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강물 에너지 전환 시스템: 진전, 전망과 도전

전문가 제언: ○ 흐르는 강물에서 에너지의 추출은 유체가 가진 운동에너지를 전환하여 전기를 얻는 풍력발전 및 조력발전과 같은 원리이다. 그러나 풍력에너지는 공기의 밀도가 물보다 훨씬 낮고 바람의 방향과 세기가 수시로 변한다는 점에서, 그리고 조력발전은 하루 두 번 방향이 반대인 조류를 대상으로 한다는 점에서 그 적용상의 기술적 차이가 있다.

○ 이 RCECS와 이론과 세부 기술이 완전히 일치하는 에너지 추출 시스템은 해류발전일 것이다. 우리나라에서도 해류발전은 이순신 장군의 승첩지인 울돌목에 실험 시스템이 설치되어 금년 연말부터 1,000㎾의 전기가 생산될 것이라 한다. 울돌목 해역은 해류의 속도가 최대 11노트에 달해 세계적인 해류발전 적지로 알려졌고 본격 개발될 경우 향후 최대 9만㎾의 청정에너지를 생산할 수 있을 것이라는 예상이다.

○ 이런 유체의 운동에너지에서 에너지를 추출하는 시스템에서 잠재 에너지 함유량의 계산식은 본문에 소개되었다. 간단히 말하여 운동하는 물체의 운동에너지는 (물체의 무게)×(속도의 제곱)에 비례한다. 여기서 무게는 다시 (밀도)×(단위 시간에 지나가는 물체의 부피)로 표시된다. 물체의 부피는 로터 반지름의 제곱(로터가 단위 시간에 지나가는 면적)과 속도에 일차적으로 비례하므로 유체의 잠재 에너지는 로터 반지름의 제곱과 속도의 세제곱에 비례하게 된다.

○ 여기서 중요한 점은 로터의 길이는 인위적으로 조정 가능하나 설치할 수 있는 강의 깊이에 제약을 받는다. 그러나 강물의 속도는 인위적인 조정이 불가능하다. 추출할 수 있는 잠재 에너지는 로터의 반지름(제곱)보다 유체의 속도(세제곱)에 더 좌우된다는 점이 중요하다. 따라서 강이 깊은 곳보다 유속이 빠른 곳이 이 시스템의 적지가 될 것이다.

○ 본문에서 소개된 Darrieus 로터는 수직축으로 유체의 방향에 무관하게 같은 방향으로 회전하도록 설계된 터빈이다. 수시로 변하는 바람을 대상으로 할 때 바람의 방향에 따라 로터를 조정하는 방향타가 불필요한 장점이 있다. 그러나 항상 방향과 세기가 일정한 강에서 이 로터가 반드시 유리한 것인지는 연구의 대상이다.

저자: M.J. Khan, M.T. Iqbal, J.E. Quaicoe
자료유형: 학술정보