[논문]구미하수처리장 방류구에서의 소수력발전 설치 및 운영에 관한 연구

나동훈; 이승환

구미하수처리장 방류구에서의 소수력발전 설치 및 운영에 관한 연구
Feasibility Study on the Construction of Small Hydro-Power Plants in Gumi Sewage Treatment Plant Discharge Point 원문보기

上下水道學會誌 = Journal of Korean Society of Water and Wastewater, v.24 no.2, 2010년, pp.173 - 181

나동훈 (금오공과대학교 환경공학과) , 이승환 (금오공과대학교 환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the possible installation of small hydro-power plant at the discharge point of Gumi sewage treatment plant (STP) using treated wastewater. Sufficient amount of water to transfer to electric power and the selection of proper location are two essential elements for the construction of small hydro-power facility. Preliminary analysis based on site visit and existing data in Gumi STP were made. Capacity of the small hydro-power plants and exact location were determined by geomorphological condition and flow duration characteristics. Flow duration characteristics and its duration curve were identified using monthly rainfall data in Gumi STP. Relevant facts of small hydro-power system in other STP were referred to adopt to Gumi STP situation. Flowrate of treated effluents and effective head between flow chamber and the location of hydraulic turbine in Gumi STP are found to be $3.70m^3$/sec and 3.5m respectively. Electric generation rate based on this feasibility study was estimated to be 86.3kW/h. Yearly electric generation rate was expected to be 932.4MMh. Proposed small hydro-power plant construction in Gumi STP is to be reasonable.

주제어

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문제 정의

일부 이루어지고 있다 하더라도 일반적인 접근에서 하수처리장 방류수를 이용한 소수력발전 건설에 대해서만 언급하고 있는 상황이다. 따라서 본 연구에서는 경북 구미시에 소재하고 있는 구미하수종말처리장을 대상으로 하수처리장 방류수를 이용하여 소수력 발전소 건설 가능성 여부를 살펴보고자 한다.
소수력발전은 일반하천, 농업용저수지, 하수처리장 등의 수자원을 이용하여 저비용으로 개발이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구는 구미하수종말처리장 방류구에서의 소수력발전 설치 가능성을 타진하고자 수행되었는데, 기존 하수종말처리장 내에 설치된 소수력 발전설비에 기초하여 접근하였으며 수차례 걸친 현장조사 및 하수종말처리장 운영 담당자와의 면담, 최근 3년간의 방류량 조사, 유황곡선 작성, 낙차, 수차형식 등을 종합적으로 조사하여 고려되었다. 구미하수종말 처리장 설치에 적합한 발전기는 유도발전기이며 수차형식은 튜브형 수차가 적합한 것으로 보인다.
본 연구는 대체 에너지로써 최근 주목을 받고 있는 소수력을 이용한 에너지개발에 초점을 맞추었다. 소수력발전은 일반하천, 농업용저수지, 하수처리장 등의 수자원을 이용하여 저비용으로 개발이 가능하다는 장점이 있다.

제안 방법

구미하수종말처리장에서 소수력발전의 계획하수량을 결정하기 위하여 2006년부터 2008년까지 3년간의 일간 유입하수량을 분석하였다. 일간 유입하수량에 있어서 2006년의 월별 최대유입량은 7월이 366,116㎥/일로 가장 높았으며, 10월이 221,607㎥/일로 가장 낮았다.
여기서 발전기의 합성효율은 낙차별 수차효율, 수차종류 및 여유를 감안하여 수차 효율은 74%, 발전기 효율은 92%로 산정하였으며, 이를 토대로 합성효율을 산정하였다. 발전시설의 가동률은 일반 하천 및 소계곡의 경우 유하량이 불규칙하기 때문에 약 40~50% 정도이나 하수종말처리시설의 경우에는 유입유량이 다소의 일간변동은 있으나 일반하천이나 소계곡에 비해서 1일 유입량이 거의 일정하기 때문에 가동률을 통상 약 90%이상으로 적용한다.

이론/모형

또한 본 연구에서 경제성 평가는 비용·편익비(Benefit-Cost Ratio, B/C)를 이용하였는데, 비용·편익비는 가장 일반적인 평가방법으로 어느 시점으로 할인된 편익과 비용의 율로서, B/C 값이 1.0보다 크면 경제성이 높은 것으로 평가되고, 1.0보다 작으면 경제성이 낮은 것으로 평가한다.

성능/효과

소수력발전에 주로 많이 적용되고 있는 발전기는 유도발전기와 동기발전기가 있는데 유도 발전기는 동기발전기에 비해 경제적이고 구조가 간단하여 유지보수가 용이한 것이 장점이 있으나 단독운전이 불가능하고 전력계통 병입 시 독립전류가 계통의 전압강하를 초래하여 계통으로부터 여자전류를 공급받기 때문에 무효전류를 소비하게 되어 계통의 역률을 저하시키는 단점이 있다(제주시, 2004). 구미 하수종말 처리시설에 적합한 발전기는 구조적인 측면과 운전의 안전성 및 경제성 측면에서 유도발전기가 유리할 것으로 판단된다. 평균유량과 최대유량에서의 손실수두를 산정한 결과 각각 1.
09)으로 나타났다. 발전원가는 연간 발전소 운영비 즉, 연간경비를 연간발전량으로 나누어 산정하는 것으로 본 연구에서는 150.1원/㎾h으로 나타났다. 또한 본 연구에서 경제성 평가는 비용·편익비(Benefit-Cost Ratio, B/C)를 이용하였는데, 비용·편익비는 가장 일반적인 평가방법으로 어느 시점으로 할인된 편익과 비용의 율로서, B/C 값이 1.
발전시설의 가동률은 일반 하천 및 소계곡의 경우 유하량이 불규칙하기 때문에 약 40~50% 정도이나 하수종말처리시설의 경우에는 유입유량이 다소의 일간변동은 있으나 일반하천이나 소계곡에 비해서 1일 유입량이 거의 일정하기 때문에 가동률을 통상 약 90%이상으로 적용한다. 이상을 바탕으로 월간 및 연간 발전량을 산정하여 보면, 월간 발전량은 77.7㎿h, 연간발전량은 932.4㎿h로 산정되었다. Table 6은 구미하수종말처리장에 위에서 언급된 소수력 발전설비를 적용할 경우 산정된 발전설비의 규모를 요약해 주고 있다.
이상의 내용을 토대로 볼 때 구미하수종말처리장내 소수력발전 설치는 가능할 것으로 판단되며 경제성 분석 결과 B/C값이 2.67로서 경제성이 다소 높은 것으로 평가되었다. 구미하수종말처리장의 경우 수량이 풍부하기 때문에 보조수로 설치를 통해 배수로를 변경한다면 설치가 가능할 것으로 판단된다.
67로 나타나 경제성이 높은 것으로 분석되었다. 이상의 내용을 토대로 볼 때, 구미하수종말처리장에서의 소수력발전 설치는 기술적으로 타당하며 신재생에너지 창출의 한 방법으로서 시도할 만한 가치가 높은 것으로 나타났다.
이 유황곡선에서 도출된 최대유량, 풍수량, 평수량, 저수량 및 갈수량 등의 유황값들은 Table 5에 정리하여 나타내었다. 최대 사용수량은 평수량을 적용하게 되는데, Table 5에서 보여주고 있는 바와 같이 2006년에서 2008년까지 년도별 풍수량은 조금씩 차이가 나지만 대략 320,000㎥/(3.70㎥/sec)일 정도인 것으로 나타났다. 따라서 구미하수종말처리시설의 소수력발전을 위한 최대사용수량은 320,000㎥/일로 보아야 할 것이다.
구미 하수종말 처리시설에 적합한 발전기는 구조적인 측면과 운전의 안전성 및 경제성 측면에서 유도발전기가 유리할 것으로 판단된다. 평균유량과 최대유량에서의 손실수두를 산정한 결과 각각 1.05m (기타 손실수두 1.0m 포함), 1.19m(기타 손실수두 1.0m 포함)로 나타났다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소수력발전에 의해 생산된 에너지의 장점은 무엇인가?	태양열·지열(地熱)·풍력·조력(潮力)·수력 등의 자연 에너지가 그 대표적인 예이다. 그 중에서 소수력발전에 의해 생산된 에너지는 공해가 없는 청정에너지로 다른 대체에너지에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 개발가치가 충분한 것으로 평가받고 있다 (김길호, 2008). 이러한 소수력발전은 일반하천, 농업용저수지, 하수처리장, 정수장 등의 수자원을 이용하여 만들 수 있다.
	소수력발전의 발전 방식은 어떠한가?	소수력발전은 소규모 하천의 물을 인공적으로 유도하여 저낙차 터빈을 이용한 발전방식으로 설비용량, 낙차 및 발전 방식에 따라 Table 1과 같이 분류될 수 있다. 발전방식을 살펴보면 수로식은 하천을 따라 완경사의 수로를 결정하고 하천의 급경사와 굴곡 등을 이용하여 수로에 의해 낙차를 얻는 방식으로 하천경사가 급한 상․중류에 적합한 형식이다. 댐식 소수력발전소는 댐에 의해서 낙차를 얻는 형식으로 발전소는 댐에 근접해서 건설하고 일반적으로 경사가 완만하고 유량이 풍부한 하천의 중․하류에 적합한 형식이다.
	소수력발전은 무엇을 이용하여 만들 수 있는가?	그 중에서 소수력발전에 의해 생산된 에너지는 공해가 없는 청정에너지로 다른 대체에너지에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 개발가치가 충분한 것으로 평가받고 있다 (김길호, 2008). 이러한 소수력발전은 일반하천, 농업용저수지, 하수처리장, 정수장 등의 수자원을 이용하여 만들 수 있다. 특히 하수처리장이나 정수장 등 기존구조물을 이용한 소수력 개발의 경우 하천에서의 소수력발전에 비하여 댐과 부속건물 설치비가 소요되지 않으므로 수력발전소 건설비의 약 60% 정도만 소요되고, 하천에 적용되는 소수력발전소의 가동률이 연간 약 40∼50%임에 반하여 하수처리장의 경우에는 연중 일정한 처리수가 방류되므로 가동률이 90%이상 유지되며, 안정적으로 에너지를 공급할 수 있다는 장점이 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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