당선인에 바란다

해양에너지 개발에 의한

수소경제 로드맵 선도적 추진

2022. 6.

물레에너지기술(주)

[제안 요지]

□ 환경친화적으로 해양에너지를 개발할 수 있는 기술적인 방법이

있습니다.

□ 이 기술의 핵심은 바닷물의 흐름을 크게 형성시키는 방법과 초대형       수차를 제작하는 방법이어서 누구도 부정하지 못하는 확실한 기술       적인 방법입니다.

□ 충남도는 이 기술로 해양에너지를 개발할 수 있는 장소가 다양하게       많아 개발된 해양에너지로 직접 → 수소를 생산하면

지역경제는 물론 국가 수소경제 로드맵을 선도하고, 양질의             일자리창출과 물흐름으로 건강한 바다 환경이 조성됩니다

□ 해양에너지 개발을 위해 꼭 시범사업이 필요합니다

부남호에서 환경개선사업과 병행하면 최대의 효과로 시범사업을         추진할 수 있으며 도내 대부분 담수호에서 활용이 가능하여 담수        호의 양호한 수질과 해양환경을 복원(부분 역간척) 시킬 수 있습

니다.

□ 본 제안은 최고의 결정권자가 아니면 시행하기 어려운 제안입니다.       현 조직의 한 부서의 검토가 아니라, 전문 추진팀을 구성하여 아주       적극적으로 검토하라는 지사님의 지시만이 가능합니다.

해양에너지 개발에 의한

수소경제 로드맵 선도적 추진 제안

1. 제안 배경

정부는 탄소중립을 위해 여러 가지 많은 방안을 찾고 있지만, 실질적

으로 효과적인 방법을 찾기가 쉽지 않다.

지구상 자연적인 대체 에너지원은 크게 태양광과 풍력, 해양에너지가

있다.

태양광이나 풍력은 기술의 한계점까지 개발되어 주된 재생에너지원으

로 활용되고 이지만, 그간 해양에너지를 개발할 수 있는 방법을 찾지    못하여 해양에너지 개발을 추진하지 못하였다.

하지만, 이제는 해양 조수차로 이루어지는 바닷물의 흐름을 인위적으    로 모아서 거대하게 흐르도록 하고, 초대형 수차를 회전시켜 아주 간    단히 해양에너지를 개발할 수 있는 친환경 발전장치가 고안되어 해양    에너지를 개발할 수 있다.

2. 현황

탄소중립 수소경제를 추진하려면 수소생산이 필수적이고 물을 전기      분해하여 생산되는 그린 수소가 가장 이상적이나

그린 수소생산에 송전선에서의 전기(電氣) 투입은 손익구조가 20%      이상 적자로 활성화하기 어려운 구조다.

또한, 재생에너지 원인 태양광이나 풍력은 설비가 분산되어있고 일기

에 의한 일정하지 않은 전력량은 현실적으로 애로가 따른다.

해양에너지 개발로 얻어지는 고르지 않은 전력을 송전선로에 연결하지

않고 바로 현장에 직접 투입하여 수소를 생산할 수 있는 장점은 수소    생산에 손익구조가 형성되지 않아 수소 경제 활성화를 이룰 수 있다.

3. 충남도의 해양에너지 개발의 필요성

충남도는 천혜의 자연조건이 해양에너지를 개발할 수 있는 장소가       다양하게 많고 규모도 방대하여 개발 시 형성되는 물 흐름은 환경       친화적 이어서 주변해양 생태환경이 개선되어 어족자원이 증가 또는     보존으로 어민소득이 증대되며

특히 천수만과 가로림만 내 상부의 해양의 건강한 바다 환경 조성을     위해서라도 꼭 해양에너지 개발이 추진되어야 하고,

해양에너지에 의한 그린 수소생산은 전국 60 % 이상 점유가 예상       되어 그에 따른 지역경제는 물론 일자리 창출 등 국가 수소 경제        로드맵을 선도할 수 있다.

4. 제안기술

해양 조수차로 이루어지는 바닷물의 흐름을 빠르고 쎄게 흐를 수        있는 수로를 만들고 초대형 물레방아식 수차(지름18m × 폭 6m)를      밀물과 썰물 양방향으로 회전시켜 해양에너지를 얻는 친환경 조력

발전과 조류발전 기술임.

□ 발전장치 개념도

증속기

발전기

수차

오리피스식 수로

밀 물

썰 물

게이트

□ 물레식 수차 구조도

다기능 플레이트(B)

(A)

* 1. 브라켓이 부착된 드럼 타입의 일체형 중심축(A)은 휨과 비틀림에 강하고,

2. ㄱ 형강을 맞댄(T형강) 브라겟과 ㄱ 형강(T형강) 프레임은 “가”와 같이 볼트          체결로 분할하여 운반 및 설치가 용이하여 초대형 수차 제작이 가능하다 ,

3. 다기능 플레이트(B)는 수차의 분할 유지와 버켓 기능으로 압력손실이                방지되고 무게에 의한 플라이휠 기능은 수차의 효율을 상승시키며

4. 이와 같은 구조로 초대형 수차 제작이 가능하여 본 기술을 확신할 수

있다.

□ 본 기술의 특징 및 장점

- 해양에서 조수간만의 차에 의한 양방향 조력, 조류발전이 가능한         자연적이고 환경친화적인 친환경 발전방식으로,

- 발전장치의 구성과 설계가 간단하여 기존 조력발전 시설보다 매         우 경제적이고, 운영 및 유지보수가 아주 간편하다.

- 유도구조물에 의한 조류발전은 민원이 최소화되고, 발전 시간이

길며 해양에너지 개발이 무한정한 아주 매력적인 발전방식이다.

□ 본 기술의 기술적 확신

- 발전장치 구성은 물레(물레식 수차), 베어링, 증속기, 발전기            4가지로 아주 간단하고 기술적, 공학적으로 전혀 문제가 없는

전기에너지를 확보할 수 있는 발전장치로

- 베어링, 증속기, 발전기는 기존에 검증되어 사용하는 자재이고          물레(수차)는 기계 구조학적인 플랜트 제작 자재로 최근 제작           방법을 완료하여 본 기술을 확신시킬 수 있다(제작기술 보유)

- 더욱이 아래 “표”와 같이 본 기술 자연법칙 4개의 적용으로            성능을 확신시킨다.

간월호

원산도

□ 문제점

본 기술에 의한 해양에너지 개발은 실제 해양에서 일정 규모 이상

시범사업으로 기술의 적정성을 확인하여야 하나 아직 추진시키지        못하였다.

그 이유는 개인이나 일반기업은 시행장소의 허락과 많은 투자비         가 투입되어야 하고 국가적 차원의 추진은 기구성된 기술인의           이해관계와 담당자의 새로움에 대한 책임부담으로 추진시키지           못하기 때문이다.

□ 문제점 해결

본 방식 해양에너지 개발의 핵심은 해양에서 물흐름을 크게            형성시키는 방법과 초대형 수차 제작이어서, 누구도 아니라고           부정하지 못하는 확실한 기술적인 방법으로 전문적인 추진팀을          구성하여 책임소재를 완화하고 실제 해양에서 시범사업으로             검증하는 방법밖에 없다.

5, 추진 방안

가. 한시적 추진팀 구성 시범사업 안) 검토

( 부남호 환경개선사업에 시범사업으로 적극 검토)

↓

나. 추진 가능 결론 시 시뮬레이션 제작(홍보 및 토론 자료 )

↓

다. 토론회 개최 ( 시뮬레이션 발표 및 시행 시 문제점 토론)

-  초청 : 기계공학, 수리학, 해양, 토목, 환경 전문가 및 시 군                   관계자 어민대표

-  참여 요청 : 사업 시행 시 참여 가능 업체 및 관심 기업

제작사 : 두중, 현대중공, 효성, 수소에너젠, 엘켐텍 등

관심 기업 : 현대건설 ,현대차, 포스코, 두중, 한화                                  수자원공사. 농어촌공사, 발전사 등

↓

라. 토론 결과에 따라 도지사 국가 수소경제 로드맵 충남도가 선도          공표( 전국 홍보) 국가자금지원 요청

↓

마. 시범 사업자 공개모집 (사업 추진계획서 제출로 심사 결정)

( 본사업 시행 시 우선권 특혜 제시 시범사업 유도)

↓

바. 도지사 직속 또는 개발공사에 그린 수소 추진단 구성 시행

6. 시범사업 추진 안)

가. 1)안 부남호 조력발전에 의한 수질 환경개선과 수소생산

□ 개념도

2차 분리제방+보+수문

1차 분리제방+수문+체크수문

발전장치

담수

해수통수

수질 조절 관리지

고 농도 오페수 관로

□ 발전장치 및 수소 포집 설치 개념도(기존 수문 활용)

수소포집장치

기존수문 수위 조절

다기능 보 (성능, 우기 안전)

보 높이: 6물 때 hi Level

발전장치

발전장치

호안 수위조절 다기능 보(성능 안전)

□ 시행 시 장점

1. 환경개선 예정 투자비 2,972억 → 1,507억으로 가능

2. 호 내 자연스런 해수 통수는 수질 및 환경개선 효과 극대

3. 호 안 통수 구역 내 양식업 (굴, 해삼) 및 어업활동 가능

4. 조력발전에 의한 수소생산 인프라 구축 및 투자비 회수

□ 세부 기초 자료

- 담수면적 및 담수량 : 3k㎡ × 평균수심 2.5m = 7,500,000㎥

- 수차 규격 : 지름 18m, 수차 폭 6m, 수로 깊이(물맞이) 4m

- 설치 대수 : 2기 (1기분 여유 유량)

1물 때 1기 흐름 유량  ; 수로 폭 6.2m× 깊이 4m × 평균             유속 4m/sec × 60초 × 60분 × 7시간(썰물) = 2,499,840㎥

담수량 7,500,000㎥ ÷ 1대 흐름 유량 2,499,840㎥ = 3대

- 발전기 용량 : 6MW (720rpm, 10극) 2기

- 증속기 : 평행 축 증속기 (증속비 169 : 1, 수차 4.2 rpm)

- 베어링 : 고 하중 저속

- 발전시간: 월평균 1일 발전시간  : 13,9 시간/일                              발전시간 (210 + 134 + 75 ) 시간  ÷ 30일 = 13.9시간/월평균 일

물 때 7,8,9,10,11몰. 10일/월  21시간/일 × 100%= 210시간/월

5,6,12.13 몰 8일/월   21시간/일 × 80% =134

4,3,14 몰 6일/월   21시간/일 × 60% = 75

1,2,15 몰  6일/월   21시간/일 × 0% = 0

* 만조 시 정체시간 1.5시간 1일 3시간 제외

□ 예상 출력

아래 그림과 같이 수로에 물흐름을 3~4m/sec로 흘려 물맞이           판(6m× 4 m)을 5m 높이에서 회전시킬 때 회전축에 걸리는            회전 토크가 예상 출력으로

물맞이 판

6m

4 m

5 m

수로

회전축

그림

↶

물속 흐름에 의한 조류발전 산출 식  P = ½KCP⍴AV³                적용시 ( K는 단위환산계수, CP 터빈(수차)효율, ⍴밀도, A 회전면적, V 유속)

P= 0.5 × 0.9 × 1.025 × 6.2 × 4 × 4 × 4 × 4 × 5m

= 3,660kw/h 이나

- 물속의 조류발전 계산식 대비 본 기술 출력량(효율) 상승 요인

1. 자연적인 물속 물흐름이(조류) 아닌, 인위적 수로의 물 흐름은 동압

이 아닌 정압으로 단면적 전체에 운동에너지가 작용하여 물속

조류발전 대비 수차 회전 간극 손실 10%를 제외한 효율 90% 이상

2. 수차 구조의 다기능 플레이트는 버켓 기능으로 압력 손실 방지와                    플라이휠 기능은 회전력을 ↑

3. 수로에서 이루어져 단면에 작용하는 운동에너지에 와 조수차에                      의한 위치에너지가 더해져 회전력 ↑

□  발전량에 3,660kw/h 대한 결론

기존 조류발전 계산식 P = ½KCP⍴AV³의 계수 ½K는 바다 물속            흐름 동압 일 때 상수이고, 본 방식은 수로의 정압으로 무미한 상수

를 빼면 출력량 5MW ~ 8MW 충분히 예상됨.( 계산상 7,320 kw/h)

□ 예상 발전량과 수익

- 평균 발전량 5MW × 2기 × 13,9시간/일 × 30일=4,170MW/월

- 수소생산량 및 수익 : 1stack 1MW/h  생산량 18.5kg ×10기              × 13.9시간/일 × 30일 = 77,145kg/월

수소 수익 : 77,145kg × 6,000원/kg =4억6천/월, 55억/년

□ 예상 투자비  : 최대 1,490억 (1,355억 + 설계비 135억)

- 발전설비 2기 : 170억

수차(20억) 발전기 (20억) 증속기(20) 기타 (10억)

발전설비기초 및 수로(100억)

- 제반 토목 공사 : 835억

1,2차 분리 제방 2곳 3.2km , 10m당 × 1억 = 320억

1,2차 제방 가동보 배수문 설치(400억) 오 폐수 처리라인               3km, 10m 당 × 5백만 = 15억, 호안 내외 외 정비 100억

- 수소 설비 : 350억

설비 1MW stack당 20억 × 10기(200억) , 부지 조성(150억)

□ 본 제안에 의한 경제성 검토

본래의 수질 환경개선 목적을 저비용으로(2,972억 → 1,490억)

달성하고, 1회 설치로 영구한 발전은 투자비 회수뿐 아니라             어민소득증대, 일자리 창출, 수소경제에 기여

□ 본 제안에 의한 시행 효과

- 호 내 유입되는 농도 짙은 오 폐수를 해수 통수 시 별도               라인 처리가 가능하여 사용 水의 양호한 수질을 유지

- 좁은 면적의 수질 관리 조절지는 관리가 쉽고, 수월하며

- 역간척으로 통수되는 바닷물의 흐름은 주변 바다 환경을               건강하게 하여 어족자원의 증가와 통수 구역 내 양식업 및             어업 활동으로 어민소득을 기대할 수 있다

- 기존 수문을 활용하면 시행 비용을 낮추고, 바다와 직접                접촉되는 수문의 밀봉유지 관계가 완화되어 유지관리 유리

원산도

- 시범사업으로 검증되면 해양에너지로 수소 경제 로드맵을              선도할 수 있다

나 2안) 서산시 대산읍 오지리 유도구조물에 의한 조류발전

반잠수식 유도구조물(보)

발전장치

- 예상 투자비 : 835억(설계비별도)

발전설비 135억 (설비용량 5MW 4기) 발전토목 200억

수소 설비 300억(1MW 20기) 부지조성 200억

- 예상 수익 : 발전 142억/년, 수소 112억/년(단가 140. 6000원 )

7. 도내 추진 가능한 대표적 장소

□ 서산 간월호 조력발전

1차 분리제방 +수문 +첵 수문

2차 분리제방 + 보 + 수문

배수준설천제방고상

수질 조절 관리지

담수

해수통수

발전장치

발 전 장 치

수소포집 장치

간월호

기존수문 조절수문

다목적 보( 성능과 안전)

보 높이 : 6물때 hi 레벨

시행 효과

- 수질관리 수월, 경제성 부남호의 5배 이상

- 천수만 생태환경 개선과 온배수 저감이 어족자원 증가와 보존          으로(도미산란,새조개,굴,우럭 등) 환경이 복원되어 향후 수 조원         의 미래가치 있어 정략적 추진이 요구됨

- 호 내 양식업 및 어업활동으로 어민소득 증가

□ 삽교호 조력발전(기존 수문 활용)

바다

발전장치

해수통수

1차분리제방 + 수문 + 체크수문

수질조절지

2차분리 제방 + 보 + 수문

□ 가로림만 사목 운하식 수로에 의한 대단위 조류발전

설치위치

잠수식 분리제방

시행 효과 (제작 가능한 초대형 수차 4기 설치)

- 가로림만 내 상부 해수 교환율 상승으로 건강한 바다 추구

- 운하식 수로 주변 관광지 개발 볼거리 제공

- 지역경제 활성화 일자리 창출 수소경제에 기여