[과학을읽다]①조력발전의 원리와 세계의 조력발전소

시화호 조력발전소의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]조력발전은 바닷물의 밀물(만조)과 썰물(간조) 때 해수면의 수위 차를 이용해 전력을 생산하는 발전 방식입니다. 밀물과 썰물 때 수위의 차가 큰 강 하구나 만을 방조제로 막고, 밀물 때 바닷물이 들어오면 방조제의 수문을 열어 물을 가둬 둡니다.

그러다가 썰물이 되면 수문을 열어 가둬 두었던 물을 방류해 발전기의 터빈을 돌려 전력을 생산하는 방식이지요. 바닷물의 낙차를 이용해 발전하는 방식이어서 수력발전과 비슷합니다.

조력발전은 공해가 없는 청정에너지원으로 고갈될 염려가 없습니다. 거대한 바다물이 모두 동력원이기 때문이지요. 또 운영비가 적고, 조력발전소 건설로 주변 지역이 관광지가 될 수도 있습니다. 그렇지만 입지조건이 굉장히 까다롭습니다. 입지조건을 만족시키는 곳은 조수간만의 차가 큰 곳인데 이런 곳은 갯벌이 발달돼 방조제를 건설하면 바닷물의 흐름을 막아 갯벌 등 해양생태계가 파괴되는 단점이 있습니다.

특히 조력발전소는 발전시설 건립비용보다 방조제 건설비용이 3배나 더 들다 보니 채산성이 떨어집니다. 이처럼 초기 시설비가 많이 들고, 화력발전이나 원자력발전보다 아직은 효율이 높지 않다보니 세계적으로도 개발·가동되는 조력발전소는 많지 않습니다. 세계에서 조력발전이 가능한 지형을 가진 나라가 21개국 정도에 불과합니다. 세계 여러 나라들이 조력발전소 건설에 관심을 가지기 시작한 것은 1973년 제1차 석유파동 이후입니다.

세계 최초의 조력발전소는 1966년 가동을 시작한 프랑스의 랑스 조력발전소입니다. 시험용발전소로 준공한 랑스 조력발전소는 프랑스 서북부 노르망디지역의 랑스강 하구에 건설됐습니다. 랑스강 하구의 조수간만의 차는 최대 13.5m, 폭은 1㎞로 좁아 조력발전에 적합한 지형입니다.

프랑스 랑스 조력발전소의 모습. [사진=유튜브 화면캡처]

10㎿급 조력발전기 24대가 설치돼 총 시설용량이 240㎿에 달하고, 연간 5억㎾h 정도의 전력을 생산하는데, 이 정도면 36만명 가량이 1년 동안 사용하는 전력량입니다. 우리나라 지방자치단체 중에서 서울 서대문구의 인구가 1년 동안 사용하는 전력량과 맞먹는다고 합니다.

세계 두 번째 조력발전소는 러시아 서북부 무르만스크 근처 유라만에 1968년 건설된 키슬라야 구바 조력발전소입니다. 이 발전소의 최대 조차는 3.9m, 연기 120만kWh의 전력을 생산합니다. 1980년대 이후에는 여러 나라에서 조력발전소를 건설합니다. 1984년 캐나다는 소규모의 아나폴리스 조력발전소를 건설했는데 선풍기 모양의 수차를 발전기의 회전자로 처음 사용합니다.

중국의 대표적 조력발전소인 저장성 장샤 조력발전소는 총 시설용량이 3900㎾에 달합니다. 1972년부터 2009년까지 순차적으로 발전기를 증설해온 결과입니다. 이 발전소는 밀물과 썰물 때 두 번 발전기를 돌립니다. 우리나라의 시화호 조력발전소가 밀물 때만 발전기를 돌리는 것과 차이가 있습니다. 하루에 발전기를 두 번 돌리는 방식은 구조가 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 그 대신 발전량은 당연히 많겠지요.

세계 최대 조력발전소는 경기도 안산에 있는 시화호 조력발전소입니다. 시화호 조력발전소는 2004년 착공해 2011년 8월 시험 발전을 시작했으며, 2012년 2월부터 본격적으로 전기를 생산하고 있습니다. 축구장 12배 크기인 13만8000㎡ 부지에 세워진 2만5400㎾의 수차발전기 10기에서 25만4000㎾의 전기를 생산합니다.

세계 최초이자 세계 두 번째 규모인 프랑스 랑스 조력발전소보다 전력생산 가능량이 1만4000㎾ 더 많습니다. 연간 전기 생산량은 5억5270만㎾h로 이는 소양강댐의 약 1.56배에 달하는데 50만명 인구의 도시에 전력을 공급할 수 있는 양입니다. 조차도 8~10m에 달해 웬만한 수력발전소에 뒤지지 않지만 실제 전력생산할 때의 낙차는 5.8m 정도입니다. 수차 1기에 초당 48만2000리터의 바닷물이 유입되고 5.8m 아래로 떨어져 전력을 생산하는 것이지요.

시화호 조력발전소의 특이한 점은 이미 건설된 방조제를 활용하고, 망가진 환경을 오히려 되살렸다는 점입니다. 시화호의 수질개선에도 큰 역할을 하고 있다는 말입니다. 수문과 수차를 통해 하루에 오가는 바닷물의 양이 1억6000만톤인데 이는 시화호 전체 수량(3억2000만톤)의 절반에 해당하는 양입니다. 실제로 '죽음의 호수'로 불리던 시화호의 수질은 조력발전소 가동 후 바다와 같아졌습니다.

또 시화호 조력발전소에는 발전시설 뿐 아니라 발전소 건설과정에서 나온 흙을 이용해 6만6000㎡ 규모의 관광단지가 건설됐습니다. 연간 150만 명의 관광객이 찾는 관광 명소로 거듭난 것입니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr