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1)에너지 발전원리
해양에너지란

바다에서 발생하는 에너지로서 파도가 칠때 사용 할 수 있는 파력에너지, 바다속과 바다 표면의 온도차를 이용해 만드는 온도차 에너지, 밀물과 썰물 때의 물의 깊이가 달라지는 현상인 조력에너지 등이 있으며 이러한 여러 에너지를 이용하여 전기를 생산할 수 있다.

종류

조력발전 : 조석의 힘을 동력원으로 하여 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 발전 기술

파력발전 : 입사하는 파랑에너지를 이용하여 터빈 등의 원동기 구동력으로 발전하는 기술

해수온도차발전 : 해양 표면층 온수(예 : 25∼30℃)와 심해층(500~100M) 냉수(예 : 5∼7℃)의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술

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해양 에너지 활용분야

-국내 사례
1) 시화호 조력발전소: 국내 최초의 조력발전소. 2021년 7월 기준 세계에서 가장 큰 규모의 조력발전소로 하루에 약 258MW를 생산할 수 있는 능력이 있다. 2011년 첫 시험 가동 이후 꾸준히 연간 약 5억 kwh의 전력을 생산 중이며 2020년 12월 기준 총 전력 공급량 44억 kWH를 달성하였다.
2) 울돌목 조류발전소: 아시아 최초의 조류발전소. 우리나라에서 유속이 가장 빠른 울돌목에 위치함

-해외 사례
해상풍력, 해양바이오 등을 제외한 순수 해양에너지 글로벌 시장에서 조력발전 외에는 아직 상용화 단계에 진입하지 못했으나 미국과 EU를 중심으로 개발 및 실증시험이 활발하게 진행 중임·
-미국: 2050년까지 전력 수요의 7%를 파력발전으로 공급하는 목표를 수행하기 위해 기술개발 투자를 확대하고 정책지원을 강화하고 있음.
-EU: 해양에너지 로드맵을 통해 2020년 3.6 GW(전체 전력수요의 0.3%), 2050년 188 GW를 설치하여 2050년까지 전력수요의 15%를 충당할 것을 목표로 제시
-영국: 해양에너지 기술개발 선도국가로 파력과 조류에 집중하고 있고, 조류, 파력, 해상풍력 등 에너지원별 개발을 활발하게 진행 중임.
-노르웨이: 영국과 함께 조력발전단지를 착공하고, 세계 최초의 부유식 해상풍력 단지를 설치함
-일본: 540 kW급 부유식 파력발전장치를 실해역에 설치하고 실험을 완료하였으며, 부유식 해상풍력 단지 실증시험을 수행 중

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태양광 에너지의 특징과 장단점

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-특징: 빛 에너지를 모아 전기로 바꾸기 때문에 몸에 나쁜 공해를 만들지 않으며 연료도 필요 없고 오랫동안 사용이 가능
장점) 온실 가스나 오염 물질을 배출하지 않으며 오랫동안 사용이 가능
단점) 설치 장소가 한정적이며 초기 설치 비용이 큼

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폐기물에너지 특징
폐기물 에너지는 다른 신재생에너지에 비해 생산단가가 낮고 투자규모도 작으며, 기후에 따른 발전량 손실이 생기지 않는다. 폐기물을 처리하면서 전력과 스팀 판매 등을 통해 경제성도 확보가 되기 때문에 투자자들의 전망도 밝다.
장점
- 20년 이상 기술 개발 경험에 의한 경쟁력이 갖춰져 있어 다른 신재생에너지에 비해 단기간 내에 상용화 가능
- 타 신재생에너지에 비해 폐기물자원이 지속적으로 생산되므로 경제성이 매우 높음
- 폐기물로 인한 환경문제, 지방자치단체와 산업체의 폐기물 처리에 따른 비용 절감

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장점: 지구 표면의 70%를 차지하고 있기 때문에 기후변화 및 자원고갈 문제를 극복할 수 있는 유망한 형태의 에너지원으로 각광받고 있으며, 해양에너지 자원은 고갈될 염려가 전혀 없고, 일단 개발되면 태양계가 존속하는 한 이용이 가능하고 오염 문제가 없는 무공해 청정에너지라는 장점을 가지고 있습니다.

발전 방식별로 특징을 살펴보면 조력발전의 경우 날씨나 계절에 상관없이 에너지 공급량이 규칙적이고 대규모 전력 생산이 가능하다는 장점이 있지만 높은 투자비용과 해양생태계를 파괴한다는 단점이 있습니다.

파력발전은 환경오염이 없고 지속적으로 사용 가능하다는 장점이 있지만 투자비용에 비해 발전 효율이 낮다는 단점이 있으며 조류발전은 조력발전과 달리 방파제를 건설할 필요가 없어 비용이 절감되는 효과가 있지만 조차보다 조류가 빠른 곳에 설치가 가능하여 입지 조건이 까다롭다는 단점이 있습니다.

온도차 발전은 에너지 공급원이 무한하며 예측이 가능하여 계획적인 발전이 가능하다는 장점이 있지만 전력 생산 효율이 낮고 미생물로 인한 오염에 취약하다는 것이 단점으로 꼽힙니다.

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풍력 에너지 발전 원리

- 풍력발전의 원리 블레이드가 바람을 받음
- 회전할 때 회전 운동 에너지가 만들어짐
- 증속기는 기어를 이용해 초기의 저속 회전을 발전용 고속 회전으로 전환하여 회전 운동 에너지를 증폭시킴
- 증폭된 회전 운동 에너지는 발전기를 거쳐 전기에너지로 변환됨

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에너지 발전 원리

폐기물 에너지사용하고 못쓰게 되어 버리는 제품이나 쓰레기 등을 재활용하는 것으로 에너지 함량이 높은 폐기물들을 여러 가지 기술에 의해 연료로 만들거나 소각하여 에너지로 이용합니다. 즉 못쓰는 물건들을 다시 이용함으로 폐기물도 처리할 수 있고 에너지도 얻어 일석이조의 효과를 얻습니다.

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장점 : 면적당 출력이 높다

태양광 발전과 비교해서, 풍력 발전은 접지 면적에 대한 발전량을 크게 확보할 수 있다.메가와트 규모의 태양광 발전설비를 설치할 경우, 엄청나게 넓은 설치면적을 필요로 하지만 풍력발전은 기둥 하나에 구축한 풍차로 발전하기 때문에 단위면적당 발전량은 커진다.

장점 : 유해 물질의 배출이 없다

풍력 발전은 자연의 바람을 에너지로 하고 있어, 가장 많이 사용하고 있는 화석연료의 연소에 수반되는 CO2 같은 유해 물질의 방출이 없다. 공기 환경을 오염시키지 않는 깨끗한 발전설비로, 환경오염 저감에 유리하다.

장점 : 높은 설비 이용률

태양광 발전은 일조량이 필요하기 때문에 야간이나 우천, 흐린 날씨 등 일조량이 제한된 상황에는 발전이 불가능하다. 그리고 정격 출력에 대하여 10~15% 정도의 설비 이용률을 가진다. 그에 반해 풍력 발전은, 바람만 불면 발전이 가능하며, 24시간 내내 발전할 수 있다.

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특징(단점)
1) 동물체를 주된 연료로 사용하기 때문에 위생 시설 및 다양한 처리 기술이 요구되어 초기 투자 비용이 높은 편입니다.
2) 폐기물 소각 시에 배출되는 환경 오염 물질과 생산 및 보관 시에 발생하는 악취와 오염 물질로 인해 설치에 어려움을 겪을 수 있습니다.

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태양에너지 발전 원리

태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 양공(정공)이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과라 한다.

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국내 태양광 발전소 위치/발전소 수
(2022년 기준)

서울특별시:512
부산광역시: 646
대구광역시: 934
인천광역시: 690
광주광역시: 1,482
대전광역시: 487
울산광역시: 453
세종특별자치시: 404
경기도: 9,839
강원도: 8,041
충청북도: 9,211
충청남도: 16,515
전라북도: 27,456
전라남도: 17,983
경상북도: 17,665
경상남도:8,627
제주특별자치도:1,597

합계:122,542 대

2022년 기준

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3. 활용 분야( 국외 발전소)
-독일(노르트라인베스트팔렌 주의 루르 지방)
-프랑스(지앙 지방)
-중국( 간쑤성 둔황시, 닝샤 중웨이시)

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1. 태양열을 집열기로 집중시켜 모은 열에너지로 물을 끓인다.
2. 물을 끓여 발생하는 증기로 증기터빈을 돌리는 방식으로 전기를 생산한다.

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폐기물 에너지 활용 분야
1) 나무 폐기물로 만든 바이오 에너지

-  우드 펠렛 (나무의 부스러기를 압축해서 만든 연료)

-  바이오 부탄올 (볏짚이나 폐목을 박테리아를 이용하여 추출하여 부탄올을 생산하는 것.)

2)바이오매스 에너지:

음식 찌꺼기, 가축분등을 혐기성 미생물을 이용해서 메탄올을 생산하는  바이오 에너지.

3)플라스틱 폐기물로 석유를 생산:

재활용을 할 수 없는 잡다한 플라스틱 폐기물을 가열해서 자시 석유로 환원하는기술이 개발 되었다.

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태양열 에너지는 태양에서 따뜻한 열이 나옵니다.
이러한 열에너지를 이용하여 바로 사용하거나 한꺼번에 모아 사용함으로써 집을 따뜻하게 하고 물을 데우는데 사용하는데 이러한 장치가 태양열 난방 장치입니다.
태양에너지는 바로 전기로 사용되지 않고 열 교환기(보일러와 흡사)라는 장치로 열에너지로 증기를 순환시켜서 터빈을 돌려 전환합니다. 즉 열에너지->운동에너지->전기에너지로 바뀝니다.

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- 설치 조건(바람이 연중 계속 불고, 거주지로부터 떨어진 곳)이 까다로움.
- 햇빛을 가리고, 저주파의 소음을 발생시키는 등 주변 피해가 심함.
- 이동하던 철새들이 치여 죽는 경우가 많음
- 만들 때 희토류, 유리 섬유와 화학 물질등이 사용된다.
- 만드는 과정이 100% 수공업이고, 만드는 과정도 까다로움.
- 날개 하나의 수명이 20년도 안되며, 2050년까지 4300만톤의 폐기불 발생 예정
- 그런데 폐기가 매우 어렵고, 폐기 시 환경오염 짱많음.
Wind turbine low frequency and infrasound propagation and sound pressure level calculations at dwellings, The Journal of the Acoustical Society of America 144, 981 (2018)
Estimating Wind Turbine-Caused Bird Mortality, K. SHAWN SMALLWOOD (2010)
Wind turbine blade waste in 2050, Pu Liu, Claire Y. Barlow (2017)
Environmental impact of wind energy, R. Saidur, N.A. Rahim, M.R. Islam, K.H. Solangi, (2011)

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장점
1.기존의 화석 에너지에 비해 지역적 편중이 적다
2.유지비가 저렴하다.

단점
1.초기 설치비용이 높다
2.계절별, 시간별 변화가 심해 안정적 공급이 어렵다.

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태양열 에너지 활용분야
-열매체의 구동장치 유무에 따라 자연형과 설비형 시스템으로구분
-자연형은 온실, 트롬월과 같이 남측의 창문이나 벽면 등 주로 건물 구조물을 활용하여 태양열을 집열하는 장치
-설비형은 집열기를 별도 설치, 펌프와 같은 열매체 구동장치를 활용해서 태양열을 집열하는 시스템

-60℃이하 건물공간난방
-100℃이하 냉난방·급탕,농수산 (건조,난방)
-300℃이하 건물 및 농수산분야냉·난방,담수화,산업공정열,열발전
-300℃이상 산업공정열,열발전,우주용,광촉매폐수처리,광화학,신물질제조

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조력발전이란 하루 두 번 밀물과 썰물때 발생하는 외해와 내해의 수위차를 이용하여
수차발전기로 전기를 생산하는 발전방식입니다.

조력발전은 크게 한방향 발전인 단류식과 양방향 발전인 복류식으로 구분되며, 발전시기가 밀물 또는 썰물이냐에 따라 다시
창조식과 낙조식으로 분류됩니다.

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해수온도차발전
바다 깊이 들어갈수록 온도가 낮아진다. 물이 워낙 많은 열을 흡수하다보니 표면에서 받아들인 열이 물속 깊이까지는 전달되지 않기 때문이다. 게다가 물은 섭씨 4도에서 가장 밀도가 높아지는 특이한 물질이다보니 수심 500m가 넘는 깊은 바다는 섭씨 4도에 가까운 온도를 연중 일정하게 유지한다요. 결국 표층수와 심층수 사이에는 섭씨 20도 가량의 온도차가 생기게 된다.
이 온도의 차이를 이용하는 것이 바로 해수온도차발전이다.
해수온도차발전에는 폐쇄식과 개방식, 두 가지 방식이 있다. 폐쇄식은 흔히 알려진 화력발전소의 구조와 동일하게 별도의 밀폐된 순환계통에 있는 냉매를 사용하는 것인데, 프레온이나 암모니아처럼 끓는점이 낮은 물질을 순환계통에 채워두고 이를 표층수의 열로 끓여서 터빈을 돌리고, 심층수의 찬물로 냉매를 다시 식히는 방식이다. 효율이 높지만 별도의 냉매를 사용하기 때문에 이를 밀폐시키는 기술이 필요하다. 개방식은 표층수를 직접 이용해서 터빈을 돌리는 방법인데, 기압이 낮아지면 낮은 온도에서도 물이 끓는 원리를 이용해서 진공챔버에 표층수를 주입했을 때 끓어오른 바닷물로 터빈을 돌리는 것이다. 별도의 순환계통을 만들어야 하는 부담이 적고 끓인 바닷물을 다시 식혀서 담수를 얻을 수도 있지만 효율이 낮은 것이 단점이다.

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파력발전은 파도의 움직임으로 전기를 생산하는 해양에너지다.
다시 말해 파도가 칠 때 발전기 내부 공기실 공기가 압축하고, 밀려난 공기가 터빈을 돌려 전기를 발생시키는 것이다. 파도가 물러나 해수면 높이가 낮아지면 공기실 내 공기가 반대로 팽창해 다시 발전할 준비(단, 터빈은 파도가 칠 때만 회전)를 한다.