본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 지점의 소수력발전 후보지점에 대한 소수력발전 자원조사를 실시하였다. 소수력발전 자원조사는 각각 평 갈수기, 및 홍수기에 유량조사, 수위-유량관계곡선식의 유도, 유량지속곡선의 작성, 발전용량의 산정 및 경제성분석 등으로 구성되었다. 본 연구를 통하여 경상북도 북부지역의 최적 소수력 발전지점 선정을 위한 기초자료를 제시하였으며, 경상북도 예천군 형호리와 경상북도 영주시 문수면 권선리 후보지가 가장 경제성이 높은 것으로 분석되었다. 그러나 소수력발전소 후보지점중 설비용량 500 kW 이하의 경우 개발시 소용량으로 인해 개발효과가 없을 것으로 판단되며, 설비용량 500 kW 이상인 최적 개발 후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지 1개소인 것으로 나타났다.
본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 지점의 소수력발전 후보지점에 대한 소수력발전 자원조사를 실시하였다. 소수력발전 자원조사는 각각 평 갈수기, 및 홍수기에 유량조사, 수위-유량관계곡선식의 유도, 유량지속곡선의 작성, 발전용량의 산정 및 경제성분석 등으로 구성되었다. 본 연구를 통하여 경상북도 북부지역의 최적 소수력 발전지점 선정을 위한 기초자료를 제시하였으며, 경상북도 예천군 형호리와 경상북도 영주시 문수면 권선리 후보지가 가장 경제성이 높은 것으로 분석되었다. 그러나 소수력발전소 후보지점중 설비용량 500 kW 이하의 경우 개발시 소용량으로 인해 개발효과가 없을 것으로 판단되며, 설비용량 500 kW 이상인 최적 개발 후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지 1개소인 것으로 나타났다.
In this study, the resources investigations of small hydropower generation were carried out for the five proposed sites in northern Gyeong-buk area. They consisted of the discharge measurements, rating-curve, flow duration curves, electricity generation, and economic analysis, respectively. The basi...
In this study, the resources investigations of small hydropower generation were carried out for the five proposed sites in northern Gyeong-buk area. They consisted of the discharge measurements, rating-curve, flow duration curves, electricity generation, and economic analysis, respectively. The basic data were suggested to select the optimal small hydropower sites in northern Gyeong-buk area. The sites for Yecheon Gun and Munsu Myeon as a result are the best proposed ones using economic analysis. We considered, however, that the finacial benefit for small hydropower development may be small under 500 kW facility. The optimal proposed site over 500 kW facility was suggested as Yeongyang Gun in this study.
In this study, the resources investigations of small hydropower generation were carried out for the five proposed sites in northern Gyeong-buk area. They consisted of the discharge measurements, rating-curve, flow duration curves, electricity generation, and economic analysis, respectively. The basic data were suggested to select the optimal small hydropower sites in northern Gyeong-buk area. The sites for Yecheon Gun and Munsu Myeon as a result are the best proposed ones using economic analysis. We considered, however, that the finacial benefit for small hydropower development may be small under 500 kW facility. The optimal proposed site over 500 kW facility was suggested as Yeongyang Gun in this study.
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문제 정의
본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 소수력발전 후보지점에 대한 평·갈수기 및 홍수기의 유량측정을 통하여 수위-유량관계곡선식의 유도 및 유량지속곡선의 작성 등의 목적을 달성하기 위하여, 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량측정 등을 실시하였으며 그 결과치를 이용하여 발전용량을 산정하였다.
본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 지점의 소수력발전 후보지점에 대한 평ㆍ갈수기 및 홍수기의 유량측정을 통하여 수위-유량관계곡선식의 유도 등의 목적을 달성하기 위하여, 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량측정 등을 실시하였으며 그 결과치를 이용하여 발전용량을 산정하였다.
그럼에도 불구하고 국제 기후변화협약에서 요구하는 온실가스 배출 감축과 배출권 확보의 필요성 때문에 신재생에너지 발전은 세계 각국에서 선택이 불가피하다. 본 연구에서는 경상북도 북부지역의 소수력발전 후보지점에 대한 타당성 조사 및 분석을 수행하였다. 소수력발전 후보지점은 경상북도 북부지역내의 총 25개 지점을 선정하여 현장답사 하였으며, 현장답사 시점의 유량, 계절적 유량, 계통연계성, 도로 접근성, 보 설치에 따른 상류지역 민원 및 군부대 등을 고려하여 총 5개 지점을 선정하고 소수력발전소 후보지에 대한 타당성분석을 수행하였다.
본 연구에서는 평ㆍ갈수기‚ 및 홍수기의 유량관측을 통하여 수위-유량관계곡선식의 유도 등의 목적을 달성하기 위하여 2009년 3월부터 2010년 9월까지 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량관측 등을 실시하였다. 본 연구에서는 관측소별로 최적 수위-유량관계곡선식을 개발하였다. 금회 개발된 곡선식은 측정수위와 유량자료에 의해서 유도된 곡선식 이므로 제한된 수위 이상에서 수위-유량관계곡선식의 사용은 원칙적으로 피하는 것이 좋으며, 불가피하게 수위-유량관계곡선을 연장하여 사용할 경우에는 신중한 검사가 선행되어야 할 것이다.
본 연구에서는 평ㆍ갈수기‚ 및 홍수기의 유량관측을 통하여 수위-유량관계곡선식의 유도 등의 목적을 달성하기 위하여 2009년 3월부터 2010년 9월까지 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량관측 등을 실시하였다.
제안 방법
발전시설의 가동율은 일반 하천 및 소 계곡의 경우 유하량이 불규칙하기 때문에 약 40~50% 정도이다. 따라서 언급된 발전규모 산정의 기본전제 아래에서 앞서 도출된 사용수량 (최대사용수량), 낙차(정격유효낙차), 합성효율(수차와 발전기) 및 설비 이용율을 적용하여 정격출력과 월간 및 연간 발전량을 산정하여 결과를 도출하게 된다.
또한 가장 적절한 비용 및 수익 산정과 경제성분석 방법을 제시하여 본 연구에서 선정한 소수력발전 후보지점의 경제성분석을 실시하였다. 소수력발전소 후보지점인 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 봉화군 현동역 앞, 경상북도 영주시 문수면 권선리, 경상북도 영양군 입암면, 경상북도 예천군 형호리의 5개 지점 모두 가동률 30%를 기준으로 하여 B/C 값이 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리 및 경상북도 예천군 형호리에서는 B/C 값이 1보다 커서 경제성이 있는 것으로 분석되었다.
따라서 평ㆍ갈수기의 유량측정 작업은 Impeller식 유속계인 UC-204 프로펠러 유속계(Current meter)를 사용하였다. 또한 본 연구에서 홍수시 전자파 표면유속계에 의한 유량관측은 하천의 횡단방향으로 일정 간격으로 전자파 표면유속계를 설치하고, 상류방향으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하였다(Kim et al., 2010; 김정헌 등; 2011a). 전자파 표면유속계로 측정한 유속은 표면유속으로 보정계수를 곱하여 평균유속이 구해지는 것이므로 “수자원 조사편람 제4장 유량 측정 3.
본 연구에서는 경상북도 북부지역 5개 소수력발전 후보지점에 대한 평·갈수기 및 홍수기의 유량측정을 통하여 수위-유량관계곡선식의 유도 및 유량지속곡선의 작성 등의 목적을 달성하기 위하여, 5개 지점을 대상으로 현지조사 및 자료수집, 측량작업, 유량측정 등을 실시하였으며 그 결과치를 이용하여 발전용량을 산정하였다. 또한 신재생에너지 중에서 소수력발전에 대한 기존 연구 보고서 및 논문들을 검토 분석하여 가장 적절한 비용 및 수익 산정과 경제성 분석 방법을 제시하여 본 연구에서 선정한 소수력발전 후보지점의 경제성분석을 실시하였다. 특히, 소수력발전의 자원경제성을 나타내는 발전량을 도출해 내는데 초점을 맞추어 자원경제성이 상대적으로 높은 5개의소수력발전 후보지점들에 대하여 편익비용 분석법과 내부수익률 분석법을 적용하여 경제성분석을 실시하였다.
본 연구에서 소수력발전 후보지점인 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 봉화군 현동역 앞, 경상북도 영주시 문수면 권선리, 경상북도 영양군 입암면, 경상북도 예천군 형호리의 소수력발전 가동률 30%시 확률유량 20%, 30%, 40%에 따른 설비용량, 발전량, 추정공사비, 발전단가, B/C비 및 전기판매액을 제시하였다. 각각의 설비용량과 연간 발전량에 따른 B/C값이 최대가 될 때 각 지점의 최종 가동률과 설비용량 및 발전량을 결정할 수 있다.
본 연구에서 평·갈수기는 물의 흐름이 저유속 이므로 유량관측은 물의 흐름이 비교적 안정된 정상류 흐름의 상태에서 유속계에 의해 비교적 정확한 유속측정이 이루어진다.
즉, 각 설치지점의 설비용량 kW당 비용을 기준으로 추정하여 산정할 수 밖에 없고, 보다 정확한 비용 산정은 전문기업에 의뢰하는 것이 적절한 것으로 판단된다. 본 연구에서는 강원대학교 풍력발전시스템연구센터의 강원지역 신재생에너지 자원조사 및 활용방안 연구용역 소수력 최종보고서(2009)를 바탕으로 각 지점의 설비용량 kW당 투자비를 고려하여 제시한 설비용량을 적용하여 초기사업비를 추정하였다. 연간유지보수 비용은 초기투자비의 3.
본 연구에서는 소수력발전소 예상후보지의 유수의 흐름과 유역을 판별하기 위하여 항공사진자료와 ArcView GIS 프로그램을 이용하여 국립지리원 1:5,000 수치지도의 등고선 자료를 추출한 이후에 이를 Triangular Irregular Network(TIN)으로 변환한 이후에 Digital Elevation Model(DEM)로 변환하였다. 본 연구에서는 5개 소수력발전 후보지점에 대한 항공 사진자료와 DEM을 구축하였으며, 다음 그림 2는 경상북도 봉화군 명호면 지점에서의 항공사진자료와 DEM을 나타내고 있다.
본 연구에서는 경상북도 북부지역의 소수력발전 후보지점에 대한 타당성 조사 및 분석을 수행하였다. 소수력발전 후보지점은 경상북도 북부지역내의 총 25개 지점을 선정하여 현장답사 하였으며, 현장답사 시점의 유량, 계절적 유량, 계통연계성, 도로 접근성, 보 설치에 따른 상류지역 민원 및 군부대 등을 고려하여 총 5개 지점을 선정하고 소수력발전소 후보지에 대한 타당성분석을 수행하였다.
신규 소수력발전시스템의 건설에 따른 경제성을 분석하기 위해서는 경제성에 직접 영향을 미치는 제반조건 기준을 소수력발전소의 건설 타당성분석 기법(박완순 등, 1998), 소수력발전입지의 수문학적 성능특성(박완순 등, 1994; 박완순과 이철형, 2007), 기존구조물을 이용한 소수력개발 사례(박완순, 2004) 및 국내의 소수력발전 개발동향(이철형, 2004) 등의 논문을 참고로 하여 가장 보편적이고 현 시점에서 적절한 입력데이터를 설정하였다.
또한 신재생에너지 중에서 소수력발전에 대한 기존 연구 보고서 및 논문들을 검토 분석하여 가장 적절한 비용 및 수익 산정과 경제성 분석 방법을 제시하여 본 연구에서 선정한 소수력발전 후보지점의 경제성분석을 실시하였다. 특히, 소수력발전의 자원경제성을 나타내는 발전량을 도출해 내는데 초점을 맞추어 자원경제성이 상대적으로 높은 5개의소수력발전 후보지점들에 대하여 편익비용 분석법과 내부수익률 분석법을 적용하여 경제성분석을 실시하였다.
대상 데이터
본 연구에서 발전시설의 가동률은 경상북도 지역에 운영하고 있는 소수력발전소의 평균 가동률 30%를 적용하였다. 다음 표 3은 경상북도 봉화군 명호면 소수력발전 후보지점에서 도출된 낙차, 합성효율 및 가동률(30%)을 적용하여 정격출력과 월간 및 연간발전량을 앞에서 산정한 풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량, 20%, 30%, 그리고 40%의 확률유량에 대하여 산정하였으며, 산정된 자료는 소수력발전소 건설의 경제성분석의 기초자료로 활용되었다.
본 연구에서의 5개 소수력발전 후보지점의 경우 장기간의 수위-유량관측이 이루어지지 않은 지점에 해당된다. 따라서 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 봉화군 현동역 앞, 경상북도 영주시 문수면 권선리, 경상북도 영양군 입암면 및 경상북도 예천군 형호리의 소수력발전 후보지점에 대한 유량지속곡선의 유도 및 수위자료의 비교검토를 위하여 국가수자원관리종합정보시스템(www.wamis.go.kr)을 이용하여 각 소수력발전 후보 지점의 가장 인근에 위치하고 있는 수위관측소인 봉화관측소, 소천관측소, 월호관측소, 흥구관측소 및 월포관측소의 신뢰성이 양호한 수위자료를 이용하였다. 따라서 구한 수위자료를 가장 최근의 수위-유량관계곡선을 이용하여 유량자료로 환산하고 고유량부터 저유량으로 나열한 이후에 대상 유역에서의 2008년 1월 1일부터 2009년 12월 31일까지의 전체 기간중 풍수량, 평수량, 저수량 그리고 갈수량 및 20%, 30% 및 40%의 확률유량에 상응하는 소수력발전소를 운영할 경우에 기대유량을 평가하는 자료로 활용된다.
수익의 기본데이터이고 소수력 자원의 경제성을 나타내는 발전량은 유량지속곡선과 터빈 선정 및 효율곡선을 사용하여 얻어질 수 있는데 앞에서 조사 분석한 데이터를 사용하였다. 본 연구에서 전력판매 단가는 고정요금 137.62원/kWh을 사용하였다. 현가와 계수의 산정에 필요한 할인율은 연간 7.
본 연구에서는 소수력발전소 예상후보지의 유수의 흐름과 유역을 판별하기 위하여 항공사진자료와 ArcView GIS 프로그램을 이용하여 국립지리원 1:5,000 수치지도의 등고선 자료를 추출한 이후에 이를 Triangular Irregular Network(TIN)으로 변환한 이후에 Digital Elevation Model(DEM)로 변환하였다. 본 연구에서는 5개 소수력발전 후보지점에 대한 항공 사진자료와 DEM을 구축하였으며, 다음 그림 2는 경상북도 봉화군 명호면 지점에서의 항공사진자료와 DEM을 나타내고 있다.
본 연구에서는 총 25개 현장 조사 지점 중 다음과 같은 5개 지점을 선정하였다. 경상북도 봉화군 명호면 지점은 청량산 도립공원 입구 직하류에 위치하며, 위도 36°46'44", 경도 128°53'08"이며 좌안은 절벽이고 우안은 35번 국도로 하천횡단면이 구성되어 있다.
수익의 기본데이터이고 소수력 자원의 경제성을 나타내는 발전량은 유량지속곡선과 터빈 선정 및 효율곡선을 사용하여 얻어질 수 있는데 앞에서 조사 분석한 데이터를 사용하였다. 본 연구에서 전력판매 단가는 고정요금 137.
이론/모형
본 연구에서 평·갈수기는 물의 흐름이 저유속 이므로 유량관측은 물의 흐름이 비교적 안정된 정상류 흐름의 상태에서 유속계에 의해 비교적 정확한 유속측정이 이루어진다. 따라서 평ㆍ갈수기의 유량측정 작업은 Impeller식 유속계인 UC-204 프로펠러 유속계(Current meter)를 사용하였다. 또한 본 연구에서 홍수시 전자파 표면유속계에 의한 유량관측은 하천의 횡단방향으로 일정 간격으로 전자파 표면유속계를 설치하고, 상류방향으로 전자파를 발사한 후 물 표면에서 반사되는 전자파의 도플러 효과를 이용하여 표면유속을 측정하였다(Kim et al.
구체적인 평가기법의 선택은 평가의 대상, 관련 데이터의 확보가능성 및 평가능력 등의 특성을 고려하여 선택할 수 있다(산업자원부, 2006). 본 연구에서는 소수력발전 경제성분석을 위하여 편익비용 분석법과 내부수익률 분석법을 적용하여 소수력발전 경제성분석을 시도하였다.
최근 수차의 사용현황을 보면 대략 70%이상이 프란시스 수차이고, 그 다음이 펠톤 수차와 카프란 수차 등이 많이 사용되고 있다. 소수력발전에 이용되고 있는 다양한 수차 중에서 본 연구에서 선정된 5개 지점에 대한 수차의 선정을 위해 그림 4의 수차형식 선정도를 이용하였다. 수차 형식 선정도는 사용유량과 적용하려는 유효낙차에 적합한 수차들을 그래프 내에서 쉽게 찾을 수 있도록 만들어졌다.
성능/효과
05로 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 경상북도 영양군 입암면 후보지의 경우 확률유량 20%, 30% 및 40%에서 B/C값이 각각 0.97로 경제성이 없는 것으로 분석되었다. 마지막으로 경상북도 예천군 형호리 후보지의 경우 확률유량 20%, 30% 및 40%에서 B/C값이 각각 1.
이와 같은 결과들을 종합해 볼 때 경상북도 예천군 형호리가 가장 경제성이 우수하고 개발 타당성이 좋을 것으로 판단된다. 그러나 소수력발전소 후보지중 설비용량 500 kW 이하의 경우 개발시 소용량으로 인해 개발효과가 없을 것으로 판단되며, 설비용량 500 kW 이상인 최적 개발 후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지 1개소인 것으로 나타났다. 그러나 소수력발전의 경우 환율과 유가 등 원자재 비용이 변동이 심하여 경제성의 불확실성이 높은 편이다.
그러나 소수력발전소 후보지중 설비용량 500 kW 이하의 경우 개발시 소용량으로 인해 개발효과가 없을 것으로 판단되며(강원대학교, 2009), 설비용량 500 kW 이상인 최적 개발 후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지 1개소인 것으로 나타났다. 또한 발전방식으로는 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리 및 경상북도 예천군 형호리의 경우 댐식이 가장 적합할 것으로 조사되었다.
97로 경제성이 없는 것으로 분석되었다. 마지막으로 경상북도 예천군 형호리 후보지의 경우 확률유량 20%, 30% 및 40%에서 B/C값이 각각 1.05로 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 여기서 각 확률유량에 따라 설계된 소수력개발의 B/C값의 차이가 적은 이유는 소수력발전 후보 지점마다 거의 비슷한 초기사업비의 선정 및 예상공사비에 대한 동일한 운영비율로 인한 연간운영비의 산정으로 큰 차이를 나타내지 않은 것으로 판단된다.
소수력발전 발전용량은 3장에서 설명한 바와 같이 사용수량, 유효낙차 그리고 수차와 발전기의 효율 등을 적용하고 여기에다 발전시설의 가동률을 적용하여야 한다. 본 연구에서 발전시설의 가동률은 경상북도 지역에 운영하고 있는 소수력발전소의 평균 가동률 30%를 적용하였다. 다음 표 3은 경상북도 봉화군 명호면 소수력발전 후보지점에서 도출된 낙차, 합성효율 및 가동률(30%)을 적용하여 정격출력과 월간 및 연간발전량을 앞에서 산정한 풍수량, 평수량, 저수량, 갈수량, 20%, 30%, 그리고 40%의 확률유량에 대하여 산정하였으며, 산정된 자료는 소수력발전소 건설의 경제성분석의 기초자료로 활용되었다.
수차 형식 선정도는 사용유량과 적용하려는 유효낙차에 적합한 수차들을 그래프 내에서 쉽게 찾을 수 있도록 만들어졌다. 본 연구에서 소수력발전 후보지점의 유효낙차는 4~7 m 범위에 있었으며, 설계유량은 4.86~120.04 m3/sec의 범위에 있으므로, 수차형식은 프로펠러 수차 중 튜브형(Tubular) 수차가 적합한 것으로 판단된다. 또한 장래에 예상되는 대량생산 가능성, 운전조건 변화, 효율곡선, 건설비 등을 고려해 볼 때 앞서 선정된 튜브형 수차의 이용이 유리할 것으로 판단된다.
또한 가장 적절한 비용 및 수익 산정과 경제성분석 방법을 제시하여 본 연구에서 선정한 소수력발전 후보지점의 경제성분석을 실시하였다. 소수력발전소 후보지점인 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 봉화군 현동역 앞, 경상북도 영주시 문수면 권선리, 경상북도 영양군 입암면, 경상북도 예천군 형호리의 5개 지점 모두 가동률 30%를 기준으로 하여 B/C 값이 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리 및 경상북도 예천군 형호리에서는 B/C 값이 1보다 커서 경제성이 있는 것으로 분석되었다. 경제성의 우선 순위로 볼 때 ① 경상북도 예천군 형호리 ② 경상북도 영주시 문수면 권선리 ③ 경상북도 봉화군 명호면 순으로 나타났다.
또한 경상북도 영주시 문수면 권선리의 경우 거주민이 많아서 민원의 소지가 우려되는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과들을 종합해 볼 때 경상북도 예천군 형호리가 가장 경제성이 우수하고 개발 타당성이 좋을 것으로 판단된다. 그러나 소수력발전소 후보지중 설비용량 500 kW 이하의 경우 개발시 소용량으로 인해 개발효과가 없을 것으로 판단되며(강원대학교, 2009), 설비용량 500 kW 이상인 최적 개발 후보지는 경상북도 영양군 입암면 후보지 1개소인 것으로 나타났다.
전력계통 연계측면에서 B/C 값이 1이상인 가동률 30%를 기준으로 할 때 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리 및 경상북도 예천군 형호리의 입지 근거리에 3상 22.9 kV 배선선로가 존재하며, 발전설비의 예상 최대 생산량이 3MW를 초과하지 않으므로 기존 배선선로를 공유하여 사용할 수 있는 것으로 분석되었다.
경제성의 우선 순위로 볼 때 ① 경상북도 예천군 형호리 ② 경상북도 영주시 문수면 권선리 ③ 경상북도 봉화군 명호면 순으로 나타났다. 전력계통 연계측면에서 볼 때 소수력발전소 후보지인 경상북도 봉화군 명호면, 경상북도 영주시 문수면 권선리 및 경상북도 예천군 형호리 모두 기존 배선선로를 공용하여 사용할 수 있는 것으로 분석되었다. 소수력발전소 건설을 위한 환경면에서 판단해 볼 때 경상북도 봉화군 명호면의 경우 청량산 도립공원 인근으로 환경단체의 반대가 우려된다.
후속연구
국내의 경우 소수력용 수차의 국산화 및 표준화를 서둘러서 대량생산이 될 경우에 수차가격의 저가와 부품 국산화로 인한 외화절감은 물론 전체 공사비의 약 38%를 차지하는 공사비도 현저히 줄일 수 있을 것이다. 댐 상류지역 피해를 최소화하고 다수 소수력발전소 건설을 위하여 콤팩트한 저낙차 사이폰형 수차발전시스템을 개발하여 저낙차 소용량 개발 후보지에 적용할 수 있도록 해야 할 것이며, 가동보, 고무보(Rubber dam) 및 여수로 수문(Spillway gates)등이 보편화 될 수 있는 모델개발과 고정식 댐과 같은 수준의 가격 인하가 이루어져야 할 것이다. 또한 국내에선 튜브형 프로펠러 수차, 횡류형 수차, 카프란 수차 등의 연구개발은 완료됐으나, 수직축 프로펠러 수차 및 프란시스 수차 등은 국산화 개발이 이루어지지 않아서 현재 일부업체와 한국에너지기술연구원에서 카프란 수차설계기술 및 국산화 연구를 완료 중에 있어 이 개발을 통하여 소수력 개발의 경제성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
댐 상류지역 피해를 최소화하고 다수 소수력발전소 건설을 위하여 콤팩트한 저낙차 사이폰형 수차발전시스템을 개발하여 저낙차 소용량 개발 후보지에 적용할 수 있도록 해야 할 것이며, 가동보, 고무보(Rubber dam) 및 여수로 수문(Spillway gates)등이 보편화 될 수 있는 모델개발과 고정식 댐과 같은 수준의 가격 인하가 이루어져야 할 것이다. 또한 국내에선 튜브형 프로펠러 수차, 횡류형 수차, 카프란 수차 등의 연구개발은 완료됐으나, 수직축 프로펠러 수차 및 프란시스 수차 등은 국산화 개발이 이루어지지 않아서 현재 일부업체와 한국에너지기술연구원에서 카프란 수차설계기술 및 국산화 연구를 완료 중에 있어 이 개발을 통하여 소수력 개발의 경제성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 다음 그림 1은 카프란 수차의 구조를 나타낸 것이다.
04 m3/sec의 범위에 있으므로, 수차형식은 프로펠러 수차 중 튜브형(Tubular) 수차가 적합한 것으로 판단된다. 또한 장래에 예상되는 대량생산 가능성, 운전조건 변화, 효율곡선, 건설비 등을 고려해 볼 때 앞서 선정된 튜브형 수차의 이용이 유리할 것으로 판단된다. 튜브형 수차는 원통형 수차와 같은 구조로서, 발전기가 수로 밖에 위치하는 점이 원통형수차와 다르고, 통상 3~90 m의 저낙차에 이용되는데, 이론적으로는 고속 프란시스 수차의 연장이라고 볼 수 있는 수차이고 구조나 작동이론은 프란시스 수차와 비슷하며, 수리학상으로는 카프란 수차와 동일하다.
석유나 석탄과 같은 화석에너지는 머지않아 고갈될 것이라는 예측과 화석에너지의 사용으로 인하여 생기는 이산화탄소와 같은 온실효과 가스가 지구온난화를 심화시키고 이것은 대형 홍수와 국지적 집중호우, 가뭄과 전염병, 기근 등 우리인류의 생존을 위협하는 재앙을 계속 되풀이하게 할 것이라고 예측하고 있다. 이러한 심각한 상황에 대처하기 위하여 전 세계적인 협동체제가 가동되기 시작하였는데, 1988년 11월에는 세계기상기구(WMO)와 국제연합환경계획(UNEP)의 공동개최로 유엔 산하 국제 협의체인 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)가 설립되었다(남광현, 2002).
그러나 소수력발전의 경우 환율과 유가 등 원자재 비용이 변동이 심하여 경제성의 불확실성이 높은 편이다. 앞으로 기술개발 등을 통하여 기초사업비가 감소할 것이고 현재보다 발전효율이 높은 발전기의 개발로 똑같은 자원경제성에서 더 많은 전력을 생산할 수 있게 됨으로써 경제성이 높아 질 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대수력발전과 비교했을 때 소수력의 장점은 무엇인가?
소수력(Small hydropower)발전은 대수력발전에 비해 친환경적이고 장기적인 수명과 다른 자원을 사용하는 발전소들보다 더 효율적이며 복원 가능성이 크고 화력, 원자력 등의 오염유발 에너지 자원을 대신한다. 식수공급체계와 관개프로젝트에 있어서 더 높은 효율과 양질로서 미니 소수력개발에 더 많은 기회를 제공하고 있다.
소수력발전의 기본 원리는 무엇인가?
소수력발전은 그 형식에 따라 약간의 차이는 있으나, 기본적인 원리는 높은 곳에 있는 물을 아래로 흘러 떨어지는 힘, 즉 물의 고저차(낙차)에 의한 위치에너지로 수차의 회전력을 발생시키고 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해서 전기에너지를 생성하는 발전방식으로써 수차를 회전시키는 물의 수량이 많을수록 물이 떨어지는 낙차가 클수록 발전 가능량 즉, 시설용량이 커지고 전력 생산량도 그 만큼 많아진다. 물이 위치에너지에서 전기에너지로 변화되는 소수력 발전능력의 유도식은 통상 다음 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
소수력발전소의 경제성 평가 체계는 무엇인가?
소수력발전소의 경제성 평가의 체계는 크게 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 우선 먼저 발전설비 설치지역의 유량 특성과 부하를 고려한 발전량이 계산되어야 하며, 다음으로 투자비, 유지보수비 등의 비용과 전력판매(또는 에너지 절감)를 통한 수익을 반영한 현금흐름을 산출하는 과정이다. 다음 그림 5는 소수력발전 경제성분석 요소와 체계를 보여주고 있다(산업자원부, 2006).
참고문헌 (24)
강원대학교(2009) 강원지역 신재생에너지 자원조사 및 활용방안 연구용역 소수력 최종 보고서, 풍력발전시스템 연구센터, pp. 1-128.
이철형, 박완순, 신동렬, 정헌생(1989) 소수력발전소의 성능해석에 관한 연구, 한국동력자원연구소, 제11권, 제4호, pp. 133-145.
조은주(2006) 신천하수종말처리장에 도입한 소수력 발전소의 경제성 분석에 관한 연구, 석사학위논문, 경북대학교 대학원, pp. 27-63.
한국에너지기술연구원(2006) 소수력발전 건설 타당성조사 기본계획 연구보고서, pp. 1-65.
Kim, J.H., Kim, D.H., and Kim, S.(2010) Research on the Small Hydropower Renewable Energy in Northern Gyeong-Buk Area, Dongyang Hydrologic Paper, No. 1, Department of Railroad and Civil Engineering, Dongyang University, Yeongju, Republic of Korea. (In Korean).
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