[논문]SeaGen 1.2MW(600kW×2)급 터빈을 이용한 풍도조류발전 타당성 분석

박태영; 김한성; 김윤완; 박주일; 김경수

doi:10.5855/energy.2013.22.4.386

[국내논문] SeaGen 1.2MW(600kW×2)급 터빈을 이용한 풍도조류발전 타당성 분석
The Feasibility Analysis for PungDo Tidal Current Power Generation using SeaGen 1.2MW(600kW×2) Turbine 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.22 no.4 = no.76, 2013년, pp.386 - 393

박태영 (인하대학교 대학원 조선해양공학과) , 김한성 (인하대학교 대학원 조선해양공학과) , 김윤완 (인하대학교 대학원 조선해양공학과) , 박주일 (인하대학교 대학원 조선해양공학과) , 김경수 (인하대학교 대학원 조선해양공학과)

초록
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본 논문은 경기도 안산시에 속한 풍도 인근 해역에 조류발전 단지를 조성하기 위해 유속의 분포 및 조류 발전량을 검토하고, 풍도 조류발전의 타당성을 분석한 것이다. 조류발전에 있어 핵심요소인 유속 분포는 실제 유속 분포자료를 조사하여 연간 조류 발전량을 구하였다. 조류발전 시설의 초기투자비 및 유지 관리 비용은 국내 자료를 이용코자 하였으나, 관련 자료의 확보에 어려움이 있어 미국전력연구소의 자료(EPRI, 2006.10)를 적용하였다. 결과는 향후 풍도 인근 해역의 조류발전단지 조성 시 기본 자료로 활용이 가능할 것이며, 조류발전의 부존량 등 관련 데이터 및 결과를 통해 에너지 정책에 좋은 자료를 제공할 수 있을 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

An feasibility analysis is performed for the tidal current power generation with the examination of the sea water speed distribution at Pungdo. In this analysis, the water speed distribution which is the key issue was obtained from the actual speed distribution data and results in "the annual current tidal power". Due to the lack of cost information, we applied EPRI data from the internet site instead of the actual information. The result could be used as a base data for the construction of current tidal power plant in the near future. And it is expected to provides good data for the Energy policy.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

높은 조류 발생 지역에 조류발전을 적용하여 무공해 청정에너지를 생산하기 위해 본 연구에서는 경기도 안산시에 위치한 풍도 인근 해역에 대해 조사하고 실용화 발전소 건설에 대한 사전 타당성 분석을 실시한다.

가설 설정

MTC사의 600kW급 SeaGen 조류발전기를 배치하였으며, 예상 점유면적은 868m × 1065.5m이며, 간섭에 의한 발전 감소량은 없다고 가정한다.

제안 방법

「수산업 시행령-별표4」 '어업보상에 대한 손실액의 산출방법·산출기준 및 손실액산출기관 등'에 의하여 피해를 입는 어가에 대해 수산물 판매금액과 낚시선 대여업 손실금액을 보상기간 2년으로 적용하였다.
경제성 분석과 동일한 운영유지비용을 적용하여, 인건비, 전용선관리비, 발전장치 항목으로 나누어 매년 지출 비용을 측정하였다.
경제성 평가는 조사 설계기간 1년, 공사기간 4년을 포함하여 사업운영기간을 20년, 3년에 걸친 사업기간 동안 발생하는 편익, 비용의 흐름을 산출하였으며, 실질할인율 7.0%와 그 외의 할인율의 변화에 따른 NPV, B/C비율, IRR을 산정 비교하였다.
조류발전단지 조성으로 인해 발생하는 편익은 발전편익, 대기오염 물질 및 온실가스 배출저감으로 인한 환경편익, 대규모 발전단지 조성에 따른 관광편익 등이 있다. 발전편익, 환경편익은 직접적 편익으로 적용하며, 관광편익은 관광유발을 위한 추가적 투자가 요구되어 간접편익에 적용하였다.
법인 사업자의 수입에 대해 적용하는 조세로서, 2012년 법인세법 개정사항에 의거 수입에 따른 3단계 세율을 적용하였다.(2억 이하 10%, 2억 초과 200억 미만 20%, 200억 초과분 22%; 2012년 적용기준)
5%를 제시하고 있다. 본 지침에서는 이를 수용하여 실질 할인율 7.0%를 적용하도록 한다.
세전현금흐름을 기준한 재무적 타당성을 평가하였고 강화 조력발전 사업의 재무적 타당성 할인율 5.0%를 적용하여 본 사업에서도 재무적 타당성 할인율을 5.0% 적용하였고 그 외의 할인율의 변화에 따른 NPV, B/C 비율, IRR을 산정 비교하였다.(REC 가중치 2.
육상시설을 위한 인원의 인건비, 관련 장비 수리비, 해양 전용선의 유지비용, 발전장치의 부품 스페어파트, 해양시설의 유지/보수 등을 고려하여 운영유지비용을 산출하였다.
조류발전 단지의 운영 유지/보수비용을 인건비, 전용선관리비, 발전장치 항목으로 나누어 매년 지출 비용을 측정하였다. 육상시설을 위한 인원의 인건비, 관련 장비 수리비, 해양 전용선의 유지비용, 발전장치의 부품 스페어파트, 해양시설의 유지/보수 등을 고려하여 운영유지비용을 산출하였다.
해양 조사를 통한 자료를 토대로 이론 및 자료 등을 이용하여 풍도조류발전단지의 에너지 생산량을 예측하였다. 풍도 북쪽 해양에 조류발전단지를 조성하여 총 168기의 조류발전장치를 설치할 경우 시설용량 101MW, 연간 발전량 135GWh의 단지 조성이 가능하다.

대상 데이터

시험운전 중 헬리칼 발전의 특성에 따라 이물질 부착에 따른 진동이 심하게 발생하였다. 2005년 4월부터 국토해양수산부의 지원을 받아 해양연구소 주관으로 2006년에 1MW급 헬리칼 조류발전을 준공하려는 계획으로 프로젝트를 수행하였다. 그러나 현장의 빠른 조류로 인해 구조물 설치 시 여러번의 사고가 발생하여 설치시기가 2-3차례 연기되었고 2009년 5월에 국내 최초로 1MW 수직축 조류발전장치가 설치되었다.
2008년 미국전력연구센터(EPRI)는 MCT사와 Lunar사의 제품을 비교 분석한 보고서를 발표하였다. Seagen 제품에 대한 발전단지 건설비용 또한 보고서의 내용에 포함되어 있으며, 본 논문의 발전단지 건설비용을 추정하는데 주요 참고자료로 활용하였다.
비용은 금융비용과 건설이자를 제외한 총사업비, 발전소 운영을 위해 운영기간동안 매년 발생하는 운영유지비와 제세금을 포함한다.
여기서, P는 해류가 갖는 운동에너지, ρ는 해수의 밀도, V는 평균 유속, Q는 유량을 나타낸다. 조류발전단지로 선정된 구역은 풍도의 북쪽 해역으로 조류에너지 부존량은 4,115MW에 달한다. 이 지역은 풍도 인근 해역에서 가장 유속이 가장 높고 조류발전단지에 요구되는 면적을 확보할 수 있다.

이론/모형

그림 1에 노란색으로 표시된 구역의 표층 최대유속과 수심을 바탕으로 Bet’z의 이론을 이용하여 조류발전 후보지의 부존량을 산정하였다.

성능/효과

경제성 및 재무적 타당성 검토 결과 경제성 측면에서는 타당성이 충분하나, 재무적인 측면에서 B/C 비율이 1.0 이하이고, NPV도 0 이하로 나타나 사업 타당성이 없는 것으로 판단된다.
발전단지 해역의 수심 48m 내외를 감안하여 로터의 크기는 20m 내외가 가장 적합하다는 판단하였다. 유지보수 선박의 이동과 로터의 간섭영향과 관련된 논문의 결과 등을 바탕으로 전방로터와 후방로터 사이의 간격은 10D(=180m)로 충분히 이격되었기 때문에, 유속별 단지화에 따른 발전량 감소는 없을 것으로 예상된다.
본 논문에서 최근 10년의 SMP를 바탕으로 선형회귀분석하여 추정한 발전단지 완공시점인 2017년의 SMP는 190원/kWh이었으나, SMP가 상승하여 사업기간 20년의 경우 270원/kWh이 되면 B/C 비율 1.01, NPV 3,793백만원, 사업기간 30년의 경우 SMP가 230원/kWh이 되면 B/C 비율 1.02, NPV 10,025백만원으로 재무적 타당성이 확보된다.
풍도 조류발전의 경제성 평가는 발전 편익, 환경 편익, 관광 편익을 모두 고려하여 평가한 결과, 사회적 할인율 7.0% 적용 시, 사업운영기간 20년, 30년 각각의 B/C 비율은 1.14, 1.26, NPV는 각각 59,891백만원, 115,238백만원이며, IRR은 MPV를 0으로 만드는 할인율로서, NPV가 모두 0 이상이기 때문에 측정되지 않았다.

후속연구

해양에너지 그 중 조류에너지에 매우 적합한 환경을 갖고 있고 조류발전에 요구되는 여러 요소기술과 고급인력이 확보되어 있어서 통합기술로 발전을 시킨다면 이 분야 기술독립도 가능하다. 또한 해양구조물 설계, 제작 및 해양토목 산업체의 세계적인 기술을 보유하고 있기에 빠른 시일 안에 큰 성과가 기대된다.
본 논문의 조류발전단지의 조류발전장치는 168기를 제작함으로 발전기 1기를 제작할 때 보다 제작비용이 현저히 낮아지며, 앞으로 개발 될 신소재를 블레이드에 적용할 경우 경제성은 더욱 높아질 것이다.
최근 해외에너지 자원 확보를 위한 노력이 국가 차원에서 이루어지고 있기는 하나 그 성과는 아직 미미한 정도이고, 수입 원유의 상당부분을 중동지역에 의지하고 있는 형편에서 에너지자원의 확보문제는 우리나라가 당면한 가장 시급한 과제가 아닐 수 없다. 조류발전을 포함하여 본격적인 신재생에너지 개발 시대가 우리 앞에 열리기를 기대해 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기후변화협약의 교토의정서는 무엇인가?	또한 지구온난화를 유발하는 온실가스 배출규제협약인 기후변화협약의 교토의정서에서 우리나라는 온실가스 감축 의무대상국에서 제외되었으나, 선진국들은 자국간 감축목표 합의를 명분으로 우리나라가 선진국과 같이 년부터 자발적 의무를 부담하여 줄 것을 요구하고 있다.
	석유 자원의 매장량은 어느 정도로 추정되는가?	석유, 석탄 및 천연가스 등 화석연료는 전 세계 소비에너지의 90%를 점하고 있으며, 이중 석유 자원의 매장량은 9,900억 배럴로 현재 소비율을 감안하면 향후 40년 내 고갈될 전망이다.
	우리나라에서 조류발전이 적합한 지역은?	조류발전은 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 수차를 구동하거나 기계장치의 운동으로 변환하여 전기를 생산하는 기술로써, 배기가스 등의 방출이 없는 무공해이며 무한정 사용 가능한 에너지원으로 각광을 받고 있다. 특히 우리나라의 서해안과 남해안과 같이 조수 간만의 차가 큰 지역에서는 매우 효과적으로 적용이 가능하며 날씨 변화와 상관없이 계속적인 발전이 가능하며 오염이 없는 청정에너지원으로 사용될 수 있다.

참고문헌 (14)

조철희, 박관규, "국내외 해양 조류 발전 기술", 한국신.재생에너지학회 추계학술대회논문집, 134-137, 2006.
인하대학교(조철희 외), "조류발전 타당성 조사 및 활용 기술개발(최종보고서)", 산업자원부, 2008.11.
한국해양연구원, "해양에너지 실용화 기술개발(I) : 조력.조류에너지", 해양수산부, 2001.
최연성 외, "새만금 조력발전소 건설 타당성 검토", 한국전자통신학회 춘계종합학술대회지 제3 권 제1호, 2009.
조철희, 박노식 외, "해양 조류발전단지 간섭 연구", 한국해양공학회지 제23권 제1호, 109-113, 2009.2.
Mirko Previsic, "System Level Design, Performance, Cost and Economic Assessment-Minas Passage Nova Scotia Tidal In-Stream Power Plant", EPRI, 2006.10.
Marine Current Tubines Ltd, "Tidal Power and the 'SeaGen' Tidal Stream Trubine An Overview", 2008.10.
"제25회 2011 안산시 통계연보", 안산시, 2012.2.
"2005어업총조사보고서:지역편(3-1):해수면어업", 통계청, 2007.
"2008년도 발전설비현황", 전력거래소, 2009.
전력거래소(http://www.kpx.or.kr)
디지털안산문화대전 (http://ansan.grandculture.net/)
안산시청(http://www.iansan.net/)
전력통계정보시스템(http://epsis.kpx.or.kr/)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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