소수력은 신재생에너지 중 하나로 우리나라에는 부존량이 매우 풍부하여 최근 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이러한 소수력 자원의 적극적인 활용을 위해 소수력 자원량 산정의 정확성을 제고하고, 소수력 지리정보시스템을 이용한 에너지원 발굴의 기반환경이 필요하다. 본 연구에서는 연평균강우량, 유역면적, 유출계수를 세분화시켜 840개의 표준유역에 대한 소수력 발전소 시설용량과 연간전기생산량을 산정하였으며, 산정된 소수력 자원량과 분석기능, 그리고 국내 소수력 자원지도시스템에서 제공되지 않았던 소수력 발전소 현황, 하천, 유역, 강우관측소, 수위관측소 등에 대한 기초정보를 제공하여 소수력 지리정보시스템을 구축하였다. 구축된 소수력 지리정보시스템은 전국에 산재되어 있는 소수력 자원의 적극적인 활용을 위한 기초정보로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
소수력은 신재생에너지 중 하나로 우리나라에는 부존량이 매우 풍부하여 최근 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이러한 소수력 자원의 적극적인 활용을 위해 소수력 자원량 산정의 정확성을 제고하고, 소수력 지리정보시스템을 이용한 에너지원 발굴의 기반환경이 필요하다. 본 연구에서는 연평균강우량, 유역면적, 유출계수를 세분화시켜 840개의 표준유역에 대한 소수력 발전소 시설용량과 연간전기생산량을 산정하였으며, 산정된 소수력 자원량과 분석기능, 그리고 국내 소수력 자원지도시스템에서 제공되지 않았던 소수력 발전소 현황, 하천, 유역, 강우관측소, 수위관측소 등에 대한 기초정보를 제공하여 소수력 지리정보시스템을 구축하였다. 구축된 소수력 지리정보시스템은 전국에 산재되어 있는 소수력 자원의 적극적인 활용을 위한 기초정보로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
Small hydropower is one of the many types of new and renewable energy, which South Korea is planning to develop, as the country is abundant in endowed resources. In order to fully utilize small hydropower resources, there is a need for greater precision in quantifying small hydropower resources and ...
Small hydropower is one of the many types of new and renewable energy, which South Korea is planning to develop, as the country is abundant in endowed resources. In order to fully utilize small hydropower resources, there is a need for greater precision in quantifying small hydropower resources and establish an environment in which energy sources can be discovered using the small hydropower geographic information system. This study has given greater precision to calculating annual electricity generation and installed capacity of small hydropower plants of 840 standard basins by inquiring into average annual rainfall, basin area and runoff coefficient, which is anticipated to promote small hydropower resources utilization. Small hydropower geographic information system was also established by additionally providing base information on quantified small hydropower resources and analysis function and small hydropower generator status, rivers, basin, rainfall gauging station, water level gauging station etc., all of which were not provided by the domestic hydropower Resources Map System. Established GIS small hydropower energy system can be used to basic information for active uses of small hydropower energy which is scattered to the entire country.
Small hydropower is one of the many types of new and renewable energy, which South Korea is planning to develop, as the country is abundant in endowed resources. In order to fully utilize small hydropower resources, there is a need for greater precision in quantifying small hydropower resources and establish an environment in which energy sources can be discovered using the small hydropower geographic information system. This study has given greater precision to calculating annual electricity generation and installed capacity of small hydropower plants of 840 standard basins by inquiring into average annual rainfall, basin area and runoff coefficient, which is anticipated to promote small hydropower resources utilization. Small hydropower geographic information system was also established by additionally providing base information on quantified small hydropower resources and analysis function and small hydropower generator status, rivers, basin, rainfall gauging station, water level gauging station etc., all of which were not provided by the domestic hydropower Resources Map System. Established GIS small hydropower energy system can be used to basic information for active uses of small hydropower energy which is scattered to the entire country.
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문제 정의
본 연구에서는 현재 국내에서 사용하고 있는 소수력 자원지도시스템의 문제점을 분석한 후 이를 소수력 지리정보시스템에 반영하였으며, 소수력 자원량 산정에 필요한 매개변수를 세분화하여 소수력 자원량의 정확도를 제고하고자 한다. 또한, 산정된 소수력 자원량과 소수력과 관련된 기초정보를 제공하고, 분석기능을 수행할 수 있는 소수력 지리정보시스템을 구축하고자 한다.
본 연구에서는 소수력 자원량의 정확성을 제고하기 위해 세분화된 연평균강우량, 유출계수, 표준유역면적을 바탕으로 840개 표준유역에 대한 연평균유량, 소수력 발전소 시설용량과 연간전기생산량을 산정하였다.
본 연구에서는 소수력 자원의 적극적인 활용을 위해서 우리나라 국토 전반에 산재되어 있는 소수력 자원량을 산정하였으며, 이를 지리정보시스템을 이용하여 소수력 자원에 대한 다양한 정보를 확인할 수 있도록 소수력 지리정보시스템을 구축한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 현재 국내에서 사용하고 있는 소수력 자원지도시스템의 문제점을 분석한 후 이를 소수력 지리정보시스템에 반영하였으며, 소수력 자원량 산정에 필요한 매개변수를 세분화하여 소수력 자원량의 정확도를 제고하고자 한다. 또한, 산정된 소수력 자원량과 소수력과 관련된 기초정보를 제공하고, 분석기능을 수행할 수 있는 소수력 지리정보시스템을 구축하고자 한다.
속성정보 데이터베이스는 소수력 발전소 현황 및 시설용량, 소수력 자원량 산정에 필요한 기초정보 현황을 관리하고, 소수력 자원량 산정에 필요한 데이터를 제공하는 데에 초점을 두었다. 소수력 지리정보시스템 구축을 위한 관련 자료의 확인을 위하여 대상범위를 설정하고, 소방방재청 통합GIS 구축 자료, 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 기상청 등에서 제공하는 자료를 수집하여 이를 토대로 데이터베이스를 구축하였다.
본 연구에서는 수치지도와 병행하여 표 3에서 제시하고 있는 기초정보(소수력 발전소 현황정보, 소수력 발전소 시설용량 정보, 하천정보, 강우관측소 정보, 수위관측소 정보), 연평균유량, 시설용량, 연간전기생산량에 대한 정보를 데이터베이스화하여 정리·분석하였으며, 우리나라 국토 전반에 산재되어 있는 소수력 자원을 표현해 줄 주제도를 구축하였다. 이는 소수력 발전소 시설용량 및 연간전기생산량에 대한 자원정보와 각 유역의 특성을 효율적으로 보여 주는데 그 목적이 있다.
이렇게 산정된 소수력 자원량은 각 수계별 연평균강우량과 유출계수가 동일하여 배수구역에 대한 소수력 자원량이 유역면적의 크기에 따라 소수력 자원량의 크기가 결정되었다. 이에 본 연구에서는 소수력 자원량 산정에 큰 영향을 미치는 연평균강우량과 유출계수를 보다 세분화시켜 소수력 자원량 산정에 정확도를 제고시킬 필요가 있다. 또한, 유역을 구분함에 있어 국내에서 사용하고 있는 소수력 자원지도시스템은 배수구역을 기준유역으로 적용하였으나, 소수력 자원량 산정 시 기준유역으로 배수구역은 적합하지 않은 것으로 판단되어 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 수자원단위지도에서 제공하는 표준유역 개념을 사용하였다.
적용한 표준유역의 분할은 2002년 3월 “물관리 정보 표준화 실무 소위원회”에서 관련 부처 관계자(국토해양부, 농림수산식품부, 환경부의 물 정보 담당자) 및 외부 전문가로 구성된 전담반을 통해 수행되었으며, 수자원정보체계의 보다 효율적인 운영과 자료의 생산ㆍ관리 및 유통에 관한 표준화를 도모하기 위한 기반으로 물 정보 공동 활용을 위해 제시되었다.
가설 설정
77로 분석하였으며, 이 값을 840개의 표준유역에 대한 소수력 발전소 시설용량 산정 시 소수력 발전소 효율로 사용하였다. 또한, 유효낙차는 국내에 산재되어 있는 소수력 자원량을 산정함에 있어 고려되어야 할 요소이나, 소수력 발전소 개발자가 해당 유역 내에 소수력 발전소를 설치하고자 할 때 개발형식과 보의 높이에 따른 수리해석이 선행되어 결정되어지는 것으로 본 연구에서는 유효낙차를 기본 단위인 1 m로 가정하여 소수력 발전소 시설용량을 산정하였다. 이렇게 산정된 시설용량을 바탕으로 840개의 표준유역에 대한 소수력 발전소 연간전기 생산량을 식 3을 이용하여 산정하였다.
제안 방법
3) 본 연구를 통해 산정된 소수력 자원량과 소수력 자원량 산정에 필요한 기초정보를 지리정보시스템에 제공하였으며, 소수력 지리정보시스템 사용자가 매개변수를 달리하여 시스템 상에 제공되고 있는 결과와의 비교·분석이 가능한 분석기능을 개발하였다.
)이 필요하다. 그러나 소수력 발전소를 통과하는 유량은 계절별, 월별로 달라 장시간에 걸친 작업이 필요하고, 소수력 개발 후보 지점의 선정과 선정지점에 대한 특성을 단기간에 분석하기에는 부적합한 요소와 제약이 있기 때문에 본 연구에서는 각 표준유역 인근 강우 관측소 자료를 통해 얻은 연평균유량(Qa) 자료를 이용하여 소수력 발전소의 시설용량을 산정하였다. 또한, 산정된 시설용량을 바탕으로 일반하천(ρ = 1,000 kg/m3)에서의 소수력 발전소의 시설용량(C)과 연간 전기생산량(Ea)을 산출하였다.
그림 1은 수문자료와 유역정보, 수위·강우·기상 관측소 정보 및 하천·유역 정보는 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS)과 기상청 자료 등에서 얻은 자료를 수집하여 지형데이터의 정위치 편집을 통해 소수력 자원량 산정에 필요한 기초정보를 제공하였다.
데이터베이스의 구성은 크게 하천정보, 기상정보, 수문정보, 지형정보, 유역정보, 분석정보로 구성하였으며, 각각의 정보는 표 3과 같이 세부적으로 나누어 데이터베이스를 구성하였다.
따라서 본 연구에서는 국토해양부, 기상청의 최근 10년(1999년~2008년) 연평균강우량 자료를 수집하였으며, 결측치 및 이상치가 존재한 국토해양부 강우관측소에 대한 자료는 RDS(Reciprocal Distance Squared method) 방법을 이용하여 이를 보완·보정하였다.
또한, 산정된 시설용량을 바탕으로 일반하천(ρ = 1,000 kg/m3)에서의 소수력 발전소의 시설용량(C)과 연간 전기생산량(Ea)을 산출하였다.
이에 본 연구에서는 소수력 자원량 산정에 큰 영향을 미치는 연평균강우량과 유출계수를 보다 세분화시켜 소수력 자원량 산정에 정확도를 제고시킬 필요가 있다. 또한, 유역을 구분함에 있어 국내에서 사용하고 있는 소수력 자원지도시스템은 배수구역을 기준유역으로 적용하였으나, 소수력 자원량 산정 시 기준유역으로 배수구역은 적합하지 않은 것으로 판단되어 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 수자원단위지도에서 제공하는 표준유역 개념을 사용하였다. 이는 소수력발전소를 설치하는 지점 대부분이 하천유역과 기존 수자원 시설물을 이용하여 설치되기 때문에 유역을 나눈 기준도 이와 같은 맥락에서 분할된 자료를 사용하는 것이 옳다고 판단하여 본 연구의 기준유역을 표준유역 개념으로 사용할 필요가 있다.
본 연구에서는 수치지도와 병행하여 표 3에서 제시하고 있는 기초정보(소수력 발전소 현황정보, 소수력 발전소 시설용량 정보, 하천정보, 강우관측소 정보, 수위관측소 정보), 연평균유량, 시설용량, 연간전기생산량에 대한 정보를 데이터베이스화하여 정리·분석하였으며, 우리나라 국토 전반에 산재되어 있는 소수력 자원을 표현해 줄 주제도를 구축하였다.
본 연구에서는 해당지역의 연평균강우량, 유출계수, 표준유역면적을 이용하여 연평균유량을 산정하였다.
분석기능은 소수력 지리정보시스템 사용자가 매개변수를 달리하여 사용자가 원하는 지역 및 기준을 선정하여 시스템 상에 제공되고 있는 결과와 비교·분석이 가능하도록 그림 5와 같은 분석 기능을 소수력 지리정보시스템에 제공하였다.
산정된 소수력 자원량은 한강, 안성천, 한강서해, 한강동해, 낙동강, 형산강, 태화강, 회야ㆍ수영, 낙동강동해, 낙동강남해, 삽교천, 금강서해, 만경ㆍ동진, 섬진강, 섬진강남해, 영산강, 탐진강, 영산강남해, 영산강서해, 제주도 권역으로 구분하여 각 권역에 대한 소수력 자원량을 산정하였으며, 21개의 대권에 대한 자료에서 표준유역 수가 78개인 금강 권역에 대한소수력 자원량 산정 결과를 예시로 표 2에 제시하였다.
속성정보 데이터베이스는 소수력 발전소 현황 및 시설용량, 소수력 자원량 산정에 필요한 기초정보 현황을 관리하고, 소수력 자원량 산정에 필요한 데이터를 제공하는 데에 초점을 두었다. 소수력 지리정보시스템 구축을 위한 관련 자료의 확인을 위하여 대상범위를 설정하고, 소방방재청 통합GIS 구축 자료, 국가수자원관리종합정보시스템(WAMIS), 기상청 등에서 제공하는 자료를 수집하여 이를 토대로 데이터베이스를 구축하였다.
연평균유량은 수집 및 분석한 표준유역별 연평균강우량, 유출계수, 유역면적에 대한 자료를 바탕으로 식 1을 이용하여 산정하였으며, 각 표준유역에 대한 소수력 발전소의 시설용량은 산정된 연평균유량을 바탕으로 식 2를 이용하여 산정하였다. 손병찬 등(1982)은 소수력 발전소의 효율은 댐식 발전의 경우 손실 낙차와 수차 발전기 효율 및 수위 변동에 대한 낙차의 감소 요인 등을 고려한 일반적인 값을 0.
유역면적은 소수력 자원량 산정과 지리정보시스템 구축을 위한 기준 유역으로 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)에서 제공하고 있는 수자원단위지도의 표준유역을 적용하였다. 적용한 표준유역의 분할은 2002년 3월 “물관리 정보 표준화 실무 소위원회”에서 관련 부처 관계자(국토해양부, 농림수산식품부, 환경부의 물 정보 담당자) 및 외부 전문가로 구성된 전담반을 통해 수행되었으며, 수자원정보체계의 보다 효율적인 운영과 자료의 생산ㆍ관리 및 유통에 관한 표준화를 도모하기 위한 기반으로 물 정보 공동 활용을 위해 제시되었다.
본 연구에서 산정한 표준유역별 연평균유량, 소수력 발전소 시설용량, 연간전기생산량을 소수력 지리정보시스템 상에 제공하였다. 표준유역별로 산정된 결과물은 소수력 지리정보시스템 사용자가 원하는 유역에 대한 소수력 자원량을 확인 할 수 있도록 구축하였다. 그림 3은 표준유역별 소수력 자원량 조회 결과로 엑셀과 같은 필터 기능을 제공하여 시스템 사용자가 원하는 자료를 제공하도록 구축하였다.
대상 데이터
적용한 표준유역의 분할은 2002년 3월 “물관리 정보 표준화 실무 소위원회”에서 관련 부처 관계자(국토해양부, 농림수산식품부, 환경부의 물 정보 담당자) 및 외부 전문가로 구성된 전담반을 통해 수행되었으며, 수자원정보체계의 보다 효율적인 운영과 자료의 생산ㆍ관리 및 유통에 관한 표준화를 도모하기 위한 기반으로 물 정보 공동 활용을 위해 제시되었다. 표준유역은 중권역을 기준으로 중권역 내의 자연하천 합류지점과 수자원 시설물 및 주요 통제지점(법정하천, 기존 홍수예보의 소유역 분할 지점, 주요 댐)을 유역출구지점으로 하고, 분수계를 경계로 840개의 표준역으로 구분하였다.
이론/모형
수자원장기종합계획(건설교통부, 2006)에서는 현 상황에서 한강, 낙동강, 금강 및 영산ㆍ섬진강 권역의 장기간의 자연유출량 자료를 수위-유량 관계곡선에 의해 산정하는 것은 자료의 가용성 부족 및 신뢰성 면에서 적용이 어렵다고 판단하여 강우-유출모형인 탱크모형을 이용하여 제주도를 제외한 전국을 수자원 단위지도의 113개 중권역으로 나누어 토양수분 저류구조 탱크모형에 의해 각 소유역별로 산정된 1974~2003년의 자연 유출계수로 산정하였다. 본 연구에서는 수자원장기종합계획(2006)에서 산정한 유출계수를 소수력 자원량 산정에 필요한 유출계수로 사용하였으며, 그 내용을 표 1에 나타내었다.
성능/효과
1) 소수력 자원량 산정에 중요한 매개변수인 연평균강우량, 유역면적, 유출계수를 세분화하였고, 이 자료를 바탕으로 840개 표준유역에 대한 소수력 발전소 시설용량과 연간 전기생산량을 산정할 수 있게 되었다.
2) 소수력 지리정보시스템 구축 시 자료 수집 및 분석, 수치지형도를 이용한 자료입력, 공간자료 편집 및 검수작업을 실시하여 소수력 자원 정보와 Map 정보를 일치될 수 있도록 하였다.
후속연구
이는 소수력 자원지도시스템을 구축 시 자료 수집 및 분석, 수치지형도를 이용한 자료입력, 공간자료 편집 및 검수작업이 제대로 이루어지지 않아 소수력 자원 정보조회 시 해당 유역의 자원량 정보와 Map이 연계되어 제공되지 못하고 있는 것으로 판단되므로 수치지형도를 이용한 대상 자료를 입력 한 후 공간자료 편집 과정을 통해 공간자료와 속성자료 입력 및 편집 과정을 재검토하여야 한다. 또한, 시스템 사용자가 840개로 구분되어진 표준유역에 대한 소수력 자원량이 아닌 다른 유역에 대한 소수력 자원량을 산정하고자 할 때 분석기능은 사용자가 원하는 지역에 대한 소수력 자원량 산정에 필요한 매개변수를 입력하면 보유한 데이터 통계처리에 의해 소수력 자원량을 분석할 수 있는 기능을 제공할 필요가 있다.
본 연구를 통해 구축된 소수력 지리정보시스템은 전국에 산재되어 있는 소수력 자원의 적극적인 활용을 위한 기초정보로 활용될 수 있다. 특히, 시스템 사용자가 소수력 발전소 후보지점을 선정함에 있어 데이터를 검색하여 필요한 정보를 추출하고 대상 지점에 대해 분석하는 데에 기초자료로 유용하다.
또한, 유역을 구분함에 있어 국내에서 사용하고 있는 소수력 자원지도시스템은 배수구역을 기준유역으로 적용하였으나, 소수력 자원량 산정 시 기준유역으로 배수구역은 적합하지 않은 것으로 판단되어 수자원관리종합정보시스템(WAMIS)의 수자원단위지도에서 제공하는 표준유역 개념을 사용하였다. 이는 소수력발전소를 설치하는 지점 대부분이 하천유역과 기존 수자원 시설물을 이용하여 설치되기 때문에 유역을 나눈 기준도 이와 같은 맥락에서 분할된 자료를 사용하는 것이 옳다고 판단하여 본 연구의 기준유역을 표준유역 개념으로 사용할 필요가 있다.
특히, 시스템 사용자가 소수력 발전소 후보지점을 선정함에 있어 데이터를 검색하여 필요한 정보를 추출하고 대상 지점에 대해 분석하는 데에 기초자료로 유용하다. 전국에 산재되어있는 소수력 자원 정보를 제공하는 것뿐만 아니라 해당 지점의 유효낙차 정보까지 제공된다면 앞으로 지리정보시스템 사용자가 소수력 발전소 설치 지점을 선정하는데 큰 도움이 될 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
소수력은 어떻게 평가되고 있는가?
소수력은 친환경적인 청정에너지 중 하나로 다른 대체 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 개발 가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있다.
소수력 개발 지점에서의 사용 유량을 결정하는 최선의 방법은 무엇인가?
소수력 개발 지점에서의 사용 유량을 결정하는 최선의 방법은 해당 지점에 유속계 또는 수위계를 사용하여 장시간에 걸친 측정결과를 분석하고, 분석결과를 통해 사용 유량을 결정하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 장기간에 걸친 작업이 필요하고, 인원 및 장비에 따른 경제적 문제도 수반되어 소수력 개발 지점에 대한 특성을 단기간에 분석하기에는 부적합하기 때문에 소수력 개발 지점의 인근 강우관측소에서 측정된 강우자료를 분석함으로써 예측 할 수 있다(박완순, 2003).
유속계 또는 수위계를 사용하여 장시간에 걸친 측정을 통하여 사용 유량을 결정하는 방법의 문제점은 무엇인가?
소수력 개발 지점에서의 사용 유량을 결정하는 최선의 방법은 해당 지점에 유속계 또는 수위계를 사용하여 장시간에 걸친 측정결과를 분석하고, 분석결과를 통해 사용 유량을 결정하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 장기간에 걸친 작업이 필요하고, 인원 및 장비에 따른 경제적 문제도 수반되어 소수력 개발 지점에 대한 특성을 단기간에 분석하기에는 부적합하기 때문에 소수력 개발 지점의 인근 강우관측소에서 측정된 강우자료를 분석함으로써 예측 할 수 있다(박완순, 2003). 이러한 하천의 유량은 해당지역의 연평균강우량과 유역면적으로부터 다음과 같이 산정된다.
참고문헌 (10)
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건설교통부 (1996) 수자원장기종합계획.
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