STEAM수업모델연구단-에너지-교과-7학년-해양에너지-PPT-김진수(120329)

(1)

미래의 기술

(2)

(3)

01. _{바다에는 어떤 에너지가 있을까 ?}

(4)

생각하기

(

₍

가 ) 최남선의 ‘해 ( 海 ) 에게서 소년에게

_{나 ) 밀물썰물 설화}

( 가 ) ……처 ㄹ썩 , ……처 ㄹ썩 , 척 , ……쏴 아 . 때린다 부순다 무너 버린다 . 태산 같은 높은 뫼 , 집채 같은 바윗돌이나 , 요것이 무어야 , 요게 무어야 . 나의 큰 힘 아느냐 모르느냐 , 호통까지 하면서 , 때린다 부순다 무너 버린다 . …… 처 ㄹ썩 , ……처 ㄹ썩 , 척 , 튜르릉 , 꽉 . …… 처 ㄹ썩 , ……처 ㄹ썩 , 척 , ……쏴 아 . ( 나 ) _{옛날에 큰 메기가 바다 속에 있는 굴에 살았다 .} _{이 메기가 굴에서} 나오면 바닷물이 굴 속으로 들어가 썰물이 생기고 , 반대로 메기가 굴로 들어가면 굴 속에 들어갔던 물이 도로 나와서 밀물이 생긴다 . 메기가 때 때로 몸부림을 칠 때면 바다에 큰 해일이 일어나게 된다 .

(5)

바다는 우리 생활에서 어떤 혜택을 주는가 ?

▪ _{대류 순환을 위한 수증기 제공}

▪ _{막대한 열에너지 저장 , 순환}

▪ _{이산화탄소의 흡수}

▪ _{다양한 해양 생물 제공}

▪ _{전기에너지 공급}

(

조력 , 파력 , 해양온도차 , 염도차발전 , 해류발

전 등 )

▪ _{차세대 대체에너지원 매장 (}

_{가스 하이드레이트}

등 )

생각하기

(6)

해양의 자연현상과 원인

바다

파도

해류

_해류

밀물과

썰물

밀물과

썰물

해수

온도차

해수

온도차

염도차



_파도

_{– 바람}



_해류

_{– 바람 ,}

_{밀도차 등}



_{밀물과 썰물}

–

_{달의 인력 +}

_지구의

원심력



_{해수온도차}

–

_{태양열 도달 정도}



_염도차

–

_{강과 바다의 합류}

(7)

(8)

구분 날짜 ( 음력 ~ 무 렵 ) 태양 , 지구 , 달의 위치 및 원인 사리 조금 태양과 달 , 지구가 일직선상에 있어 태양과 달의 인력이 같은 방향으로 작 용하여 인력이 강해진다 . 음력 1 일 무렵 음력 17 일 무 렵 음력 10 일 무 렵 음력 21 일 무 렵 태양과 달 , 지구가 수직으로 태양과 달의 인력이 서로 다른 방향으로 작용 하여 인력이 작아진다 .

사리와 조금은 언제 나타나며 ,

그 때의 태양 , 지

구 ,

달의 위치는 어떠한가 ?

▶ 사리 (Spring Tide) : _{밀물과 썰물 차이가 가장 큰 때} ▶ 조금 (Neap Tide) : 밀물과 썰물 차이가 가장 작은 때

(9)

해양에너지의 활용

1. 조력발전

밀물 시에는 해수면의 높이가 저수지보다 높기 때문에

바닷물이 들어오면서 터빈을 돌리게 되어 전기가 발생

하고 ,

_{썰물 시에는 그 반대의 원리로 전기가 발생한다 .}

(출처 : http://www.ecoroko.com/308)

(10)

해양에너지의 활용



_{시화 조력발전소}

₍

_{세계 최대 규모 )}

시설명 시화호 조력 발전소 설치연도 2011 년 설치장소 경기 안산시 시화방조제 용량 254MW 내용 - _- 국내 최초 조력발전소_{연간 552.7GWH 생산}

※ 특징 : 바닷물이 들어오는 밀물 때 발전기를 돌리는

'

창조식 ' 발전 방식

(출처 : 에너지 관리공단 신재생에너지센터 )

(11)

해양에너지의 활용

그림은 앞으로 지어질 조력발전소이다 . 연간발전량을 크게 하기 위한 방법은 ? 생각하기 구 분 인천만 가로림만 새만금 최대조차 (m) 7.2 5.16 5.89 조지면적 ( ㎢ ) 128 46 -발전방식 낙조식 낙조식 창조식 시설용량 (MW) 720 480 217 연간발전량 (GWh) 1,396 770 400 ▪ 조차를 크게 한다 . ▪ 조지면적을 넓게 하여 유량을 풍부하게 한다 . ▪ 시설용량을 크게 만든다 . ( 출처 : http://cafe.naver.com/cetech2003/43735)

(12)

해양에너지의 활용

2. 조류발전

[

명량대첩 울돌목 서 멈춰

‘

’

선 신재생 에너지 ]

물살이 빠른 울돌목에서 3

년전 조류 발전 시설에 큰 기

대를 모았다 .

하지만 최근

경제성이 낮다는 이유로 상업

용발전소 건설이 백지화 될

전망이다 ..

울돌목 조류발전소

빠른 조류 속의 현장에서 진행

되어 기초설비 안착이 어렵다 .

조류 발전기 건설

이 어려운 이유는

?

2012.2.17 KBS 뉴스 - http://news.kbs.co.kr

(13)

해양에너지의 활용

3. 파력발전

파도가 공기실

안의 공기를 밀어

터빈을 돌려서 전

기를 만들어 낸다

.

(출처 : http://www.ecoroko.com/314)

(14)

해양에너지가 가진 문제점은 ?

2

(15)

해양에너지의 입지조건

구 분

_{입 지 조 건}

조력

발전

-

_{평균조차 :}

3m

_이상

-

폐쇄된 만의 형태

-

_{해저의 지반이 견고}

조류

발전

-

조류의 흐름이

최소 2 ㎧ 이상

인 곳

-

_{조류흐름의 특징이 분명한 곳}

파력

발전

-

파동에너지 자원량이 풍부한 연안

-

_{육지에서 거리}

30 _{㎞ 미만}

_{이고 수심}

300m

_미만

_의

해상

온도차

발전

-

_{연중 표층수와 심층수의 온도차가}

17℃

_이상

_{인 기간}

이 많을 것

-

_{어업 및 선박 항해에 방해되지 않을 것}



입지조건의 제약

(16)

(17)

조력 vs

조류발전의 장단점

구분 조력 조류 공 통 점

-

무공해의 무한한 자원

-

_{비교적 환경변화에 무관하게 규칙적인 발전이 가능해 장}

기적인 예측 가능

-

_{기계 , 전기 , 조선해양 등 타 산업과의 산업연관성이 높}

음

차 이 점

-

_{관광수요 유발 , 내만의 양식}

단지 개발 등

-

_{추가 경제효과 가능}

-

_{교량을 형성하여 교통을 연결}

-

_{대규모의 전력생산 가능}

-

_{홍수조절 가능}

-

_{댐과 둑 등을 건설하지}

않아 해양환경에 미치는

악영향이 적음

-

_{풍력발전과 비교 가능하}

나 에너지밀도가 더 높음

 장점

(18)

조력 vs

조류발전의 장단점

구분

조력

조류

공

통

점

-

_{발전 가능한 지역이 제한되어 있음}

-

_{해양 설치비 , 육상까지의 계통연결비용 등 대규모 초기}

투자비용 소요

-

_{발전단가가 상용 발전에 비해 높음}

차

이

점

-

_{인위적으로 생태계를 변화시}

키는 등 생태계에 큰 영향을 줌

-

_{유속이 빠른 지형에서만}

설치가 가능하고 빠른 유

속 때문에 설치가 어려움

 단점

(

가 )

(19)

▪ _{조차가 작을 경우 수차발전기가 대기상태이며 해수}

의 순환이 중단된다 .

▪ _{호수 내의 수위를 인위적으로 설정하여 관리하므로}

조간대의 변화와 더불어 갯벌 파괴가 불가피하다 .

▪ _{어류나 저서생물 등 해양생태계의 이동 수단이 마련}

되어 있지 않다 .

위 표에서 조력발전의 단점인 ( 가 )

의 구체적인 내용

은 무엇이 있는지 서술하시오 .

(20)

논 술

다음 글을 읽고 조력발전에 대한 자신의 의견

_{을 기록하고 토론하시오 .}

조력발전은 대표적인 해양 에너지다 . 특히 우리나라 서해안은 조수 간만의 차가 큰 지형적 특성 때문에 조력발전에 유리한 적지로 꼽히고 있다 . 현재 서해안에는 5 곳의 조력발전 사업이 추진 중이다 . 이중 국내 최초의 조력발전소인 시화호 조력발전소가 8 월부터 본격 가동 , 조기 전력생산에 들어갔다 . 그러나 나머지 4 곳은 환경오염에 대한 우려로 사업추진에 난항을 겪고 있다 . _{발전사업자들은 조력은 생각처럼 환} “ ” 경 파괴적인 시설이 아니다 라고 말하지만 지역주민과 환경단체들은 “_{조력은 비용으로 환산할 수 없는 수많은 생태가치들을 사라지게 할} ” 것 이라며 첨예하게 대립하고 있다 . 과연 조력발전은 친환경 대체에너지인가 , 아니면 해양생태계를 파 괴하는 반환경 에너지인가 . [ 출처 : 청정에너지와 환경을 둘러싼 조력발전의 딜레마 ( 미래환경 )]

(21)

조류발전용 터빈

SeaGen 터빈 방식 ( 수평축 ) ▪ 풍력발전기와 유사한 수평축 수차발전기 헬리컬 수차 방식 ( 수직축 ) ▪ 나선형 배열의 축차날로 구성 ▪ 작은 유속에서도 높은 속도로 일정하게 회전하며 유향이 변해도 같은 방향으로만 회전 다리우스 수차 방식 ( 수직축 ) ▪ 날개형이 일정한 단면인 날개를 원주상에 등간격으로 배치 ▪ 구조가 간단하며 날개의 주속도가 유속의 2~3 배 ▪ 물결이 흐르는 방향과 상관없이 한쪽으로만 회전 (출처 : 에너지관리공단 ) (출처 : 에너지관리공단 ) (출처 : 해양에너지공학 , 전남대학교출판부 p.65)

(22)

설 계

에너지 효율과 해양 생태계를 동시에 고려한

_{조류 발전기를 설계해 보세요 .}

(23)

가스 하이드레이트

• _{천연가스가 저온ㆍ고압하에서}

물분자와 결합

되어 형성된 고체물질

• 생성조건 : 0℃

에서 26

기압 10℃

에서 76

기압

• _{메탄이 90%}

_{이상으로 '}

_{메탄 하이드레이트 (Methan}

e Hydrate)

'

라고도 하며

• Dry Ice

와 유사한 외관 및 특성을 보여 '

타는 얼음 (Bu

rning Ice)

'

이라고도 불림

• 연소할 때 이산화탄소를 거의 발생시키지 않는

청정연

료

동해 울릉분지 6 억톤 (30

년 사

용가능 )

가량 부존

( 출처 : 미래엔 컬처 )

(24)

(25)

1. 신 · 재생에너지의 분류

재생 ( 再

生 )

연료전지 석탄액화가스화 수소

신 ( 新 )

(26)

2. 개발 중인 해양에너지



_{해양 온도차 발전}

- 동해 남부 해역에는 표층수와 심층수 사이에 상당한 온도차가 존재한다고 알려져 있어 해양 온도차 발전 기술의 개발에 관한 전 향적인 검토가 필요

폐쇄된 회로 속에서 따뜻한 바닷

물을 이용해서 암모니아 같이 끓

는점이 낮은 액체를 끓여 그 증

기로 터빈을 돌리는 것이다 . 터

빈을 돌린 암모니아 증기는 열교

환기에서 차가운 바닷물에 의해

응축되어 되돌려진다 .

(출처 : http://www.oceanspace.com/otec/otec.htm)

(27)



_{염도차 발전}

강물과 바닷물이 마주칠 때 삼투압 작용에 의해 농도가 낮

은 강물이 농도가 높은 바닷물에 빨려 들어가는 힘을 이용

하여 발전하게 된다 .

큰 강의 하구에서는 항상 삼투압 현

상이 일어나고 있으며 ,

대개 24

기압에 해당되는 압력차

가 있다 .

_{이는 약 240m}

_{높이의 수력 발전소 댐에서 떨}

어지는 물의 낙차와 같은 힘이다 .

_{즉 세계 큰 강의 하구에}

는 240m

높이의 댐을 가지고 있는 셈이어서 이를 이용

하여 전기를 일으킬 수가 있다 .

(28)

3. 조석 현상의 원리



_{달의 인력과 지구의 원심력}

( 출처 : http://blog.naver.com/swb567? Redirect=Log&logNo=100148808987)

(29)

조류 발전의 원리를 알아보기 위한 발전기 모형 만들기

(30)

☼

_실습목표

조력발전기가 실재로 어떻게 전기에너지를 발생

시키는지 제작 실습을 통해 확인할 수 있다 .

☼

_{실습 시 유의사항}

1. 칼과 가위를 사용하므로 다치지 않게 조심

2. _{기어와 모터의 높이를 잘 잡아 주도록 한다 .}

3. 최대한 기어와 모터의 기어가 부드럽게 해야

된다 .

4. _{물이 흘러가는 현상을 만들 수 있게 유도한}

다 .

(31)

☼

_{실습 준비물}

재 료 규 격 수량 비용 ( 원 ) 페트병 재활용 1개 발전기 소형 1개 20,000 LED, 일반형 3V 2개 150 주사기 10cc 1개 1000 수수깡 문구용 1개 1000 글루건 소형 1개 10000 글루건 스틱 소형 3개 1000 링기어 소형 1개 500 꽂이용 대나무 가는 것 10개 500 스트로우 일반형 10개 1000 총 계 34,650( 원 )

(32)

☼

실습방법

1. 조류 발전기를 제작하기 위해 지난 시 간에 전달된 준비물을 준비물표와 같이 확 인하여 본다 . 2. 축 사이에 관을 삽입한 후 기어와 물레 방아 부분을 연결한다 . 3. 페트병을 조심스럽게 칼로 오려낸다 . 4. 글루건을 사용하여 수수깡에 축을 연결 한다 .

(33)

☼

실습방법

5. 터빈의 역할을 하는 물레방아와 발전기를 돌려줄 기어를 고정막대와 연결한다 . 6. 글루건을 이용하여 각 부분을 잘 붙여준다 . 7. 발전용 소형 모터 8. 재활용 페트병에 삽입하고 발전용 모터의 위치도 잘 맞추어 붙인다 .

(34)

☼

실습방법

9. 조류를 만들어줄 주사기의 위치를 확인한다 . 10. 확인된 주사기 위치를 글루건 스틱용액을 사용하여 붙인다 . ( 주의 ) 화상 주의 11. 물을 채워 준다 . ( 주의 ) 누수 여부 정밀검사 12. 조류발전기 모형 완성

(35)

5. _{풍력발전 터빈의 유형}

수평형 시스템 수직형 시스템

Profeller 형 Gyromill 형 Sabonius 형 Darrieus 형



_{풍력발전과 조류발전은 유체의 종류만 다를 뿐 원리는}

(36)