<사진. 파력발전 설비를 10기 설치한 설치 예상도　
출처. KISTI 미리안>

밀려오는 파도로 전기를 생산: 20개로 25kW

일본 쿄리츠전기는 요시콘과 자본업무 제휴를 맺어 신에너지산업기술종합개발기구(NEDO)의 실증연구를 추진하였다. 출력 25kW의 파력발전설비를 오마에자키(御前崎)에 설치한다. 35년 이용할 수 있으며 40엔/kWh의 발전이 가능한 장치를 설치한다.

NEDO의 “해양에너지 발전시스템 실증 연구(2011년도~2015년도)”의 채택 주제인 “월파식 파력발전”은 연구를 지속해온 기술이다. 3개 기업과 1개 대학이 NEDO의 실증연구 전반(2011년~2013년)에 실현 가능성의 검증을 마쳤다. 불규칙 파를 생성할 수 있는 도카이대학의 대형 수조를 이용하여 1/10 규모의 장치를 사용하여 검토하였다. 발전효율은 40%를 달성할 수 있다.

2014년와 2015년에 실제 크기 장치의 상세한 설계와 실제 해역에 건설, 설치, 발전실험, 유지 시험, 데이터 해석을 모두 실시할 예정이다. 실현가능성 검토에서는 시즈오카현 마키노하라시(牧之原市)의 오마에자키항을 검토 대상으로 하였다. 연구결과 오마에자키항이 파도 및 어업과의 관계에서 조건이 좋다는 것을 알았다. 이미 어업관계자와 의견을 일치하였으며, 앞으로 건설 및 실험에 대한 양해를 얻을 필요가 있다.

파력발전은 24시간 365일 가동할 수 있다는 것이 강점이다. 현재 개발 중인 장치는 50년에 1번 정도의 파도에 견딜 수 있다. 태풍에 의한 파도에도 괜찮기 때문에 낙도에도 적합하다. 태양광발전 및 풍력발전과 비교하여 기후 및 계절의 영향을 받지 않기 때문에 설비의 가동률이 높다. 때문에 연간 발전량=출력×가동률이라는 식에 의하면 연간발전량이 많아진다. 그리고 월파식 파력발전 장치의 내구연수는 35년 이상으로 길기 때문에 초기비용을 회수하기 쉽다.

NEDO가 실증연구에서 목표로 하는 최종목적은 발전비용 40엔/kWh 이하를 실현하는 발전시스템의 확립이다. 2013년까지 경제성과 안전성은 검증되었으며, 개념설계가 완료되었다. 개발 중인 파력발전 설비는 파도를 유도하는 콘크리트제 구조체와 그곳에 설치된 발전부분으로 이루어진다. 구조체로서 말뚝식과 중력식을 검토한 결과, 중력식이 유리하다는 것을 알았다. 구조체 자체는 이미 설치된 방파제의 정면에 후시공할 수 있는 구조이다. 이것은 발전설비를 위한 공간을 준비하기 쉽다는 것을 의미한다.

첫 번째 구조체는 폭이 20m, 깊이와 높이가 5m이다. 구조체의 단면은 해저에 설치한 삼각형과 같은 형상이다. 때문에 연안에서 밀려오는 파도는 구조체를 해수면보다 높은 곳에 위치시킨다. 그 후 구조체에 설치된 슬릿에서 저수조로 모인다. 저수조 저부에 있는 구멍에서 프로펠러를 경유하여 해수가 흐른다.

파도의 운동에너지를 위치에너지로 변화시켜 프로펠러의 운동에너지로 변환함으로써 발전한다. 슬릿은 상하 2단으로 나누어져 있으며, 합계 20개의 슬릿이 설치되어 있다. 낙차가 적은 유량이 크게 된다는 특징이 있다. 연구개발 중인 파력발전 설비는 35년의 운용을 전제로 하고 있다. 당연히 도중에 부품을 교환하거나 수리할 필요가 있다. 구조체와 발전기 및 프로펠러를 일체화한다면 이러한 작업에 많은 비용이 소요된다. 급격한 해수의 흐름이 있는 곳에서 다이버가 작업하면 위험하기도 하다. 그래서 유닛 전체를 위쪽으로 빼 낼 수 있는 카트리지 구성을 채용하였다. 고장 난 카트리지를 빼 내고 새로운 카트리지를 설치한다. 고장난 카트리지는 고장원인을 파악하여 재이용할 수 있다.

월파식 파력발전에서는 쿄리츠전기가 가진 팩토리오토메이션 기술(제어기술)도 도움이 된다. 파력발전 설비에서는 발전기를 가능한 한 일정한 출력으로 안정적으로 상시 가동하길 원한다. 그런데 슬릿에서 유입되는 해수의 양은 다양한 조건에 의해 변한다. 그래서 카트리지 내의 발전기에 부하가 걸려 회전수를 제어한다. 그러면 저수조 부분 물의 배출을 최적 제어할 수 있다. 공장에서의 제어와 비교하면 정밀한 제어가 불가능하다고 알았지만, 제어하지 않은 경우보다 성능이 향상된다.

국가가 관여하는 해양에너지 개발은 경제산업성, NEDO, 내각관방의 종합해양정책본부 등에 의해 추진된다. 기술 개발에 역점을 둔 NEDO와 달리 종합해양정책본부는 입지의 정비를 중시하고 있다. 유럽연합은 해양에너지의 실증실험을 위해 자유롭게 이용할 수 있는 해역을 여러 개 확보하고 있다. 일본에서는 이러한 해역이 없었다. 대학 및 기업 등이 실제 해역에서 실증실험을 추진하는 경우는 해운관계자 및 어업관계자와 개별적으로 교섭을 수행할 필요가 있다. 이러한 경우 연구개발의 진행이 느리다. 그래서 종합해양정책본부는 2014년 7월, 니가타현(新潟?)과 사가현(佐賀?), 나가사키현(長崎?), 오키나와현(沖??) 등 6개 해역을 10년 이상 점용할 수 있는 실증 필드로 선정하고 동시에 니와테현(岩手?), 와카야마현(和歌山?), 가고시마현(鹿?島?), 오키나와현(沖??) 등 5개 해역을 다음 후보로서 선정하였다.

■ KISTI 미리안 http://mirian.kisti.re.kr