해양 에너지 활용 - 텍스트는 특정 방법, 장비 및 장치를 사용하여 다양한 해양 에너지를 전기 에너지 또는 기타 사용 가능한 형태의 에너지로 변환합니다. 이는 인간이 자연 에너지를 활용하는 데 있어 중요한 측면입니다.

해양에너지의 종류 해양에너지는 해수의 이동 중에 발생하는 재생에너지로 주로 온도차에너지, 조력에너지, 파력에너지, 조력에너지, 해류에너지, 염분차에너지 등이 있다. 조석 에너지와 해류 에너지는 달, 태양, 다른 행성의 중력에서 나오며, 다른 해양 에너지는 태양 복사에서 나옵니다.

해수온도차에너지는 일종의 열에너지이다. 저위도 지역의 해수면 수온은 더 높아 심해수와 온도차가 생기고 이로 인해 열교환이 ​​일어날 수 있습니다. 그 에너지는 온도차와 열교환수의 양에 비례합니다. 조류에너지, 조류에너지, 해류에너지, 파력에너지는 모두 기계적 에너지이다. 조수의 에너지는 조석간만의 차이와 조수량에 비례합니다. 파동의 에너지는 파고와 물결치는 물의 면적의 제곱에 비례한다. 하구수역에도 바닷물의 염분차에너지(해수화학에너지라고도 함)가 있습니다. 삼투압이 발생할 수 있는 해수 측. 에너지는 압력차와 침투 에너지에 정비례합니다.

해양에너지의 특징 ① 매장량이 많고 무한히 재생이 가능하다. 지구상의 해수온도차에너지의 가용전력은 1010kW 정도인 것으로 추산되며, 조력에너지, 파력에너지, 해류에너지, 해수염분차에너지 등 재생에너지는 모두 109kW 정도이다. . ② 에너지 흐름은 고르지 않게 분포되어 있으며 밀도가 낮습니다. 바다 표층과 수심 500~1,000m 사이의 가장 큰 온도차는 약 20°C에 불과하다. 해안을 따라 가장 큰 조수간만차는 약 7~10m에 이르며, 큰 조류와 해류의 속도가 나타난다. 해상에서는 4~7노트에 불과합니다. ③에너지는 변덕스럽고 불안정하다. 그 중 해수온도차에너지, 해류에너지, 염분차에너지는 상대적으로 천천히 변화하는 반면, 조석 및 조류에너지는 단기적인 주기적인 패턴으로 변화하며 파력에너지는 상당한 무작위성을 갖는다.

해양에너지 활용 기술 및 시설 해양에너지 활용의 핵심은 에너지 전환이다. 해양에너지는 형태에 따라 전환 기술 원리와 장치가 다르다.

해수의 온도차 에너지를 활용하는 것은 열에너지를 기계적 에너지로 변환한 후 전기에너지로 변환하는 것이다. 열역학적 사이클 방법은 열에너지를 기계 에너지로 변환하는 데 사용됩니다. 두 가지 일반적인 프로세스가 있습니다(그림 1). ① 증발기, 터빈 발전기로 구성된 시스템을 사용하는 폐쇄 회로 사이클(중간 매체 방법이라고도 함) , 응축기와 작동 유체 펌프, 증발기는 바다 표면의 뜨거운 물을 통과하고 응축기는 바다 깊은 냉수를 통과합니다. 작동 유체 펌프는 응축기에서 증발기로 액체 암모니아 또는 기타 작동 유체를 펌핑합니다. 중간 매체. 액체 암모니아는 뜨거운 물의 작용으로 인해 고압 암모니아 가스가 되어 증기 터빈을 구동하여 전기를 생성하고 증기 터빈에서 나오는 저압 기체 암모니아는 응축기로 돌아가 다시 냉각됩니다. 액체산소로 바뀌면서 폐루프를 형성하게 됩니다. ② 개방형 사이클(플래시 증발 방식 또는 팽창 방식이라고도 함)은 부분 진공 증발기(플래시 증발기)에서 뜨거운 해수를 증기로 증발시키고 증기 터빈을 구동하여 전력을 생산한 후 응축기로 들어가 냉각하는 방식입니다. , 응축된 담수는 재활용되거나 바다로 배출됩니다. 초기 실험 장치는 대부분 개방형 순환 방식을 사용했으나, 장비가 부식되기 쉬웠기 때문에 1960년대 이후에는 폐쇄형 순환 방식으로 전환되었습니다. 해수 온도차 발전의 실제 열효율은 매우 낮아서 처리되는 냉수와 온수의 양이 많기 때문에 해당하는 다양한 구성 요소의 크기가 매우 큽니다. 해저 깊은 수층은 기술적으로 어렵다.

조수, 파도, 조류, 해류 에너지의 활용은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것만 필요하며 이는 일반적으로 3단계로 구분됩니다. 첫 번째 단계는 건물 등 에너지를 공급받는 것입니다. 조수를 받아 저장하는 조석 저수지 에너지: 해류와 조류의 운동 에너지를 흡수하기 위해 러너(물레방아)를 사용합니다. , 등 파동 에너지를 수용합니다. 두 번째 단계는 일반적으로 기계식, 유압식, 공압식 및 기타 방법을 사용하는 변속기입니다. 변속기 터미널에는 일반적으로 유압 터빈 또는 가스 터빈이 장착됩니다. 조력 발전소는 낮은 수위 차이에 적응하는 전구형 관형 터빈 장치 또는 전체 관형 터빈 장치를 사용합니다(그림 2). 최근 몇 년 동안 대칭형 익형 공기 터빈이 파동 에너지 전달에 사용되어 작업에 따라 한 방향으로 회전할 수 있습니다. 파도의. 세 번째 단계는 이를 전기나 다른 전력으로 변환하는 것입니다. 일반적으로 발전기를 통해 전기로 변환됩니다.

해양에너지는 불안정하기 때문에 변환과정 전반에 걸쳐 저수지, 가스탱크, 배터리, 플라이휠 등 에너지 저장시설이 필요한 경우가 많다.

해수 염분차 에너지를 활용하기 위한 변환 방법에 대한 연구는 최근에야 시작됐다. 한 가지 아이디어는 강 하구가 바다로 들어가는 곳에 두 개의 댐을 건설하는 것인데, 중앙에 완충 저수지가 있고, 완충 저수지와 바다 사이의 수로에 반투막이 있습니다. 완충저수지의 담수는 반투막을 통해 새어 나오며, 그 삼투압으로 인해 완충저수지의 수위가 낮아지게 되며, 완충저수지와 하천의 수위차를 이용하여 전기를 생산할 수 있습니다. 이 방법은 많은 양의 물이 들어오고 나가기 때문에 대규모 엔지니어링이 필요합니다.

해양에너지를 활용하는 엔지니어링 시설은 일반적으로 위치에 따라 해변형과 해상형으로 구분된다. 전자는 연안 육지나 얕은 바다를 기반으로 하는 것이고, 후자는 심해에 설치된 부유식 구조물이다. 해안에 가까운 해변 및 해상 시설은 해저 케이블이나 압력 파이프라인을 사용하여 해안으로 전력을 전송할 수 있으며, 먼 해상 시설은 암모니아 생산이나 해수 화학 제품과 같이 지역적으로만 전력을 사용할 수 있습니다.

해양에너지 활용의 경제적 이점 해양에너지 활용은 여전히 ​​비용이 많이 든다. 프랑스의 렌스 조력발전소를 예로 들면, 설치용량 kW당 투자액은 1,500달러(1980년 가격)이다. 이는 기존 조력발전소보다 높은 수치이다. 그러나 해양에너지를 활용하는 과정에서 다른 포괄적인 이익도 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 조력 발전소의 저수지는 양식과 운송을 고려할 수 있으며, 해양 열에너지 변환 장치를 통해 얻은 영양이 풍부한 해양 심층수는 수산업 개발에 사용될 수 있으며, 개방형 순환 시스템은 해수를 담수화하고 추출할 수 있습니다. 유용성분을 함유한 염수, 대규모 파력발전장치 파도를 억제하는 동시에 항만, 해안, 해양건축물, 양식장을 보호할 수 있습니다. 현재 에너지 부족이 심각한 해안지역(도서 포함)에서는 해양에너지를 보조에너지원으로 활용하는 것이 여전히 바람직하다.

개발개요 해양에너지의 활용은 조력에너지의 이용에서 처음 시작되었습니다. 조력발전소는 11세기에 등장했습니다. 1966년에 프랑스는 설치 용량이 240,000kW인 랑스 조력 발전소를 건설했습니다. 이 발전소는 현재 세계에서 가장 큰 조력 발전소입니다(컬러 지도 참조). 1981년에 중국 장샤 조력 실험 발전소(컬러 사진 참조)의 최초 500kW 장치가 공식적으로 가동되었습니다. 파력 에너지 변환 장치에 대한 세계 최초의 특허는 1779년 프랑스에서 획득되었습니다. 1965년 일본은 항해등용 파력발전장치 개발에 성공했다. 현재 일본, 영국, 노르웨이, 중국 등 여러 나라에서 다양한 파력발전 실험연구를 진행하고 있다. 더 큰 것은 일본 등 5개국이 시험한 파력발전선 '하이밍(Haiming)'이다. 테스트의 첫 번째 단계는 2018년에 전기를 생산할 예정입니다. 190,000도를 측정했으며 처음에는 해안으로 전기를 성공적으로 전송했습니다. 일본도 해안형 파력 시험소를 설립했다. 중국은 대칭 익형 공기 터빈을 이용한 신파력 발전 장치를 개발하고 이를 남중국해의 부유식 등대에 설치하여 시험 사용했습니다(그림 3). 1881년 프랑스인이 최초로 해수의 온도차를 활용하는 원리를 제안했습니다. 1970년대부터 미국은 해양열에너지 전환 연구에 대한 자금 지원 측면에서 세계 1위를 차지했습니다. 1979년 미국은 하와이섬 앞바다의 바지선에서 설치용량 50kW의 해수온도차발전 시험을 실시했다. 이후 일본은 설치 용량 100kW의 해안형 실험 해수 온도차 발전소를 나우루 섬에 건설했습니다.

세계 에너지 수요 증가와 해양에너지 활용 기술의 향상으로 20세기에는 10만~100만kW급 조력발전소 건설이 가능해질 것으로 예상된다. 조석간만의 차이가 큰 하구와 중소형의 실용적인 파력 발전 장치와 실험적인 해수 온도차 발전 장치가 있을 것입니다. 장기적으로 해양 에너지의 활용은 세계의 새로운 에너지원의 중요한 측면이 될 것입니다.