시화호 조력발전소
세계 최대 254MW 시설용량
글/양지훈 기자, 사진/임준영 기자
출처 : 건설기술인, 2010년 1-2월호, 통권 96호, pp. 10-13
국내 최초 조력발전소인 시화호 조력발전소는 발전 설비용량 254MW로 세계 최대 규모이며 사업비 3,551억 원이 투입된다. 올해 말 완공돼 가동되면 86만2,000배럴의 유류수입 대체효과가 있고, 이산화탄소 저감 및 시화호 수질개선에도 크게 기여할 것으로 전망된다.
프랑스 석학 에릭 오르세나는 그의 저서 '물의 미래'에서 '21세기는 물의 시대'라고 단언한다. 우리 시대 물의 중요성은 날로 커지고 있다. 특히 탄소 배출에 의한 기후변화가 문제가 되고 있는 요즘 물의 중요성은 더욱 높아지고 있다. 물은 지구와 인류를 지켜주는 저탄소 녹색성장의 근본이기 때문이다.
최근 세계 각국에서는 온실가스 감축을 위해 다양한 친환경에너지 개발을 위해 노력하고 있다. 이런 의미에서 바다의 수력자원을 이용한 시화호 조력발전소는 저탄소 녹색성장의 상징이라 할 수 있다.
올해 말 완공예정인 시화호 저력발전소는 국내에서 최초로 건설되는 것으로 세계 최대 규모를 자랑한다. 기존 최대는 1966년 완공된 프랑스 랑스조력발전소로 시설용량이 240MW이다. 이에 비해 시화호 저력발전소는 254MW로 약 50만 도시의 가정용 전력을 공급할 수 있는 규모인 연간 5억 5,200만 kWh의 전력이 생산돼 86만 2,000배럴의 유류수입 대체효과가 있다. 또한 이산화탄소를 연간 31만 5,000톤 저감시키고, 해수의 지속적인 순환으로 시화호 수질개선에도 크게 기여할 것으로 전망된다.
시행사인 한국수자원공사 김만기(52) 조력사업처장은 "서해안의 경우 조석차가 최대 9m로 세계 최고 수준이어서 조력발전소를 짓기 위한 최상의 조건을 갖추고 있다"며 "조력발전은 환경오염원을 전혀 배출하지 않는 천혜의 에너지"라고 말한다.
타 신재생에너지에 비해 조력발전은 정확한 예측과 효율적 생산이 가능하다. 태양광이나 풍력은 햇빝이 비추지 않거나 바람이 불지 않으면 전력 생산이 원천적으로 불가능하지만, 반면 조력은 달과 지구의 밀고 당기는 힘에 의해 얼마만큼의 전력 생산이 가능한지 예측 가능하기 때문이다.
수질개선 및 탄소저감효과 인정받아
시화호 조력발전소의 건립배경은 1997년 담수호였던 시화호가 환경오염 등으로 '죽음의 호수'라는 오명을 가질 정도로 심각한 사회문제로 불거지면서 시작되었다. 당시 해양수산부는 시화호의 수질을 개선하기 위해 2000년 담수호에서 해수호로 변경하기로 결정하고, 2002년 한국수자원공사가 청정에너지 개발과 시화호 수질개선을 목적으로 시화방조제에 조력발전소를 설치, 운영하는 계획을 세웠다. 이에 2년여 동안의 준비기간을 거쳐 2004년 12월말 역사적인 첫 삽을 뜨게 되었다.
이후 꾸준한 수질개선 활동으로 지금은 일반 호수 수준으로 수질이 크게 나아졌다. 김만기 처장은 "조력발전소 건설 또한 환경에 보탬이 된다"고 말한다. 대형 배수갑문 8개를 만들어 하루 1억 4,700만 톤의 해수 유통이 가능하기 때문이다. 시뮬레이션 결과 화학적 산소요구량(COD)이 발전소 건설 후 외해(外海)와 비슷한 수준인 2.0ppm으로 떨어지는 것으로 나타났다.
2006년 시화호조력발전소는 탄소저감효과를 인정받아 UN 청정개발체계(CDM)에 등록을 완료했으며, 31만 5,000톤의 저감 탄소에 대한 탄소거래권으로 연간 80억원의 수입이 발생할 것으로 기대된다.
세계 최대 규모의 이번 프로젝트를 건설하면서 가장 어려웠던 점에 대해 김만기 처장은 "무엇보다 벤치마킹할 곳이 없다는 게 힘들었다"고 말한다. "240MW의 프랑스 랑스조력발전소는 1966년 완공돼 공사과정 데이터가 대부분 유실되었고, 중국의 지앙시아나 캐나다의 아나폴리스 같은 곳은 용량이 적어 참고가 되지 못했다"며 " 때문에 국내 독자적인 기술로 지을 수밖에 없었고, 그 과정에서 여러 시행착오를 겪기도 했다"고 토로했다.
국내 건설기술 우수성을 세계에 알려
시화호 조력발전소의 시공은 대우건설이 45%, 삼성건설이 35%, 신동아건설과 대보건설이 각각 10%를 맡고 있다. 총사업비 3,551억워 의 시화호 저력발전소는 2009년 12월 11일 현재 전체 공정률 81%를 보이고, 수차 및 수문 구조물 공사는 96%의 진척을 보이고 있으며, 한창 수차발전기의 조립설치 공사 중이다.
지난 2009년 11월, 수차발전기의 핵심설비인 회전자를 설치하는 정치식 행사를 통해 본격적으로 수차발전설비 설치를 시작하여, 앞으로 전기를 생산할 길이 16.7m, 지름 8.2m 크기의 대형 벌브형 수차가 안치되고 있다. 수차 후미에는 7.5m 크기의 날개 3개가 달린 회전자가 설치돼 바닷물이 밀려들어오면 그 힘에 의해 날개를 돌리면서 전기를 생산하게 된다. 앞으로 본격적인 수차, 수문, 구조물공사와 Generator & Turbine 등 전기, 기계 설비공사, 발전소 건축물공사, 관광부지 조성을 위한 조경공사가 진행될 것이다. 대우건설 고영식(50) 현장소장은 "시화호조력발전소는 우리나라 건설기술의 우수성을 세계에 알리는 계기가 될 것"이라며 "시화호가 세계적인 신재생에너지 견학의 명소로 변모할 것이다"고 말한다. 이번 프로젝트의 건설공법은 항만공사에서 일반적인 사석경사식 가물막이가 아닌 원형셀(Cell)식 가물막이 공법으로 영구구조물과 같은 구조적 안정성을 확보함과 동시에 사석 투하와 제거에 따른 해양오염과 외부에서 필요토량 반입시 발생하는 추가적인 토취장 개발을 최대한 억제함으로써 환경 피해를 최소화하였다. 항만공사에서 일반적인 사석경사식 가물막이가 아닌 원형셀식 가물막이 공법을 적용해 구조적 안정성을 확보하고, 환경 피해를 최소화하였다. 국내에서 서해대교 주탑 교각기초의 가물막이 공사시 육상조립 후 해상기중기로 이동하여 해상에서 설치하는 공법으로 적용되었으나, 이번 현장에서는 시공설계시부터 면밀한 검토와 해외시공사례를 조사, 해상에서 직접 시공하는 방법을 채택하였다. 특히 정밀도가 요구되어 해상장비의 파도에 의한 움직임으로 오차를 줄이기 위해 수상에서 해저면 아래까지 고정시킬 수 있는 특수장비(Self Elevated Plate Barge)를 활용해 Flat Sheet Pile의 최종 폐합오차를 방지하도록 시공하는 등 다양한 공법을 시도해 주목받고 있다. 수차발전기 단면도 반입구를 통해 수차축을 설치하고 있다. 또한 기존 국내 수력발전소 발전기 Winding Bar 말단부 브레이징 용접을 위해 사용하였던 저항방식의 브레이징 용접기의 단점을 보완한 고주파방식의 브레이징 용접을 사용하였다. 고주파방식은 저항방식에 비해 저전력, 소형화 및 빠른 국부예열이 가능해 높은 품질을 확보하고 비용을 절감할 수 있었다. 이번 공사과정에서의 최대의 난공사에 대해 고영식 소장은 "초기에 시행했던 물막이 공사 과정이 가장 난공사였다"며 "육상공사를 위해 망망대해 바다 안에 축구장 12개 넓이의 물막이를 치고 물을 빼내야 했으며, 이 과정에서 원형셀식 가물막이공법을 적용했는데, 시트파일 128개를 묶은 직경 20m의 원형셀 29개를 바다에 설치했다"고 설명한다. 또한 "완공 때까지 품질과 안전이 최고의 목표"라며 "국내 최초의 조력발전소라는 점에서 유지관리와 운영 중 변수가 있을 수 있어 시험가동을 통해 운용과정에서 발생할 수 있는 문제점을 사전에 검토, 해결해 완벽한 운용이 될 수 있도록 준비할 것"이라는 각오를 밝힌다. 세계 최대의 조력발전소라는 상징성이 있어 관광면에서도 큰 자원이 돼 지역경제 활성화에 따른 막대한 관광수입 효과도 가져올 것으로 기대되고 있다. 
시화호 조력발전소는 2004년 12월 착공해 2009년 12월 현재 81%의 공정률을 보이고 있다.
유량 조정장치 설치를 위한 준비작업이 한창이다.
시화호 조력발전소의 수차, 수문 구조물 전경
시화호조력발전소의 완공으로 주변지역의 환경도 획기적으로 변화할 것이다. 발전소와 더불어 조성되는 관광단지는 발전소에서 나온 흙을 이용해 건설하면 다양한 문화공간을 만들어 연간 110만명에 달하는 국내외 관광객이 이곳을 찾을 것으로 전망된다. 이 단지에는 주민들을 위한 체험광장이 조성된다. 자연생태체험 테마공간을 비롯해 각종 편의 공간이 들어서고, 누구나 무료로 이용할 수 있다.
