도

 신재생에너지에는 태양광, 태양열, 풍력, 연료전지, 수소, 바이오, 폐기물, 지열, 수력, 해양에너지 등 종류가 다양합니다. 이 중 해양에너지에 속하는 것이 바로 조류발전입니다. 해양에너지란, 해양의 조수나 파도, 해류, 온도차 등을 변환시켜 전기나 열을 생산하는 기술입니다. 파랑, 조석, 수온, 해류, 바람, 염도와 같은 해양에너지를 1차 변환(OWC열교환댐)하여 생성된 기계에너지를 2차 변환(터빈 저낙차 발전)을 통하여 전기와 열을 생산합니다.

 해양에너지에는 파력발전, 온도차발전, 조류발전 그리고 조력발전이 해당됩니다. 파력발전은 연안 또는 심해의 파랑(=파도)에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술이며, 온도차 발전은 해양 표면층의 온수와 심해의 냉수와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계에너지로 변환시켜 발전하는 기술이고, 조류발전은 해수의 움직임에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술입니다.

그렇다면 조력발전은 무엇일까요?
조력발전은 조석간만의 차(밀물과 썰물의 차)를 동력원으로 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술로, 바다에 저수공간을 만들어 바닷물을 가두었다가 댐의 수문을 여는 방식입니다. 조력발전소의 종류에는 단류식과 복류식이 있는데요, 단류식이란, 시화방조제로 들어오는 밀물을 이용해 발전을 하는 것이고, 복류식은 밀물과 썰물 모두를 이용하는 방식입니다. 조력발전은 특히 입지조건이 까다로운데요, 평균조차가 3m 이상이 되어야 하며, 폐쇄된 만의 형태여야 하고 해저의 지반이 강고해야 합니다. 또한 에너지 수요처와도 가까워야 합니다.
하지만 현재 복류식으로 가동되고 있는 발전소는 없다고 합니다. 시화조력발전소 역시 밀물 때의 낙차를 이용한 단류식으로 가동되고 있습니다. 시화방조제를 사이에 두고 외해(바다)와 내해(시화호)는 7~9미터 가량의 물높이 차이가 나는데 이 물 높이를 이용해 발전을 하는 것이죠.

밀물 때의 모습

썰물 때의 모습


 작년(2011년)에 완공된 시화 조력발전소경기도 안산 대부동 시화방조제에 있으며 국내 최대 조력발전소이기도 합니다. 2004년 착공하여 7년 만에 가동에 성공하였습니다. 황해의 밀물썰물의 차가 최고 9.16m로 유리한 조건을 갖고 있으며, 규모도 축구장 12개의 크기로 어마어마합니다. 시설용량 기준 세계 최대를 자랑하는 곳이죠.

조력발전소는 프랑스의 랑스 조력발전소가 1966년 세계 최초로 건설되었으며, 시설용량은 240MW으로 연간 5억4천만kWH의 전력을 생산합니다. 이는 50만 도시에 전력 공급이 가능한 양이라고 하네요. 또한 연간 관광객이 40~50만 명에 이르러 에너지산업뿐만 아니라 관광 산업으로도 명성을 떨치고 있습니다. 하지만 시화 조력발전소는 이 랑스 조력발전소의 시설용량수준을 뛰어넘는 254MW급입니다. 또한 충남 태안과 서산 사이의 가로림만에 조력발전소를 계획 중이며 이 조력발전소의 용량은 520MW으로 기존의 최대 조력발전소인 랑스 조력발전소의 2배에 달하는 규모입니다.

건설 당시의 시화호 조력발전소 모습

 조력발전소의 이점은 다양합니다. 1억kWH당 15만6천 배럴, 연간 200억 원의 유류대체효과가 발생될 것으로 예측하고 있습니다. 또한 휴게시설과 전망대 등을 갖춘 조력문화관도 같이 건립하여 관광자원으로 이용하여 관광산업의 발전도 가능합니다. 시화 조력발전소는 수륙양용버스가 운행될 예정이며 수상 비행장도 조성하여 해양레저관광의 메카로 구상중입니다. 게다가 수문을 통한 해수의 순환으로 시화호의 수질도 개선될 것이라는 예측도 있습니다.

겨울 테마공원의 모습

 하지만 조력발전소는 생태계에 영향을 끼치기도 합니다. 랑스 조력발전소의 경우 주변 생태계의 생물다양성은 크게 감소하였습니다. 20년이라는 긴 시간이 지나서야 생태계가 안정화 단계에 이르렀습니다. 즉, 주변 환경에 대해선 앞으로 지속적으로 관심을 가져야 합니다. 시화 조력발전소도 이러한 위험 가능성이 존재합니다. 유속이 감소함에 따라 해양생물 개체수가 감소될 수 있습니다. 해양생물 개체수가 줄어들면 철새의 서식지인 갯벌에도 악영향을 끼칠 수 있습니다. 이런 부분을 보완할 수 있는 기술과 방안도 함께 마련되어야 할 것 같습니다.

 또한 핵심기술이 대부분 수입산 이란 것도 문제입니다. 조력발전소의 핵심인 수차발전기의 기술은 대부분 오스트리아나 중국에서 기술을 수입한 것입니다. 수차발전기란 물의 에너지를 전력으로 변환시키는 중요한 설비입니다. 수리비나 유지비만 따져도 매년 몇 십억에 달하는 비용이 들게 됩니다.

수차발전기의 모형

수차발전기의 실제 모습

 따라서, 조력발전소의 핵심 기술을 국산화하여 발전에 따르는 비용을 최소화하여 에너지를 생산하는데 효율성을 증가시킬 필요가 있습니다. 또한 주변 생태계의 변화를 매년 감시하고 보호하여 생태계의 교란을 방지하고 안정화하는데 집중해야 합니다. 세계적인 조력발전소인 만큼 관광지로서의 역할도 톡톡히 해내 다른 방면의 부가가치 창출 또한 기대할 수 있습니다. 그렇게 되면 우리나라도 신재생에너지 분야에서 특히, 조력발전소 부문은 에너지 선진국, 강대국의 대열에 한 발 앞설 수 있을 것입니다.
 
 우리나라에도 지리적 특성을 이용한 신재생에너지가 가능하며 그 규모도 세계 최대라고 하니 무척 놀랍습니다. 이제 조력발전에 대해 어느 정도 이해를 하셨는지요? 다음 기사에서는 또 다른 신재생에너지의 분야 중 하나인 풍력에너지에 대해 소개해드리겠습니다.


참고자료 
에너지관리공단 신재생에너지분야센터 http://www.knrec.or.kr/knrec/11/KNREC111100.asp
녹색성장 홈페이지 http://green.korea.kr/

사진출처
시화호 조력발전소 블로그(http://blog.naver.com/t_light)


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「과학기술, 미래를 말하다」
에너지분야 제2차 「과학기술 100분 토론회」개최


국가과학기술위원회(위원장 김도연, 이하 국과위)가 오는 31일(금) 오전 10시부터 프레스센터 국제회의장(서울 중구 소재)에서 “에너지 분야 R&D 전략(2) - 녹색성장 기조 아래, 신재생에너지 R&D 투자 효율화방안”이라는 주제로  「에너지분야 제2차 과학기술 100분 토론회」를 개최한다.

이번 토론회에서는 세계 각국의 경쟁적 투자 및 이로 인한 수급 불균형, 쉐일가스 등 새로운 에너지원의 등장 등 신재생에너지를 둘러싼 환경의 변화 속에서 우리나라 신재생에너지 분야 R&D 현황을 점검하는 한편, 에너지의 안정적 확보와 녹색성장 가속화를 위한 신재생에너지 R&D 투자 혁신 전략이 논의될 예정이다.

국과위에서는 “환경친화적인 에너지로 인식되어 정부 지원을 강화하고 있는 신재생에너지가 비경제성, 부품소재 및 원천기술의 부족, 과당 경쟁으로 인한 국제적 수급 불균형이라는 한계를 보임에 따라, 신재생에너지에 대한 R&D 투자 당위성을 짚어볼 필요가 있다”며, “‘선택과 집중’을 통한 신재생에너지 분야의 R&D 혁신을 위하여, 신재생에너지원별 보급기여도, 세계 시장규모, 기술적 시급성 등을 고려한 신재생에너지 R&D 포트폴리오 구성방안이 논의될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 토론회에서는 정부 전체 R&D 투자 효율성과 성과를 높이기 위하여, 신재생 에너지 R&D 수행 부처간 역할 분담 및 협력체계가 함께 논의될 예정이다.

토론회는 일반 국민들의 현장 참여가 가능하며, “인터넷 올레 TV(http://onair.olleh.com/science_talk)”를 통해 실시간으로 토론 내용을 시청할 수 있다.
또한, 행사 SNS*를 통해 전문가들에게 궁금한 사항을 직접 질의할 수 있으며 토론 종료 후에도 다양한 의견을 개진할 수 있다.
    * 행사 SNS : 트위터(@Science_talk), 페이스북(/sciencetalk)

국과위는 토론회에서 논의된 사항을 정부 과학기술 정책에 적극 반영할 예정이며, 과학기술 정책 현안에 대한 국민적 공감대 형성과 확산을 위하여 과학기술 100분 토론회를 지속적으로 개최할 계획이라고 밝혔다.

○ 주 제 : 에너지 분야 R&D 전략(2)
           - 신재생에너지 분야 R&D 투자 효율화 방안
○ 일시 / 장소 : 8.31(금) 10:00~12:00 / 프레스센터 국제회의장
○ 좌 장 : 곽재원 한양대 석좌교수(前 중앙일보 경제연구소 소장)
○ 패 널 : 권동일(녹색자원전문위 위원장), 성창모(한국녹색기술센터 소장), 
           정형지(더코발트스카이(주) 사장), 한성옥(한국연구재단 단장),   
           정경희(녹색자원전문위 위원)


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국내 최대 풍력발전단지, 특별함이 있는 영덕으로 가다...

국내 최대의 풍력발전 단지가 경북 영덕에 있다. 풍력발전은 신재생에너지의 대표적인 형태로 이산화탄소와 같은 온실가스를 내지 않기 때문에 유럽국을 비롯한 많은 선진국에서 풍력 발전에 대한 투자를 아끼지 않고 있다. 특히 이 곳 영덕 풍력발전단지는 1997년 발생한 산불로 인해 완전 폐허가 된 능선에 세워졌기 때문에 환경적인 측면을 더욱 고려했다는 점이 주목받고 있다.

우리나라 최초의 풍력발전소이자 최대 크기를 자랑하는 이곳을 조성한 기간은 불과 1년 남짓이다. 영덕에서 강구항으로 내려가는 해안도로의 중간쯤에 가면 해맞이 공원이 있는데 이 공원을 등진 채 언덕으로 조금만 올라가면 아파트 25층과 맞먹는 거대한 풍차들을 만날 수 있다. 무려 80m의 거대한 풍력발전기 24기가 15만평의 대지 위에 하늘을 향해 시위라도 하듯이 불끈 솟아 있다. 돌아가는 풍력발전기 날개 밑에서 돌아가는 날개를 쳐다보면 오만가지 소리가 다 들리는데, 어떤 때는 연음이 들리기도 하고, 또 어떤 때는 경음이 들린다. 동해의 바닷바람이 길이 42m에 달하는 섬유강화플라스틱(FRP) 날개를 돌려서 전기를 생산하는 모습은 이곳을 찾는 이들에 경이로움을 선물하기도 한다.

풍력 날개 @이동진

풍력발전기는 중심기둥과 3개의 날개로 구성되어 있으며 기둥높이가 80미터, 날개의 회전직경이 82미터이다. 1분에 14회 정도 회전하는데, 이곳에서는 연간 2만 가구가 사용할 수 있는 전기가 생산된다.

풍력발전원리(출처: google free image)

풍력발전은 바람의 운동에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 변환 기술이다. 공기가 익형* 위를 지날 때 양력과 항력이 발생되는 공기역학적(aerodynamic) 특성을 통해 회전자(rotor)**가 회전하게 되는데 이때 발생되는 기계적 회전 에너지가 발전기를 통해 전기 에너지로 변환되게 되는 것이다. 

풍력의 동력변환 장치인 풍차공기역학적 항력(drag)에 의한 것과 공기역학적 양력(lift)에 의한 것으로 분류된다. 초기의 수직축형 풍차는 항력에 원리로 사용되었지만 항력형은 풍차효율이 매우 낮았다. 현대의 풍차는 주로 공기역학적 양력에 근거하고 있다.
 

풍력발전 (출처:http://samsungcampaign.com/355?category=13)

양력형 풍차는 들어오는 바람과의 작용에 블레이드(blade)를 사용하고 있다. 공기의 흐름과 작용하는 블레이드에는 흐름방향으로 작용하는 항력뿐만 아니라, 항력에 수직인 양력도 작용하는 것이다. 양력은 항력의 배수이며 회전체의 구동력이 된다. 공기의 흐름에 수직으로 회전체 블레이드에 작용하여 필요한 회전력을 일으키는 것이다.

공기역학적 양력을 사용하는 풍차는 다시 회전축의 방위에 따라 수평축형수직축형으로 분류된다. 수직축형 풍차로는 1920년대에 프랑스 기술자가 발명한 다류스(Darrieus)형 풍차가 있으며, 곡선형의 대칭날개로 구성되어 있다. 다류스 풍차는 바람방향에 관계없이 작동시킬 수 있고, 기어박스, 발전기 등을 지상에 설치할 수 있는 장점이 있다. 그러나 각 회전수에서 회전력의 변화가 심하고, 자기시동능력이 없으며, 높은 풍속에서 속도제어의 선택이 한정되는 등의 결점이 있다.

풍차의 형식(출처 : 전자부품연구원 전자정보센터 '에너지 대체자원인 풍력발전 기술과 전망)

수직축형 풍차는 1970년대에서 80년대에 걸쳐 상업적으로 개발되었으며, 4,200 kW 규모의 대형 수직축형 풍력발전시설(ECOLEC)이 캐나다에서 설치된 바 있다. 그러나 현재 수직축형 풍력발전기의 연구개발은 거의 없는 실정이다. 수평축형, 또는 프로펠러(propeller)형 풍차가 오늘날 풍력발전의 주류를 이루고 있다.

아직까지 풍력발전은 경제적인 면에서 다른 발전시설에 못 미친다. 영덕 풍력발전단지에서 생산되는 전기는 kw당 107원으로, 동급 대비 40원인 원자력 발전이나 50원인 수력 발전에 비해서는 거의 두 배인 셈이다. 그러나 풍력 발전은 100% 무공해라는 것과 초기에 시설비가 많이 들어갈 뿐 유지 보수비가 거의 없기 때문에 그야말로 친환경 에너지인 셈이다.

바다와 풍차(출처:google free image)

겨울을 맞은 요즘, 영덕은 대게 시즌이다. 감칠맛 나는 영덕대게와 코발트블루 색감이 넘치는 동해를 배경으로 어우러진 영덕의 풍차들을 만나러 겨울여행을 떠나보는 것도 좋지 않을까?

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 이  동  진  

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                     신재생에너지, 왜 이슈가 되는걸까?

올해 세계적으로 충격을 안겨준 사건은 아마도 일본 후쿠시마 원전사고 일 것이다. 이런 가운데 원전을 도입한 세계 각국은 원자력발전소에 대해서 일제히 안전성 점검에 들어갔고 독일은 원전 폐쇄를 선언했다. 그렇다면 에너지 수요가 급속이 늘어가는 시점에서 원전에 대한 의존도를 줄인다면 그 이후에는 무엇이 대체에너지원으로 부상이 될까? 그것이 바로 신재생에너지이다.

출처 : Google Free image

신재생에너지(Renewable Energy), 그게 뭐지? 

신재생에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열 등을 포함하여 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말한다. 문자 그대로 본다면 신재생에너지는 신에너지와 재생에너지가 결합된 단어로, 첨단기술을 이용한 새로운 형태의 에너지인 신에너지와 아직 개발 및 보급이 일반화 되지 않은 재생에너지를 아우르는 말이라 할 수 있다.

사실 신재생에너지에 대한 국제적으로 통일된 정의는 없다. 그러나 우리나라는 신에너지 및 재생에너지개발·이용·보급촉진법 제 2조의 규정에 의거해서 '기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 강수, 생물유기체 등을 포함하여 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지'로 정의하고 11분야로 분류하고 있다.

Solar panels @Renewable / http://www.flickr.com/photos/walmartcorporate/5326801497/

재생에너지는 8개 분야로 태양광, 태양열, 바이오, 풍력, 수력, 해양, 폐기물, 지열을 말하고 신에너지는 3개 분야로 연료전지, 석탄액화가스화 및 중질잔사유가스화, 수소에너지를 포함한다.

2011 대한민국 신재생에너지대전에서 신재생에너지를 엿보다

지난 10월 19일, 서울 삼성동 코엑스에서는 2011 대한민국 신재생에너지대전(Renewable Energy Korea 2011)이 개최되었다. 신재생에너지의 현재와 미래를 살펴볼 수 있는 좋은 자리이자 현재 우리나라의 신재생에너지 현황을 살펴볼 수 있는 기회이기도 했다. 다양한 기업의 제품과 기술을 통해 신재생에너지에 대해 자세히 알아보도록 한다.

 

 

 

 

 

 

국내 최대의 에너지 종합 전시회라고 불리는 이 행사가 특별한 이유는 신재생에너지대전과 녹색에너지대전이 동시에 이루어져 있었기 때문이다. 신재생에너지대전에는 OCI, 삼성중공업, 포스코파워, 그랜드솔라 등 국내외 다양한 신재생에너지 기업들이 참가해 제품과 기술을 전시했다. 녹색에너지대전에는 한국전력공사를 비롯한 에너지관련 공공기관, 삼성전자, 효성, 경동나비엔, 제로하우스 등의 기업들이 참가해 제품과 기술을 소개했다.

 

 

 

 

 



이 행사에서 사람들의 이목을 끈 것은 신재생에너지의 대표라고 할 수 있는 풍력발전이다. 하이에너지코리아라는 소형 풍력기업에서는 독특한 디자인의 풍력발전기를 선보였다. 적은 바람에도 회전력을 얻기 위해서 반원구형태의 풍력 블레이드를 이용한 것이다. 이는 기존의 블레이드 형태와 다른 형태로 창의적인 아이디어가 돋보이는 작품이었다.

하이에너지코리아, 풍력발전기

신재생에너지의 또 다른 형태인 태양광을 이용한 트래커 ‘해바라기’는 아름다운 자태로 다양한 연령층의 참관객의 이목을 이끌었다. 전동기라고 불리는 모토의 사용량을 최소화하고 기어를 이용하여 태양광 추적 정밀도를 높인 것이 태양광 트래커(Tracker)의 특징이라 할 수 있다.

태양광 트래커 '해바라기'

이미 세계 각국에서는 일본 원전사고, 유가의 불안정, 기후변화 협약 등으로 신재생에너지의 중요성이 재인식하고 있다. 또한 기존에너지원 대비 가격경쟁력 확보하게 된다면 신재생에너지산업은 IT,BT,NT산업과 더불어 미래 산업, 차세대 산업으로 급신장될 것으로 예상된다.

신재생에너지를 보급하기 위해서는 많은 조기투자가 필요하고 에너지효율 확보라는 기술적인 숙제를 안고 있기에 국가 차원의 투자가 필요한 것이 현실이다. 또한 화석에너지 고갈문제와 환경문제에 대한 해결방안이라는 점에서 선진 각국에서 신재생에너지에 대한 과감한 연구개발과 보급정책을 추진하고 있다.

우리나라는 2012년 총 에너지의 5%를 신재생에너지로 보급한다는 장기적인 목표를 세우고 지속적인 지원 사업을 강화할 예정이므로 우리나라의 에너지공급의 다변화 정책에 장기적인 안목을 가지고 관심을 기울여야할 때이다. 

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 이 동 진

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                  새로운 전기기반 사회를 가져오는 기술, 스마트그리드


지난 9월 15일, 평소에 비해 급격히 늘어난 전기수요 때문에 전국에서 정전이 일어나는 사건이 벌어졌다. 이런 사고가 일어난 원인은 무엇일까? 예년과 달리 갑자기 더워진 날씨에 전기 수요가 급증했고, 잘못된 전기수요 예측으로 비상시 추가로 전기 생산을 더 해낼 수 있는 방법이 없었기 때문이다. 날이 갈수록 전기 수요는 늘어만 가는데 이 수요를 맞추기 위해 발전소만 계속 짓는다면 발전단가의 상승, 환경오염 등의 단점을 피할 수 없다. 그렇다면 새로 발전소만 계속 짓는 것이 아니라 지금 있는 전기를 더 똑똑하게 사용해서 환경을 더욱 보존할 방법은 없을까?

현재의 전기사용방식, 무엇이 문제일까?
전기는 너무나 편리하지만 보기와 다르게 매우 까다로운 녀석이다. 만드는 것도 쉽지 않을 뿐더러 보관도 잘 안되고, 쓰지 못하면 그 시간 그대로 버려진다. 우리의 전기사용패턴은 어떤가? 주업무시간인 낮에 거의 대부분의 전기수요가 몰리고 다른 시간대에는 급격히 전기사용이 줄어든다. 이에 따라 발전단가가 낮은 발전소를 계속 가동하다 수요가 많을 때에는 단가가 비싼 대신 빠르게 전기공급을 할 수 있는 발전소를 함께 가동하는 식이다. 

다음은 전력거래소에서 제공한 2011년 8월31일 전력사용분포 그래프다.
새벽과 저녁7시 이후에는 전력사용량이 낮고, 오후 3시경 가장 높은 사용하는 것을 확인할 수 있다.
(단위 :만㎾, %, ℃)

8월 31일 전력사용분포그래프
 

현재의 전기사용방식은 사용자가 일방적으로 전기를 쓰고 공급자는 일방적으로 전기를 공급하는 단방향 시스템이기 때문에 사용자의 필요에 따른 전기 생산·판매가 어려우며, 이번과 같은 제한송전 시 사용자가 대처할 수 있는 방법이 거의 없다.

저렴할 때 쓰고 비쌀 때는 아껴 쓰자. 똑똑한 전기사용의 발판 스마트그리드
자, 다시 처음의 질문으로 가보자. 어떻게 하면 사람들이 많이 몰리는 시간의 전기사용을 줄이고 더욱 효율적으로 전기를 사용할 수 있을까? 스마트 그리드의 발상은 바로 여기서 시작됐다. 스마트 그리드는 기존의 전력망(Grid)에 ICT 기술(Smart)을 접목하여, 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 전력 정보를 교환함으로써 에너지효율을 최적화하는 차세대 전력망을 말한다. 
시간대에 따라 바뀌는 전력단가에 따라 전기요금도 유동적으로 변하게 되기 때문에 사용자가 그 시간대의 사용량을 줄이고 저렴할 때 전기를 더 쓸 수 있는 기본 토대가 마련된다. 이런 변화를 통해 소비자는 조금 더 가벼워진 전기요금 고지서를, 전체적으로는 더욱 안정적인 전기공급이 가능해진다.

그림은 스마트그리드의 개념을 개략적으로 그림으로 나타낸 모습이다. 쌍방향 통신과 전기사용량분석, 그 정보에 기반해 빠르게 전기의 송·배전을 결정하고 집까지 안정화된 전기를 보내는 것스마트그리드의 목표이다.

스마트그리드 개념

또한 스마트그리드를 통해 신재생에너지 사용이 활성화된다. 기상조건 등 자연환경에 따라 신재생에너지의 전기생산량이 유동적이기 때문에 주된 안정적인 전기공급원으로 쓰기 힘들었지만, 스마트그리드의 실시간 정보교환을 통해 멀리 발전소에서 전기를 끌어오지 않아도 우리 주변에서 더욱 효율적으로 전기를 사용할 수 있게 된다. 전기가격이 비싼(수요가 많은) 시간에 판매를 해서 지금보다 더 높은 전기수익을 얻을 수도 있고 이번 가을처럼 전기사용량이 급격히 늘어나서 정전이 일어날 수 있을 상황에서도 충분히 단전되지 않은 채 위급한 곳의 전기공급을 계속 할 수 있다. 
그 외에도 전기자동차의 이용, 저렴할 때(수요가 적을 때) 전기를 저장했다가 비상사태나 급격한 전기수요가 생길 때 전기를 꺼낼 수 있는 ESS(energy storage system)시스템의 효율적인 사용을 위해 스마트그리드는 필수적인 요소다. 

스마트 그리드, 지금 대한민국은?
대한민국은 이런 새로운 스마트 전기시대를 선도하고 있다. 지난 4월 지능형 전력망의 구축 및 이용촉진에 관한 법률이 국회를 통과하여 법적인 지도와 제도마련을 하고 있다. 지식경제부는 그린에너지 전략 로드맵을 통해 2030년까지 약 27조원을 투입, 전국에 스마트그리드를 구축하여 저탄소 녹색성장의 기초를 다진다는 계획이다.

제주도 스마트그리드 실증단지

위의 그림과 같이 정부는 제주도 동북쪽 구좌읍 일대에 스마트그리드 실증단지를 구축하여 신재생에너지 보급, 전기자동차 운영 및 실제 사용자의 스마트그리드를 통한 생활변화 등을 실제로 실험해보고 있는 중이다. 

첨단기술이 만드는 더 편리한 전기사용, 그로 인한 똑똑한 전기사용과 자연보호, 청정에너지의 이용. 스마트그리드가 가져올 새로운 우리 미래는 바로 옆에 있다. 

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 일 환


참조 및 이미지 출처
- 스마트 그리드 사업단              (http://www.smartgrid.or.kr/)
- 지식경제부                            (http://www.mke.go.kr/)
- 제주도 스마트그리드 실증단지  (http://smartgrid.jeju.go.kr/)
- 전력거래소                            (http://www.kpx.or.kr/)
- GAO 2011 January report        (http://www.gao.gov/products/GAO-11-117) p.3 Figure 1: Functions of the Electricity Industry 
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