파도에너지란무엇인가_认识我们未来的能源:朝鲜文

时间:2020-04-08  栏目:理论教育  

파도에너지란무엇인가_认识我们未来的能源:朝鲜文

파도에너지란 바다표면의 파도가 가지고 있는 운동에너지와위치에너지를 말한다. 파도에너지는 바람이 에너지를 바다에 전달하여 생기는데 실질은 바람에너지를 흡수하여 생긴 것이다. 그러므로 파도에너지의 에너지의 전달속도와 바람의 속도는 매우 큰 관계가 있으며 바람과 물의 상호작용거리와도 관계된다. 그것이 산생시킨 에너지와 파도높이의 평방, 파도의운동주기 및 파면을 맞는 넓이(迎波面的宽度)는 모두 정비례를 이룬다. 파도에너지는 모든 해양에너지원천 가운데서 가장 불안정적인 에너지의 일종이다.

▍뒤번지는파도

세찬 파도가 아우성치는 바다에서는 아무리 큰 륜선이라도 하나의 작은 널판자 같이 이리저리 떠다닌다. 큰 파도는 거대한 륜선을 뒤집어놓을수도 있고 선체를 뭉텅 끊어놓을 수도 있다. 만약 파도의 파장을 배의 길이라고 한다면 물마루(波峰)가 배의 중간에 있을 때 배의 머리와 배의 꼬리가 면바로 파곡(波谷)이 된다. 이때 배는 중아치(中拱)현상이 발생할 수있다. 물마루가 배의 머리, 배의꼬리에 있을 때에 중간은 파곡이된다. 이때 배는 중간이 처질 수있다. 이렇게 배가 우로 올라가고아래로 처지고 하는 동작이 몇번반복되면 거대한 륜선도 허리가뭉텅 부러지게 된다. 20세기 50년대에 미국의 큰 륜선이 이딸리아의 해역에서 거대한 파도에 의해허리가 부러진 사고가 발생했다. 그때 만약 경험이 있는 선장이라면 배의방향을 조금만 개변시켜도 재난을 모면할 수 있었을 것이다. 그것은 배의방향을 개변시키면 파도의 ‘상대적 파장’을 개변시키는 것으로 되여 배에중아치현상과 중간이 처지는 현상이 생기지 않을 수 있기 때문이다. 선장에게이러한경험이없었기에한차례의엄중한재난을초래하게되였다.

▍파도

◎파도에너지의개발

옛날부터 연해에 살고 있던 솜씨가 뛰여난 장인들은 모든 방법을 다짜내여 바다 속에 잠재하여있는 이렇듯 거대한 에너지를 리용하려고 하였다. 파도가 간직하고 있는 에너지는 주로 바다표면의 파도가 가지고 있는운동에너지와 위치에너지를 가리킨다. 태풍이 초래한 거대한 파도는 공률밀도가 매 메터의 영파면(迎波面)이 몇천킬로와트에 달하는바 파도에너지가 풍부한 유럽의 북해지구는 년평균 파도공률이 20~40킬로와트/평방메터이며 중국해안지구의 년평균 파도공률은 2~7킬로와트/평방메터이다. 수력은 전세계 에너지의 3배가 되는 에너지를 만족시킬 수 있다. 전세계 파도에너지의 리론상의 추정치도 109킬로와트체급(量级)이다. 중국연해의 리론상의 파도년평균공률은 1.3×107킬로와트이다. 그러나 적지 않은 해양기상대의 관측지점이 해만의 안쪽이나 파도가 낮은 곳에 위치하여있기에 실제연해파도공률은이수치보다높다. 그중에서절강, 복건, 광동과대만의연해지구는파도에너지가풍부한지구이다. 그러나구경어떻게하여야파도에너지를개발할수있겠는가?

파도에너지를 채집한 후 전기에너지 혹은 기타 형식의 에너지로 전변시키는 파도에너지장치는언덕에 설치하는 것과 바다에 떠있는 것 두가지가 있다. 에너지를전달하는 형식에 따라 나눈다면직접기계로 동력을 전달하는 방식,저압수력으로 동력을 전달하는 방식, 고압액체압력으로 동력을 전달하는 방식, 에어동력(气动)으로 동력을 전달하는 방식 등 네가지가 있다.그중에서 에어동력으로 동력을 전달하는 방식은 공기타빈파력발전기(空气涡轮波力发电机)를 채용하는 것인데 파도운동이 공기를 압축하여 산생한왕복기류에너지를 전기에너지로 전환시킨다. 회전부품이 바다물과 접촉하지않기에고속회전을할수있으며따라서발전(发展)이비교적빠르다.

▍대량의파도에너지

◎어떻게파도에너지를리용해야하는가?

목전에 파도에너지를 리용하는 사업은 ‘발명가의 락원’이라고 불리우고 있다. 그것은 전세계적으로 파도에너지를 리용하는 기계설계가 수천을헤아리고 특허증서를 얻은 것만 해도 수백건에 달하기 때문이다. 1799년,프랑스의 지라데(吉拉德) 부자가 가장 먼저 파도에너지 리용기계발명특허권을 얻었다. 후에 1854년부터 1973년까지 119년 사이에 영국에서 륙속 340개 항목의 파도에너지발명특허권을 등록하였는데 그중에서 61개 항목은 미국에 속하였다. 프랑스에서는 600여종에 달하는 파도에너지리용기술과관련되는설명서를찾을수있다. 파력장치가스작동식은초기에해양파도에너지발전 실제사용에 맡겨진 설비장치이다. 그 원리는 파도의 아래우기복의힘을리용하는것인데압축된공기로급간(汲简) 안의피스톤을추동하여 왕복운동을 하게 하는 것이다. 1910년, 프랑스의 부라세ㆍ버라쎄크는 해변가의 주택부근에 가스작동식 파도발전소를 건설하여 주택에 1,000와트의 전기를 공급하였다. 이 발전소 장치의 원리는 다음과 같다. 바다물과 서로 통하는 밀페수직관속의 공기가 파도의 기복에 의해 압축되거나희박해지면서 피스톤을 움직여 왕복운동을 하게 하는데 최종적으로 발전기의회전운동으로전환되여전기를일으킨다.

60년대에 일본에서는 등대의 부체에 사용되는 가스작동식 파력발전장치연구제작에 성공하였다. 후에 이런 장치가 정식으로 생산에 투입되였는데 산품의 공률은 60~500와트로서 서로 부동하였다. 이런 산품들은 일본에서 자체로 사용하는 외에 일부는 다른 나라에 수출되여 몇몇 안되는 소수의파도에너지장비상품의하나로되였다.

이 산품의 발전원리는 거꾸로 놓은 뽐프와 같은데 파도가 상하로 오르내리는 힘에 의하여 공기를 흡수하고 압축하며 따라서 타빈을 추진하여전기를일으키게한다.(www.guayunfan.com)

관련전문가의 짐작에 의하면 목전에 바다의 항로표식과 외로운 섬에전기를 공급하는 데 쓰이는 파도에너지 발전설비는 수십억딸라의 시장수요가 있다고 한다. 이러한 현상태는 일부 나라의 파도에너지연구를 크게촉진하였다. 70년대 이래, 영국, 일본, 노르웨이 등 많은 나라들에서는 파도에너지발전 면에 대한 연구에 대량의 인력과 물력을 투입하여 뚜렷한성과를 거두었다. 영국에서는 스코틀랜드 외해의 파도장(波浪场)에 대규모적으로 오리식파도발전장치를 설치하여 당시 영국 전체에 소요되는 전기를 공급하려고 계획한 적이 있었다. 그러나 장치구조가 너무 방대하고 복잡하고 원가가 너무 높아 야심만만한 이 계획은 종당에는 잠시 그만두게되였다. 80년대에 일본 ‘가이메이(海明)’ 파도발전선이 실험에 성공함과 아울러 한해에 19만도의 전기를 내는 량호한 성적을 거두었으며 해상부체파도발전소에서 륙지에 소규모의 전기 수송을 실현하였다. 지금도 일본에서는 의연히 ‘가이메이’ 파도발전선을 ‘리도전원(离岛电源)’에서 우선적으로선택하는방안으로보고있으며계속하여연구와개진을진행하고있다.

목전에 중국의 파력발전연구성적도 비교적 뚜렷하다. 70년대 이래 상해, 청도, 광주, 북경의 몇개 연구단위에서 륙속 연구사업을 전개하였다.목전에 등대에 쓰이는 파력발전장치는 이미 생산에 투입되였을 뿐만 아니라바다섬에전기를공급하는해안식파력발전소도한창실험중에있다.

◎파도에너지는어떻게전기를일으키는가?

파도에너지란 바다표면의 파도가 가지고 있는 운동에너지와위치에너지를 가리킨다. 파도에너지를 리용하여 전기를 내려면 파도에너지장치를 통하여야 하는데먼저 파도에너지를 기계에너지로전환시킨 다음 다시 전기에너지로전환시킨다. 이 기술은 20세기 80년대초에 흥기하기 시작하였는데목전에 서방의 해양대국들에서도 여러가지 새로운 기술우세를 리용하여다투어실험을진행하고있다.

▍파도에너지를 리용하여 전기를 내는회전기

파도에너지는 무진장한 재생이 가능한 청정에너지원천일 뿐만 아니라에너지밀도가 높고 분포 면이 넓은 등 많은 장점도 가지고 있다. 더우기에너지소모가 비교적 큰 겨울철도 능히 파도에너지를 대량적으로 리용할수 있는 시기이다. 현재 공률이 작은 파도에너지 발전은 이미 부표인도와등대 등 항목에서 일정하게 보급되여 응용되고 있다. 중국은 광활한 해양자원을 갖고 있는바 파도에너지의 리론상의 저장량은 7,000만킬로와트 좌우이며 연해의 파도에너지의 에너지속밀도(能流密度)는 대략 매 메터당 2,000~7,000와트이다. 파도에너지의 에너지속밀도가 비교적 높은 곳은 매메터 해안선외의 파도에너지속밀도의 에너지이면 20개 가정에 조명용전기를공급할수있다.

파도에너지는 바람이 바다에 에너지를 전달하여 산생되는데 사실은바람에너지를 흡수하여 형성된 것으로서 일반적으로 바람이 비교적 많은연해지대에는파도에너지밀도가모두매우높다.

파도에너지의 에너지전달속도는 바람의 속도와 아주 큰 관계가 있을뿐만아니라바람과물의상호작용및거리와도모두일정한관계가있다.물덩어리(水团)가 바다평면에서 상대적으로 위치이동이 발생할 때 파도로하여금일정한위치에너지를가지게하며수질점(水质点)의운동은파도로하여금 운동에너지를 가지게 한다. 저장된 에너지는 마찰과 세찬 움직임후에 점차 흩어져 사라지는데 흩어져 사라지는 속도의 대소는 종당에는파도의특징과물의깊이에의하여결정된다. 상대적으로말하면심해지역의 큰 파도의 에너지가 흩어져 사라지는 속도는 비교적 느리며 따라서 파도계통의 일정한 복잡성을 초래하게 된다. 그뿐만 아니라 파도로 하여금흔히 국지적 바람을 동반하게 하거나 며칠전에 멀리서 불어친 폭풍의 영향을 받게 한다. 파도는 능히 파도의 길이, 파도의 높이, 파도의 주기 등특징으로묘사할수있다.

일반적인 정황에서 파도에너지를 리용하는 주요한 방식은 파도에너지로 전기를 일으키는 것이다. 보조적으로 열을 공급하거나 물을 뽑거나 수소를 제조하는 것 등에 쓰이기도 한다. 파도에너지를 리용함에 있어서 제일 관건은 바로 파도에너지전환장치이다. 파도에너지는 일반적으로 3급전환을 경과해야 한다. 그중 제1급은 수파체(受波体)인데 그것의 역할은 바다의파도를받아들이는것이다. 제2급은중간전환장치인데그것의역할은제1급의 전환을 최적화함과 아울러 충분히 안정한 에너지를 산생하는 것이다. 제3급은발전장치인데이런발전장치는다른발전장치와기본적으로같다.

세계적으로 가장 강한 풍력은 남반구와 북반구 40˚~60˚ 위도 사이의풍력이다. 저속바람은 비교적 규칙적이기에 적도 량측 30˚ 이내 무역풍지구의 저속바람은 아주 흡인력이 있는 물결(波候)을 산생하게 된다. 일반적으로 바람이 잦고 바람이 부는 시간이 긴 연해의 파도에너지의 밀도는 일반적으로아주높다. 례를들면미국서부의연해, 영국의연해, 뉴질랜드의남부연해 등은 모두 바람구역으로서 특별히 좋은 파도가 있다. 이외에 중국의 절강, 광동, 복건과 대만연해는 모두 파도에너지가 비교적 풍부한 지구이다.

리용할 수 있는 파도에너지원천이 해안선에 접근한 지방에 국한되여있기에 바다 속에 숨어있는 파도에너지는 추출하기 아주 어렵다. 그러나설령 그렇다고 치더라도 조건이 비교적 좋은 연해지구의 파도에너지원천저장량은 대략 2테라와트를 초과하고 있다. 추측에 의하면 전세계에서 능히 개발하여 리용할 수 있는 파도에너지가 2.5테라와트에 달한다고 한다.중국연해는 유효한 파도의 높이는 약 2~3메터이고 파렬의 주기는 9초이며파도의 공률은 17~39킬로와트/메터이다. 발해만은 보다 높은데 42킬로와트/메터에 달하고 있다. 또한 파도에너지가 집중되였고 에너지밀도가 높으며분포면이넓은등많은장점을가지고있다. 특히에너지원천소모가비교적 높은 겨울철에도 능히 리용할 수 있는 파도에너지의 에너지 역시 가장크다.

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