신재생에너지원 탐구 5편은 여러 에너지원의 개념과 특징을 알아볼까요?

 

 

  1. 수력 에너지

수력 에너지는 물의 낙하 또는 압력에 의해 생기는 힘을 의미합니다. 이 힘을 이용해 전기를 만들어 내는 것을 수력발전(Hydropower Generator)이라고 하는데요. 수력발전은 하천 또는 호수 등의 물이 가진 유동에너지를 수차를 이용하여 기계에너지로 변환하고 이것을 다시 전기에너지로 변환하는 발전방식입니다. 

 

물의 낙차를 이용하는 수력발전은 댐식, 수로식, 유역변경식, 양수식으로 발전방식이 나뉘는데요. 그중 댐식은 가장 기초적인 형태로 하천의 경사가 큰 구간에 댐을 설치한 뒤, 가둔 물이 떨어지는 낙차를 이용한 발전입니다. 유역변경식은 한국의 동고서저 지형을 이용한 발전인데요. 고지대에 댐을 설치하고 도수터널을 통해 물을 통과시켜 산 너머의 경사가 급한 저지대로 떨어뜨리는 낙차로 전기를 만드는 것입니다. 양수식은 전력 사용량이 적은 심야 시간에 전기를 활용하여 아래의 물을 위로 끌어들이는 발전법으로 다른 발전소와 유기적으로 작동하여 에너지 낭비를 줄일 수 있습니다.

 

수력 에너지는 타 에너지원에 비해 지속적으로 발전 공급이 가능한 반영구적 에너지 자원으로 에너지 안보 측면에서 우수한데요. 또한, 물의 낙차를 이용해 전기를 생산하기 때문에 발전 과정에서 폐기물 방출이 없고 이산화탄소의 배출량도 적은 청정에너지입니다. 그리고 전력 생산 외에도 농업용 저수지, 하수처리장, 정수장, 다목적 댐의 용수 등에도 적용할 수 있어 개발 잠재량이 풍부하고 청정 자원으로 개발할 가치가 큰 자원입니다.

 

 

2. 수열 에너지

수열에너지란 해수 표층에 저장된 열에너지를 의미합니다. 주로 건물 냉·난방, 농가나 산업체 등에 활용되는데요. 수열에너지를 활용하기 위해서는 온도가 서로 다른 두 환경 사이에 열을 교환하는 장치인 열펌프(Heat Pump)가 이용됩니다. 해수의 경우 여름에는 대기 온도보다 약 7℃ 낮고 겨울엔 대기 온도보다 10℃ 높아, 냉방 시 물을 통해 건물의 열이 방출되고 난방 시에는 물의 열을 건물 안으로 공급하는 원리입니다. 

 

수열에너지는 자연 상태로 존재하는 에너지원으로 온도의 계절 간, 일간 변동이 적고 어는점이 일반 물보다 낮은 -1.9℃이기 때문에 60℃ 이하의 저온 열원에서 열을 회수하여 적정 온도까지 상승시킬 수 있습니다. 수열에너지를 활용하면 기존 냉·난방 시스템과 비교해 20~50%의 에너지를 절약할 수 있으며, 냉·난방 모두 연료의 연소 과정이 필요 없기 때문에 친환경적입니다. 또한, 수열에너지는 자연 상태에 존재하는 에너지원이기 때문에 사용할 수 있는 양이 무한하여 대규모의 열 수요도 충분히 만족시킬 수 있는 에너지원이라 평가받고 있습니다.

 

친환경 수열에너지를 이용해 건물의 에너지 사용량을 줄이려는 시도는 계속되고 있습니다. 현재 우리나라에서는 서울 잠실에 위치한 롯데월드타워가 수열에너지를 이용하고 있는데요. 지하 6층 에너지 센터로 유입되는 원수가 열 교환기 3대와 열펌프 6대 등의 설비를 거쳐 전체 냉난방 에너지의 10%를 공급하며, 연간 에너지 사용량을 73%, 이산화탄소 배출량은 38% 절감하였습니다. 해외는 미국, 유럽, 일본 등에서 1960년대부터 수열에너지를 건물, 농업 시설 등에 적극적으로 사용해 왔는데요. 특히 스웨덴의 수도인 스톡홀름(Stockholm)은 수열에너지를 활용해 도시 전체 지역난방 열원의 40% 이상을 충당하고 있습니다.

 

 

3. 해양 에너지

해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 에너지입니다. 해양 에너지는 크게 조력발전, 파력발전, 조류발전, 온도차발전, 네 가지로 나눌 수 있는데요. 

 

조력발전은 조석 간만의 차로 인해 해수면의 높이가 변하는 것을 이용한 방식입니다. 조석 간만의 차는 바다의 높낮이를 변형시키고, 이 과정에서 위치에너지가 생산되는데요. 밀물에는 수문을 개방하여 저수지에 물을 저장하고, 물이 없을 때는 낙차 시켜 에너지를 발생키는 것입니다. 

 

파력발전은 파도의 상하운동 에너지를 이용한 방식인데요. 파도가 출렁일 때 운동에너지를 통해 공기에 압력을 가하게 되고, 공기가 압축되어 뿜어져 나오면서 전기가 생산되는 방식입니다.

 

조류가 빠르게 흐르는 곳에 동력장치를 설치하고, 조류의 흐름에 영향을 받아 에너지를 발생시키는 방식이 조류발전인데요. 인근 환경에 영향을 줄 만한 대형 발전소가 필요하지 않고, 그때문에 초기 비용도 상대적으로 저렴합니다. 또한, 가장 자연적인 곳에서 생산되기 때문에 가장 친환경적인 에너지 생산방식이라고 평가 받고 있습니다.

 

마지막으로 온도차발전은 수심에 따라 다른 바닷물의 온도 차이를 이용한 방식입니다. 이는 열에너지를 기계에너지로 변환하여 전력을 생산하는 방식으로, 저온인 심층수와 상온인 표층수의 온도 차로 터빈을 돌리는 것입니다. 해수 자체를 이용하는 개방순환식, 끓는 점이 낮은 가스를 이용하는 폐쇄순환식, 이 두가지 장점이 합쳐진 복합순환식이 있습니다. 

 

해양 에너지는 오염이 적은 무공해 청정에너지이며, 더불어 지구 표면의 70%가 바다이기 때문에 자원이 고갈될 문제가 없다는 점 또한 큰 장점입니다. 특히 3면이 바다로 둘러싸인 우리나라의 경우 해양 에너지 자원이 풍부하며, 해안마다 특성이 있어 각기 다른 형태로 해양에너지를 이용할 수 있습니다.

 

 

4. 수소 에너지

수소에너지는 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 연소시켜 얻어내는 에너지입니다. 수소에너지는 물의 전기 분해로 쉽게 제조할 수 있으며 연소시켜도 산소와 결합하여 다시 물로 변하는 특징이 있는데요. 더불어 수소는 고압가스, 액체수소 등의 에너지로 활용할 수 있는 다양한 형태로 저장이 가능하며 다시 물로 환원할 수 있어 미래의 지속가능한 청정에너지원이라 할 수 있습니다.

 

또한, 수소 에너지는 생산과정에서 온실가스나 질소화합물 배출이 없으며 발전용, 주택 및 건물용, 수송용 등 에너지가 필요한 대부분의 분야에서 활용할 수 있어 미래를 책임질 새로운 에너지원으로 주목받고 있습니다.

 

현재 수소 에너지는 연료전지 분야가 가장 활발하게 연구되고 있는데요. 연료전지의 기본 원리는 전기를 이용해 물을 수소와 산소로 분해하는 것을 역이용하여 전기에너지를 얻는 것입니다. 연료전지는 중간에 발전기와 같은 장치를 사용하지 않고, 수소와 산소의 반응에 의해 전기를 직접 생산하기 때문에 발전 효율이 높다는 특징을 지니고 있습니다. 

 

지금까지 물의 낙차를 이용한 수력 에너지, 해수 표층에 저장된 열에너지인 수열 에너지, 바다를 이용한 해양 에너지, 수소 에너지까지 알아보았습니다. 다양한 특징을 지닌 신재생에너지원들의 무궁무진한 발전과 상용화를 바랍니다!

 

 

 

내용 출처

-한국동서발전, 수력에너지 물을 이용한 신재생에너지

-한국중부발전, 깨끗하게, 오래, 다양하게 -해양에너지

-해양환경공단, 우리의 미래를 책임질 해양 에너지 – KOEM이 소개합니다.

-한국원자력환경공단, 공해물질이 발생하지 않는 수소에너지!

-새만금개발청, 대한민국 미래에너지의 선두주자, 수소에너지

 

이미지 출처 

– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)