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  • 자료명/저자사항 조류발전 타당성 조사 및 활용 기술개발 : 최종보고서 / 산업자원부 [편] 이용률 매우 높음
  • 발행사항 [과천] : 산업자원부, 2008
  • 청구기호 전자형태로만 열람가능함
  • 자료실 전자자료
  • 형태사항 133, 34, 40 p. : 삽화, 도표, 사진 ; 30 cm
  • UCI G901:A-0006218584 UCI공유하기
  • 제어번호 MONO1200941485
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    사업주관기관: 인하대학교

    수행책임자: 조철희

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표제지

제출문

에너지·자원기술개발사업 최종보고서 초록

요약문

목차

제1장 기술개발의 개요 18

제1절 연구의 필요성 18

1. 기술적측면 18

2. 산업·경제적측면 18

3. 정책적측면 18

제2절 연구 목표 19

제3절 연구 내용 20

제2장 국내외 관련기술 현황 22

제1절 국외 동향 22

제2절 국외 연구현황 25

1. 영국 25

2. 노르웨이 29

3. 미국 30

4. 캐나다 31

5. 멕시코 32

6. 일본 32

7. 필리핀 32

제3절 국내 연구현황 33

1. 국내 기술개발 동향 33

2. 국내의 조류발전 전망 43

제3장 해양조사 요약 46

제1절 사업 개요 46

1. 사업 목적 46

2. 사업 내용 46

제2절 조사 개요 47

1. 사업수행 절차 47

2. 조사 지역 48

제3절 해양물리탐사 50

1. 해저지형 측량 50

2. 지층탐사 51

제4절 조류 탐사 53

1. 조류 관측 53

2. 조류 자료처리 54

3. 관측자료 검토 54

4. 조류 조화분해 54

제5절 요약 결과 55

제4장 에너지 부존량 58

제1절 발전가능 지역 58

1. 대방수도 58

2. 남해대교 63

제2절 발전기 선택 68

1. 표준 예상 발전량 68

2. 발전기 배치 69

제3절 부존량 및 시설용량 70

1. 대방수도 부존량 및 시설용량 70

2. 남해대교 78

제5장 최적 조류발전 방식 82

제1절 조류발전 종류 82

1. HAT(Horizontal Axis Turbine) type - 수평축 터빈 82

2. VAT(Vertical Axis Turbine) type - 수직축 터빈 83

제2절 조류발전 형식 비교 87

1. VAT 방식과 HAT 방식 87

2. 노출형 및 덕트형 88

3. 고정방식 89

제3절 최적 조류발전 방식 91

제6장 조류발전 모델 96

제1절 해석 모델 96

제2절 간섭해석 98

제7장 조류발전단지 102

제1절 발전단지 규모 102

제2절 발전단지 건설비용 104

1. 해외건설 사례 104

2. 국내건설 사례 105

3. 발전단지 건설비용 추정 107

제3절 조류발전 장치 110

1. Jig jacket 설치 및 드릴링작업 111

2. 하부지지구조물 설치 111

3. 그라우팅 작업 112

4. 해저케이블 설치 112

5. 케이블 연결 113

6. 상하부 구조물 결합 113

7. 설치완료 114

제4절 시공시 문제점 115

제8장 상용화 기본 개념설계안 118

제9장 결언 130

부록 134

부록 A. 남해안 조류발전 적지선정 검토서 135

목차 137

1. 문헌조사 결과 요약 139

2. 지역 개요 140

3. 조류관측 결과(국립해양조사원) 143

4. 조류발전 후보지 연안정보 156

5. 남해시 및 거재시 추천 지역 170

부록 B. 대방수도 조류분포도 173

표 3.1. 해양물리탐사 결과 55

표 3.2. 조류탐사 결과 56

표 4.1. 표준 예상 발전량 68

표 4.2. 발전기별 시설용량 계산(대방수도) 72

표 4.3. 조류 분포(대방수도A) 74

표 4.4. 조류 분포(대방수도B) 75

표 4.5. 조류 분포(대방수도C) 76

표 4.6. 일일발전량(대방수도) 77

표 4.7. 발전기별 시설용량 계산(남해대교) 79

표 4.8. 조류 분포(남해대교) 80

표 4.9. 일일발전량(남해대교) 81

표 5.1. VAT과 HAT 조류발전장치 비교(산업자원부, 2007) 83

표 5.2. VAT 및 HAT 비교 87

표 5.3. 노출형 및 덕트형 비교 89

표 5.4. 고정방식 비교 90

표 5.5. Seaflow 조류발전장치 (영국) 장·단점 92

표 5.6. 능동유향회전형 HAT 조류발전 장치 장·단점 94

표 6.1. Model specification 97

표 6.2. Analysis condition 98

표 7.1. 대방수도 배치도 및 발전량 103

표 7.2. 1MW 조류발전장치 1기 예상비용 108

표 1 조류발전 후보지 요약 139

표 2. O5NH-2 분조 데이터(경위도 : 34-56-43-N 127-52-43-E) 146

표 3. OOKN-1 분조 데이터(경위도 : 34-56-43-N 127-52-43-E) 150

표 4. O5GJ-2 분조 데이터(경위도 : 34-52-18-N 128-28-12-E) 151

표 5. O5GJ-2 분조 데이터(경위도 : 34-53-09-N 28-04-0-E) 154

그림 2.1. 주요 국가의 조류에너지 용량 전망 23

그림 2.2. 주요 국가의 조류에너지 사업 전망 23

그림 2.3. 주요국가의 2005~2009 조류에너지 : 용량시장 점유율 전망 24

그림 2.4. 주요국가의 2005~2009 조류에너지 : 사업시장 점유율 전망 24

그림 2.5. Seaflow 조류 발전 (영국) 25

그림 2.6. 스코트랜드 조류발전 개념도 26

그림 2.7. SeaGen 프로젝트 개념도 26

그림 2.8. SeaGen-2 프로젝트 개념도 26

그림 2.9. Stingray 조류발전 27

그림 2.10. SMD Hydrovision사 조류발전 장치 27

그림 2.11. Lunar Energy사 조류발전 장치 28

그림 2.12. Contra rotating marine current turbine (Strathclyde University) 28

그림 2.13. Openhydro사 원형 터빈 29

그림 2.14. 노르웨이의 100KW급 조류발전 29

그림 2.15. 헬리컬 수차를 이용한 조류발전 (미국) 30

그림 2.16. Verdant Power 조감도 31

그림 2.17. Verdant Power 조류발전 31

그림 2.18. Davis Turbine의 개념도 32

그림 2.19. 울돌목 조류발전 조감도 34

그림 2.20. 대방수도 지형도(인하대학교) 35

그림 2.21. 남해대교 지형도(인하대학교) 35

그림 2.22. 25KW 방수로 적용 조류발전 장치(오션스페이스/인하대학교/남동발전) 36

그림 2.23. 조류발전 간섭 실험(인하대학교) 37

그림 2.24. 부유식 반잠수식 조류발전 장치(인하대학교) 37

그림 2.25. 하동발전소 방수로 적용 조류발전 장치 헬리칼 블래이드(에코솔류션(주)) 38

그림 2.26. 완도 조류발전 개념도(중부발전(주)) 39

그림 2.27. 블래이드 특성연구(인하대학교) 39

그림 2.28. 능동유향조정 조류발전 장치(인하대학교) 40

그림 2.29. 로터 회전 시 동적 간섭 해석(인하대학교) 41

그림 2.30. 로터 회전 시 속도 벡터 분포(인하대학교) 41

그림 2.31. 조류속이 강한 서해지역(해양조사원) 43

그림 3.1. 해양조사 구역 46

그림 3.2. 사업 수행 흐름도 47

그림 3.3. 대방수도(창선대교)의 위성사진 48

그림 3.4. 남해대교 인근 위성사진 49

그림 3.5. 다중빔 음향측심기 운용 모식도 50

그림 3.6. 해양탄성파 반사법탐사 조사 모식도 52

그림 3.7. 대방수도 조류관측 정점도 53

그림 3.8. 남해대교 조류관측 정점도 53

그림 4.1. 대방수도-마을어업 구역 59

그림 4.2. 대방수도-정치망 어업 구역 59

그림 4.3. 대방수도-패류양식 구역 60

그림 4.4. 대방수도-협동 양식 구역 60

그림 4.5. 대방수도-한려해상국립공원 구역 61

그림 4.6. 대방수도-연안 현황 61

그림 4.7. 대방수도-인공어초 단지 62

그림 4.8. 대방수도-공유수면 매립 구역 62

그림 4.9. 대방수도-수자원 보호 구역 63

그림 4.10. 남해대교-마을어업 구역 64

그림 4.11. 남해대교-어류등양식 구역 64

그림 4.12. 남해대교-패류양식 구역 65

그림 4.13. 남해대교-해상종묘 구역 65

그림 4.14. 남해대교-한려해상국립공원 구역 66

그림 4.15. 남해대교-연안 현황 66

그림 4.16. 남해대교-인공어초 단지 67

그림 4.17. 남해대교-공유수면 매립 구역 67

그림 4.18. 발전기 1기당 유속별 예상발전량 68

그림 4.19. 발전기 배치 69

그림 4.20. 대방수도 조류발전기 배치 71

그림 4.21. 유속분포 비교(대방수도) 73

그림 4.22. 창조-낙조 유속분포 비교 73

그림 4.23. 대방수도(A구역) 유속별 비중 74

그림 4.24. 대방수도(A구역) 유속별 지속시간 74

그림 4.25. 대방수도(B구역) 유속별 비중 75

그림 4.26. 대방수도(B구역) 유속별 지속시간 75

그림 4.27. 대방수도(C구역) 유속별 비중 76

그림 4.28. 대방수도(C구역) 유속별 지속시간 76

그림 4.29. 대방수도 조류발전기 배치 78

그림 4.30. 유속분포 비교(남해대교) 80

그림 4.31. 남해대교 유속별 비중 80

그림 4.32. 남해대교 유속별 지속시간 81

그림 5.1. 수평축(HAT) 조류발전 84

그림 5.2. 수직축(VAT) 조류발전 85

그림 5.3. 발전 장치의 고정방식 86

그림 5.4. 대방수도 최적 조류발전 장치 선택 91

그림 5.5. 영국의 Seaflow 조류발전장치 93

그림 5.6. 국내 환경에 적합한 발전 방식 93

그림 5.7. 능동유향회전형 HAT 조류발전 장치 94

그림 6.1. 모델링 : 평면도 96

그림 6.2. Mesh generation 97

그림 6.3. 0.7m/s에서의 압력분포 98

그림 6.4. 0.9m/s에서의 압력분포 98

그림 6.5. 0.7m/s에서의 유속분포 99

그림 6.6. 0.9m/s에서의 유속분포 99

그림 6.7. 유선분포(측면) 99

그림 6.8. 유선분포(평면) 99

그림 6.9. 0.7m/s에서의 속도벡터분포 100

그림 7.1. 대방수도 조류발전 단지규모 102

그림 7.2. 해외사례 Seaflow 104

그림 7.3. 해외사례 SeaGen 104

그림 7.4. 울돌목 조류발전소 105

그림 7.5. 삼천포 방수로 조류발전장치 106

그림 1. 남해대교 인근 위성사진 140

그림 2. 거제대교 구역 141

그림 3. 창선대교 구역 142

그림 4. 관측구역에 대한 유속분포도 143

그림 5. M2, S2 조류타원도 144

그림 6. K1, 01 조류타원도 144

그림 7. 국립해양조사원 30주야 관측지점(▲) 145

그림 8. 조류관측 메타정보(O5NH-2) 145

그림 9. 30주야 조류관측성과(O5NH-2) 146

그림 10. 국립해양조사원 30주야 관측지점(▲) 148

그림 11 조류관측 메타정보(OOKN-1) 148

그림 12. 조류관측 메타정보(O5GJ-2) 149

그림 13. 30주야 조류관측성과(OOKN-1) 149

그림 14. 30주야 조류관측성과(O5GJ-2) 150

그림 15. 국립해양조사원 30주야 관측지점(▲) 153

그림 16. 조류관측 메타정보(O5NH-4) 153

그림 17. 30주야 조류관측성과(O5NH-4) 154

그림 18. 마을어업 구역 156

그림 19. 어류등양식 구역 156

그림 20. 패류양식 구역 157

그림 21. 해상종묘 구역 157

그림 22. 한려해상국립공원 구역 158

그림 23. 연안 현황 159

그림 24. 인공어초 단지 160

그림 25. 공유수면 매립 구역 160

그림 26. 마을어업 구역 161

그림 27. 한려해상국립공원 구역 162

그림 28. 연안 현황 163

그림 29. 마을어업 구역 164

그림 30. 정치망 어업 구역 164

그림 31. 패류양식 구역 165

그럼 32. 협동 양식 구역 165

그림 33. 한려해상국립공원 구역 166

그림 34. 연안 현황 167

그림 35. 인공어초 단지 168

그림 36. 공유수면 매립 구역 168

그림 37. 수자원 보호 구역 169

초록보기

I. 제목 :조류발전 타당성 조사 및 활용 기술개발

II. 기술개발목적 및 중요성

우리나라 서남해에는 높은 간만에 의하여 조류의 속도가 높은 곳이 많이 있다. 이런 조류를 이용하여 발전하는 조류발전은 예측가능하며 신뢰성있는 연속적인 발전을 할 수 있는 큰 장점이 있다. 높은 조류 발생 지역에 조류발전을 적용하여 무공해 청정에너지를 생산하기 위해 본 과제에서는 국내 남해안의 우수후보지를 조사하고 실용화 발전소 건설에 대한 기본 개념모델을 제시한다.

III. 기술개발내용 및 범위

본과제의 기술개발 내용 및 범위는 다음과 같다.

ㆍ 남해안 조력발전 주요 후보지 2지역 해양조사

ㆍ 조류발전 및 기술자료 수집

ㆍ 후보지의 에너지 부존량 조사 및 생산량 예측

ㆍ 최적 후보지에 적합한 조류발전 방식 제안

ㆍ 조류발전 건설가능 용량, 건설비용, 문제점, 기본 모델 제시

ㆍ 상용화 조류발전 기본 개념설계안 제시

IV. 기술개발결과 및 활용에 대한 건의

ㆍ 남해안의 조력발전 유력 후보지 2지역 해양조사 : 국내의 서남해안 지역의 기본 해양조사 및 참여기업과 경상남도의 추천을 받아 대방수도와 남해대교 지역의 해양조사를 실시하였다. 조사는 조석, 수심별 조류속, 조향, 3차원 해저지형조사 및 해저면 표층토질 조사가 포함되었다. 대방수는 측량자료를 기준으로 조류분포도 해석을 통해 전체 지역의 조류분포도를 제작하였다.

ㆍ 조류발전 및 기술 자료 수집 : 전 세계적으로 연구되고 여러 종류의 발전방식을 조사하고 그 특성을 알아보았으며 관련 자료를 수집하였다. 특히 이 분야에 제일 앞서가는 영국과 자료 교환 및 논의를 통해 국내에 적합한 방식의 조류발전 방식과 설치 및 시공 시 주요 사항에 대해 정보와 의견을 교환하였다. 유향이 변화하는 특성에 따른 로터 설계와 유지/보수가 매우 중요한 사항이고 발전기 설치지역의 해양환경에 따라 설계가 이루어져야 한다.

ㆍ 주요 후보지의 에너지 부존량 조사 및 생산량 예측 : 해양 조사를 통한 자료를 토대로 이론 및 자료, 실증 데이터등을 이용한 경험을 통한 대방수도의 에너지 부존량과 조류발전단지의 생산량을 예측하였다. 대방수도의 에너지부존량은 투영면적 3kmx20m이고 평균 1.5m/s로 가정하여 약 100MW의 부존량이 계산되었다. 생산량은 단지화 규모와 유속에 따라 많이 달라지나 가장 속도가 높은 창선도와 늑도 구간이로 최대유속이 3.9m/s이고 수로구간 200미터에 폭 100미터, 길이 300미터에 116대의 발전장치를 설치할 경우 약 50MW 시설용량이 가능하다.

ㆍ 후보지에 적합한 조류발전 방식 제안 : 전 세계적으로 개발되고 제안된 여러 가지 조류발전 형태를 조사하여 종류별 특성과 장단점을 비교하였다. HAT, VAT과 노출식, 덕트식 그리고 고정방식에 따른 파일고정식, 계류식, 자중식등을 비교하였다. 대방수도의 해양환경 특성과 유지/보수, 기술성, 상용화등에 가장 적합한 HAT 노출식 파일고정 형태를 제안하였고, 경제적이고 가동율이 높고 유지/보수가 용이한 능동유향장치가 고려된 발전장치를 제안하였다.

ㆍ 조류발전 건설가능 용량, 건설비용, 문제점, 기본모델 제시 : 창선도와 늑도 사이 수로에 최적 조류발전 방식을 실용화 할 경우 건설용량은 56MW 시설용량으로 일일 발전량 537MWh이 추정되었다. 이는 이 지역의 조류속과 시간을 분석하고, 조류분포도 해석결과를 토대로 추이 곡선을 분석하여 추정되었고, 유속/직경/가로 및 세로 간격의 간섭효과를 고려하여 추정된 발전양이다. 조류발전단지 건설비용은 1기당 약 50억을 기준으로 약 5,800억원으로 계산되나 이는 1기 기준이므로 다수의 발전장치를 제작하고, 해양공사 또한 여러 대를 동시에 설치할 경우에는 많은 예산 절감이 예상된다. 단, 민원보상, 인허가, 해저케이블 설치장비, 송전선로등은 그 지역여건 및 환경에 따라 추가로 고려되어야 한다. 대단지 공사 전 1MW 능동유향 발전장치 1기를 제작하여 시험설치 그 성능됨가와 최적화가 요구되며 비용은 약 50-60억정도가 예상된다. 제한된 지역에 다수의 장치가 설치된 발전단지의 유지/보수를 위해 조류발전장치의 해체, 수리, 조립에 필요한 전용 장비가 확보되어 24시간 효과적인 작업이 가능해야 한다.

ㆍ 상용화 조류발전 기본 개념설계안 제시 : 대방수도나 국내의 해양환경은 낙조류 및 창조류에 따라 조류향이 변화하여 유체의 유입각을 항상 최적으로 조정할 수 있는 능동유향 장치가 있는 HAT 파일고정식 노출형이 적합하다고 판단된다. 특히 유지/보수와 노출부 구조물이 없음으로 경제성있는 형태이고 수면위 노출은 위치부이 이외에는 없으므로 미관상으로도 장점이 있다. 이를 기초로 상용화 조류발전단지 기본안을 제시하였고, 발전장치의 주요 개념설계안을 제시하였다.

V. 기대효과

ㆍ 조류발전은 댐의 건설로 막대한 시설비와 갯벌의 파괴와 같은 해양환경에 악영향을 피할 수 있는 환경 친화적 발전 방식이다.

ㆍ 다른 대체 에너지와는 달리 기상과 계절의 영향을 받지 않으며, 특히 조석주기에 따라 간헐적으로 전력을 생산하는 조력발전과 다르게 일 12-18시간동안 꾸준히 전력을 공급할 수 있는 장점이 있다.

ㆍ 조류 속도가 높은 남해안 지역에 적용함으로써 높은 효율 및 경제성을 확보할 수 있다.

ㆍ 섬이나 해안 시설물에 계속적인 전력원으로 도입이 가능하다.

ㆍ 주요 조류발전 지역의 자료를 확보할 수 있다.

ㆍ 상용발전소 기획이나 단지화 조성 시 기본 자료로 유용하게 활용이 가능하다.

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  • 외부기관 원문 발행년도 [PublicationYear] :2008
  • 자료명/저자사항 [_TI] :조류발전 타당성 조사 및 활용 기술개발 : 최종보고서 / 산업자원부 [편]
  • 자료명/저자사항 [TI] :조류발전 타당성 조사 및 활용 기술개발 : 최종보고서 / 산업자원부 [편]
  • 발행사항 [PublicationStatement] :[과천] : 산업자원부, 2008
  • 청구기호 [CC] :전자형태로만 열람가능함
  • 자료실 [DataCenter] :전자자료
  • 형태사항 [Form] :133, 34, 40 p. : 삽화, 도표, 사진 ; 30 cm
  • 총서사항 [AseriesStatement] :
  • UCI [UCI] :G901:A-0006218584
  • 표준번호/부호 [ISSN] :
  • 제어번호 [CN] :MONO1200941485
  • 주기사항 [CycleMatter] :

    사업주관기관: 인하대학교

    수행책임자: 조철희

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