국내 에너지산업은 석탄, 원자력, LNG 등 화력 발전 위주의 중앙 집중형 공급방식이다. 지난 2014년을 기준으로 국내 발전비중은 석탄 39.3%, 원자력 30.0%, LNG 20.4%, 석유 1.4%, 기타 8.9% 이다. 소수력은 석탄이나 석유, 원자력 등 다른 에너지원에 비해 이산화탄소 배출을 거의 하지 않는다. 그야말로 재생 가능한 환경에너지를 지속적으로 생산할 수 있으며, ...
국내 에너지산업은 석탄, 원자력, LNG 등 화력 발전 위주의 중앙 집중형 공급방식이다. 지난 2014년을 기준으로 국내 발전비중은 석탄 39.3%, 원자력 30.0%, LNG 20.4%, 석유 1.4%, 기타 8.9% 이다. 소수력은 석탄이나 석유, 원자력 등 다른 에너지원에 비해 이산화탄소 배출을 거의 하지 않는다. 그야말로 재생 가능한 환경에너지를 지속적으로 생산할 수 있으며, 분산전원을 통해 지역의 에너지 자립율을 높일 수 있다. 또한 소수력은 다른 에너지원에 비해 에너지 변환효율과 밀도가 높아 안정된 발전이 가능하다. 특히 하수처리장의 방류수, 폐수처리장의 순환수 등 기존 시설물을 이용할 수 있는 장점이 많다. 하지만 기술부족 등의 이유로 인해 국내 소수력의 발전효율이 낮아 경제성이 매우 취약한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 서울 난지물재생센터(하수처리장) UV살균기 직후 방류지점에 수차 일체형 소수력 발전기를 설치하는 것을 가정하였다. 서울 난지물재생센터는 지난 2013년 기준, 유입 하수량은 1일 644천 톤, 처리량은 626천 톤으로 나타났다. 월별 최대 처리량은 7월과 8월에 80만 톤 이상으로 가장 많았으며, 1월과 2월 그리고 12월에는 60만 톤에 다소 미치지 못한 것으로 나타났다. 또한 유입 하수(원수)량은 일간, 계절별 다소 차이는 있으나, 연간 1일 평균 60만 톤의 하수를 처리하여 최종 방류하고 있는 것으로 나타났다. 서울 난지물재생센터 UV살균기 직후 방류지점에서의 수차 일체형 소수력 발전기의 효율은 70%로 기존 소수력 발전기에 비해 높게 나타났다. 평균 유량(방류량; 60만 톤/일), 정격유효낙차(UV살균기 직후 방류지점; 1m), 합성효율(수차와 발전기; 70%), 시설 가동률(하수처리장 운전; 357일/년(98%))을 적용하여 분석한 결과 정격출력은 47KWh로 나타났다. 이와 함께 수차 일체형 소수력 발전기의 특징은 첫째, 기존 소수력 발전기의 경우 수차의 하우징과 발전기를 연결하는 씰링에서 약 20% 정도의 운동에너지가 손실되는데 수차 일체형 소수력 발전기는 수차와 발전기를 일체화하여 운동에너지의 손실을 5% 이내로 낮췄다. 둘째, 발전기를 최소화하여 유지관리의 편의성을 고려했다. 셋째, 발전기 설치에 따른 공사기간과 비용을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 다만, 수차 크기의 한계로 인해 설치 장소가 제한적이라는 단점도 있다. 국내 소수력 발전을 활성화하기 위해서는 첫째, 발전기의 용량에 따른 가중치를 차등 지급하는 것을 고려해야한다. 중·대수력 발전은 대규모 환경훼손과 하천의 생태계 파괴에 악영향을 미친다. 반면, 소수력 발전은 환경훼손과 하천의 생태계를 파괴하지 않는다는 큰 장점이 있다. 둘째, 소수력 발전관련 시험·성능·평가를 위한 전문기관을 설립하는 것을 고려해야한다. 소수력은 설치지점에 따라 발전방식이나 방법이 크게 달라진다. 따라서 이러한 제품의 개발, 설치에 가장 적합한 기술과 최적의 설치방법 등에 대한 시험·성능·평가 전문기관을 설립하는 것이 필요하다. 셋째, 소수력 발전기는 용량에 따른 표준화를 통해 기술 및 가격 경쟁력을 높여야한다. 또한 전기에너지의 변환과 수송에 필요한 설비의 표준화도 필요하다. 넷째, 저낙차·저유량 등 기존 시설물의 설치여건에 적합한 소수력 발전기술과 설치에 따른 전체 발전시스템을 개발하는 것이 무엇보다 필요하다. 소수력 발전은 국내에 국한하지 않는다. 저개발국 빈곤 퇴치, 온실가스 감축, 에너지 안보 등의 이유로 세계시장에서 지속적으로 확대될 것이다. 끝으로 본 연구를 통해 개발된 수차 일체형 소수력 발전기는 서울 난지물재생센터 UV살균기 직후 방류지점에 설치할 것을 가정하였다. 따라서 실제 현장설치를 통해 어떤 차이가 있는지에 대한 검증과 보완 연구가 뒤따라야 하며, 이를 통해 신뢰성 있는 평가방안의 실용화가 가능할 것으로 판단된다.
국내 에너지산업은 석탄, 원자력, LNG 등 화력 발전 위주의 중앙 집중형 공급방식이다. 지난 2014년을 기준으로 국내 발전비중은 석탄 39.3%, 원자력 30.0%, LNG 20.4%, 석유 1.4%, 기타 8.9% 이다. 소수력은 석탄이나 석유, 원자력 등 다른 에너지원에 비해 이산화탄소 배출을 거의 하지 않는다. 그야말로 재생 가능한 환경에너지를 지속적으로 생산할 수 있으며, 분산전원을 통해 지역의 에너지 자립율을 높일 수 있다. 또한 소수력은 다른 에너지원에 비해 에너지 변환효율과 밀도가 높아 안정된 발전이 가능하다. 특히 하수처리장의 방류수, 폐수처리장의 순환수 등 기존 시설물을 이용할 수 있는 장점이 많다. 하지만 기술부족 등의 이유로 인해 국내 소수력의 발전효율이 낮아 경제성이 매우 취약한 것으로 나타났다. 본 논문에서는 서울 난지물재생센터(하수처리장) UV살균기 직후 방류지점에 수차 일체형 소수력 발전기를 설치하는 것을 가정하였다. 서울 난지물재생센터는 지난 2013년 기준, 유입 하수량은 1일 644천 톤, 처리량은 626천 톤으로 나타났다. 월별 최대 처리량은 7월과 8월에 80만 톤 이상으로 가장 많았으며, 1월과 2월 그리고 12월에는 60만 톤에 다소 미치지 못한 것으로 나타났다. 또한 유입 하수(원수)량은 일간, 계절별 다소 차이는 있으나, 연간 1일 평균 60만 톤의 하수를 처리하여 최종 방류하고 있는 것으로 나타났다. 서울 난지물재생센터 UV살균기 직후 방류지점에서의 수차 일체형 소수력 발전기의 효율은 70%로 기존 소수력 발전기에 비해 높게 나타났다. 평균 유량(방류량; 60만 톤/일), 정격유효낙차(UV살균기 직후 방류지점; 1m), 합성효율(수차와 발전기; 70%), 시설 가동률(하수처리장 운전; 357일/년(98%))을 적용하여 분석한 결과 정격출력은 47KWh로 나타났다. 이와 함께 수차 일체형 소수력 발전기의 특징은 첫째, 기존 소수력 발전기의 경우 수차의 하우징과 발전기를 연결하는 씰링에서 약 20% 정도의 운동에너지가 손실되는데 수차 일체형 소수력 발전기는 수차와 발전기를 일체화하여 운동에너지의 손실을 5% 이내로 낮췄다. 둘째, 발전기를 최소화하여 유지관리의 편의성을 고려했다. 셋째, 발전기 설치에 따른 공사기간과 비용을 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 다만, 수차 크기의 한계로 인해 설치 장소가 제한적이라는 단점도 있다. 국내 소수력 발전을 활성화하기 위해서는 첫째, 발전기의 용량에 따른 가중치를 차등 지급하는 것을 고려해야한다. 중·대수력 발전은 대규모 환경훼손과 하천의 생태계 파괴에 악영향을 미친다. 반면, 소수력 발전은 환경훼손과 하천의 생태계를 파괴하지 않는다는 큰 장점이 있다. 둘째, 소수력 발전관련 시험·성능·평가를 위한 전문기관을 설립하는 것을 고려해야한다. 소수력은 설치지점에 따라 발전방식이나 방법이 크게 달라진다. 따라서 이러한 제품의 개발, 설치에 가장 적합한 기술과 최적의 설치방법 등에 대한 시험·성능·평가 전문기관을 설립하는 것이 필요하다. 셋째, 소수력 발전기는 용량에 따른 표준화를 통해 기술 및 가격 경쟁력을 높여야한다. 또한 전기에너지의 변환과 수송에 필요한 설비의 표준화도 필요하다. 넷째, 저낙차·저유량 등 기존 시설물의 설치여건에 적합한 소수력 발전기술과 설치에 따른 전체 발전시스템을 개발하는 것이 무엇보다 필요하다. 소수력 발전은 국내에 국한하지 않는다. 저개발국 빈곤 퇴치, 온실가스 감축, 에너지 안보 등의 이유로 세계시장에서 지속적으로 확대될 것이다. 끝으로 본 연구를 통해 개발된 수차 일체형 소수력 발전기는 서울 난지물재생센터 UV살균기 직후 방류지점에 설치할 것을 가정하였다. 따라서 실제 현장설치를 통해 어떤 차이가 있는지에 대한 검증과 보완 연구가 뒤따라야 하며, 이를 통해 신뢰성 있는 평가방안의 실용화가 가능할 것으로 판단된다.
The domestic energy industry is a central supply system of thermal power such as coal, nuclear power, and LNG. As of 2014, the ratio of domestic electricity generation was, 39.3% for coal, 30.0% for nuclear power, 20.4% for LNG, 1.4% for oil, and 8.9% for other sources. Small hydropower releases alm...
The domestic energy industry is a central supply system of thermal power such as coal, nuclear power, and LNG. As of 2014, the ratio of domestic electricity generation was, 39.3% for coal, 30.0% for nuclear power, 20.4% for LNG, 1.4% for oil, and 8.9% for other sources. Small hydropower releases almost no carbon dioxide unlike other energy sources such as coal, oil, and nuclear power. It can produce a renewable environmental energy continuously and can contribute to local energy independence through distributed power. In addition, small hydropower is capable of stable power generation due to higher energy conversion efficiency and power density than those of other sources. Especially, there are many advantages such as using the existing facilities when using effluent of sewage treatment plants and circulating water of treatment plants. However, for reasons including insufficient technology, the efficiency of domestic small hydropower is low so it is considered economically infeasible. In this paper, it was hypothesized that a small hydropower generator integrated with hydraulic turbine was installed at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center(sewage treatment plant). As of 2013, Seoul Nanji Water Recycling Center recorded 644,000 tons of sewage inflow and 626,000 tons of throughput per day. The monthly maximum throughput was over 800,000 tons in July and August and less than 600,000 tons in January, February and December. In addition, the amount of sewage inflow(sea water) had daily and seasonal differences, but it was found that the discharge of treated sewage was 600,000 tons per day on average. The efficiency of a small hydropower generator integrated with hydraulic turbine at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center was 70%, which was higher compared to existing small hydropower generators. The rated power was 47KWh in the analysis that applied the average discharge(discharge; 60 tons/day), rated effective head(at discharge point after UV sterilizer; 1m), overall efficiency(hydraulic turbine and generator; 70%), facility operation rate(sewage treatment plant operation; 357 days/year (98%)). As for the characteristics of the small hydropower generator integrated with hydraulic turbine, first, while the existing small hydropower generators cause about 20% loss of kinetic energy at the sealing that connects the housing of hydraulic turbine and the generator, the small hydropower generator integrated with hydraulic turbine lowered the loss of kinetic energy to under 5% by integrating the hydraulic turbine and the generator. Second, it minimized the size of generator for the convenience of maintenance. Third, it can reduce construction period and cost spent for the installation of the generator. It has the disadvantage, however, that due to the limitation in the size of hydraulic turbine, the places it can be installed are limited. In order to promote small hydropower in Korea, first, it should be considered to give different weighted value depending on the capacity of generators. Medium- or large-scale power generation cause a big scale of environmental damage and have adverse effects on riparian ecosystem. In comparison, small hydropower has the big advantage of not affecting the environmental and riparian ecosystem. Second, it should be considered to build a professional organization that can test and evaluate the efficiency of small hydropower generation. Small hydropower uses different method of power generation depending on the location it is installed. So there should be consideration about establishing a professional institute that can test and assess the optimal method appropriate for the development and installation of the power generator. Third, small hydropower generators should have higher price competitiveness through standardization depending on capacity. There should also be standardization of facilities that are needed for electric energy conversion and transmission. Fourth, there should be development of small hydropower generation technology appropriate for small waterfall and small flow rate and development of the overall power generation system. Small hydropower will not be used limitedly in Korea. It will continuously expand across the world for the fight against poverty in underdeveloped countries, reduction of greenhouse gasses, and energy security. The small hydropower generator integrated with hydraulic turbine developed through this study was hypothesized to be installed at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center. So there should be verification and follow-up studies to see if there are differences in actual installation, through which the practical use of reliable assessment will be available.
The domestic energy industry is a central supply system of thermal power such as coal, nuclear power, and LNG. As of 2014, the ratio of domestic electricity generation was, 39.3% for coal, 30.0% for nuclear power, 20.4% for LNG, 1.4% for oil, and 8.9% for other sources. Small hydropower releases almost no carbon dioxide unlike other energy sources such as coal, oil, and nuclear power. It can produce a renewable environmental energy continuously and can contribute to local energy independence through distributed power. In addition, small hydropower is capable of stable power generation due to higher energy conversion efficiency and power density than those of other sources. Especially, there are many advantages such as using the existing facilities when using effluent of sewage treatment plants and circulating water of treatment plants. However, for reasons including insufficient technology, the efficiency of domestic small hydropower is low so it is considered economically infeasible. In this paper, it was hypothesized that a small hydropower generator integrated with hydraulic turbine was installed at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center(sewage treatment plant). As of 2013, Seoul Nanji Water Recycling Center recorded 644,000 tons of sewage inflow and 626,000 tons of throughput per day. The monthly maximum throughput was over 800,000 tons in July and August and less than 600,000 tons in January, February and December. In addition, the amount of sewage inflow(sea water) had daily and seasonal differences, but it was found that the discharge of treated sewage was 600,000 tons per day on average. The efficiency of a small hydropower generator integrated with hydraulic turbine at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center was 70%, which was higher compared to existing small hydropower generators. The rated power was 47KWh in the analysis that applied the average discharge(discharge; 60 tons/day), rated effective head(at discharge point after UV sterilizer; 1m), overall efficiency(hydraulic turbine and generator; 70%), facility operation rate(sewage treatment plant operation; 357 days/year (98%)). As for the characteristics of the small hydropower generator integrated with hydraulic turbine, first, while the existing small hydropower generators cause about 20% loss of kinetic energy at the sealing that connects the housing of hydraulic turbine and the generator, the small hydropower generator integrated with hydraulic turbine lowered the loss of kinetic energy to under 5% by integrating the hydraulic turbine and the generator. Second, it minimized the size of generator for the convenience of maintenance. Third, it can reduce construction period and cost spent for the installation of the generator. It has the disadvantage, however, that due to the limitation in the size of hydraulic turbine, the places it can be installed are limited. In order to promote small hydropower in Korea, first, it should be considered to give different weighted value depending on the capacity of generators. Medium- or large-scale power generation cause a big scale of environmental damage and have adverse effects on riparian ecosystem. In comparison, small hydropower has the big advantage of not affecting the environmental and riparian ecosystem. Second, it should be considered to build a professional organization that can test and evaluate the efficiency of small hydropower generation. Small hydropower uses different method of power generation depending on the location it is installed. So there should be consideration about establishing a professional institute that can test and assess the optimal method appropriate for the development and installation of the power generator. Third, small hydropower generators should have higher price competitiveness through standardization depending on capacity. There should also be standardization of facilities that are needed for electric energy conversion and transmission. Fourth, there should be development of small hydropower generation technology appropriate for small waterfall and small flow rate and development of the overall power generation system. Small hydropower will not be used limitedly in Korea. It will continuously expand across the world for the fight against poverty in underdeveloped countries, reduction of greenhouse gasses, and energy security. The small hydropower generator integrated with hydraulic turbine developed through this study was hypothesized to be installed at the discharge point after UV sterilizer, in Seoul Nanji Water Recycling Center. So there should be verification and follow-up studies to see if there are differences in actual installation, through which the practical use of reliable assessment will be available.
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