[논문]농업용 저수지의 소수력 개발을 위한 경제성 분석

우재열; 김진수; 장훈; 김영현

doi:10.5389/ksae.2011.53.2.053

농업용 저수지의 소수력 개발을 위한 경제성 분석
Economic Feasibility Analysis for Development of Small Hydropower Using Agricultural Reservoirs 원문보기

한국농공학회논문집 = Journal of the Korean Society of Agricultural Engineers, v.53 no.2, 2011년, pp.53 - 60

우재열 (한국농어촌공사 사업계획실) , 김진수 (충북대학교 지역건설공학과) , 장훈 (충북대학교 지역건설공학과) , 김영현 (충북대학교 지역건설공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to investigate the effect of hydropower factors (watershed, gross head), operation ratio and unit electricity cost on the benefit-cost ratio (B/C ratio) of small hydropower using agricultural reservoirs. The equation of B/C ratio was expressed as a function of watershed area, gross head, operation ratio and unit electricity cost. The benefit increased with watershed area, gross head and unit electricity cost, while the cost increased with watershed area and gross head but decreased with operation ratio. The B/C ratio increased with watershed area, gross head, operation ratio and unit electricity cost. While the effect of gross head on the B/C ratio decreased with watershed area, the effect of operation ratio and unit electricity cost on the B/C ratio increased with watershed area. The operation ratio is an important factor to affect the B/C ratio and therefore we need to develop hydropower for the heightened dams to expect high operation ratio due to continuous water release. The unit electricity cost is also an important factor to affect the B/C ratio and the B/C ratio was always below 1 unless unit electricity cost is over 60 Won/kWh under given conditions. The reservoirs with economic feasibility for small hydropower development were three in 21 when the equation of B/C ratio was appled to the study reservoirs. The results can be used to choose the appropriate reservoir with economic feasibility for development of small hydropower.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 충청남북도에 위치한 유효저수량 300만 m3 ,총낙차 5 m 이상의 농업용저수지를 대상으로 소수력 발전의 편익 · 비용비 (B/C)에 유역면적, 총낙차, 가동률 및 전력기준단가가 미치는 영향을 평가하였는데, 여기서 얻은 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
이에 본 연구에서는 농업용저수지의 발전인자, 가동률 및 전력기준단가로부터 편익 ․ 비용비의 회귀식을 도출하고 이러한 인자의 변화가 편익·비용비에 미치는 영향을 파악하여 소수력 발전 지구 선정의 기초자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

건설비용은 소수력발전 지구여건에 따라 편차가 크게 발생되어 객관적으로 추정하기에 많은 어려움이 있으나, 여기서는 신 · 재생에너지 발전차액지원제도 개선 및 RPS제도와 연계방안 (MCIE, 2006)에서 사용된 시설용량으로 건설비용을 추정하는 방법을 사용하였다.
발전인자, 가동률 및 전력기준단가가 편익 · 비용비 (B/C)에 미치는 영향을 검토하기 위하여 유역면적 및 총낙차는 대상 저수지의 제원과 비슷하게 유역면적은 300 km2 이하, 총낙차는 10～40 m로 하였고, 가동률의 범위는 15～45 %, 전력기준단 가의 범위는 60～120 원/kWh으로 하였다.
본 연구에서는 준공된 9개 농업용저수지 소수력발전지구의 사례를 이용하여 공사기간 및 투입비용비율을 결정하였으며, 공사기간은 가장 빈도가 높은 3년으로 하고, 건설비용의 분포 비율은 Table 2와 같은 값을 채택하였다. 소수력 발전사업 초기에 건설된 지구는 상대적으로 건설비용이 높게 나타나고 있어 준공년도 차이로 발생되는 물가상승률은 고려하지 않았다.
편익의 현재가치총계는 전력기준단가 상승률을 고려한 경우, 식 (2)와 같이 표시할 수 있고, 소수력 개발에 따른 비용은 건설비용과 유지관리비용으로 구성된다. 본 연구에서는 준공된 농업용저수지의 소수력발전 지구에 대한 건설비용을 시설용량, 유역 면적 및 총낙차의 함수로 표시하였다. 또한, 유지관리비는 건설비용에 유지관리비율 2.
여러 회귀식 중 최적의 회귀식을 판단하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 본 논문에서는 식 (5)과 같은 독립함수 선택기준 (R_u) (Ueda et al., 2004)을 판별식으로 선정하여 이 값이 최대인 경우를 최적의 식으로 판단하였다.
최근 10년간 (1999～2008년)의 수문자료를 저수지모의 운영프로그램인 HOMWRS (Hydrological Operation Model for Water Resources System)모형 (KARICO, 2001)에 입력하여 방류량을 산정하였고, 국내 소수력 설계에서 많이 사용되는 풍수량 (방류량 유황곡선에서 26 %에 해당되는 유량값)을 설계유량으로 채택하여 단위시간발전량을 구했다. 연발전량은 단위시간발전량을 합산한 연간 발전량의 10년간 평균값을 적용하였다.
연발전량은 Woo and Kim (2010)에서 언급한 순서에 따라 산정되었다. 최근 10년간 (1999～2008년)의 수문자료를 저수지모의 운영프로그램인 HOMWRS (Hydrological Operation Model for Water Resources System)모형 (KARICO, 2001)에 입력하여 방류량을 산정하였고, 국내 소수력 설계에서 많이 사용되는 풍수량 (방류량 유황곡선에서 26 %에 해당되는 유량값)을 설계유량으로 채택하여 단위시간발전량을 구했다. 연발전량은 단위시간발전량을 합산한 연간 발전량의 10년간 평균값을 적용하였다.

대상 데이터

5 %를 적용하였다. 내용연수로는 한국농어촌공사 자체사업 업무추진 매뉴얼 (KRC, 2006)에서 제시한 30년을 채택하였다. 건설비용은 소수력발전 지구여건에 따라 편차가 크게 발생되어 객관적으로 추정하기에 많은 어려움이 있으나, 여기서는 신 · 재생에너지 발전차액지원제도 개선 및 RPS제도와 연계방안 (MCIE, 2006)에서 사용된 시설용량으로 건설비용을 추정하는 방법을 사용하였다.
대상저수지로는 준공된 소수력 발전 저수지의 규모와 농업용 저수지 소수력 개발 계획을 고려하여, 수문기상 및 지형특성이 유사한 충청남북도 내 저수지 중 소수력 개발이 가능하다고 판단되는 일정규모 (유효저수량 3 백만 m³ , 총낙차 5 m) 이상의 저수지 21개를 선정하였다. 대상저수지의 유효저수량은 예산군 예당저수지에서 최댓값 46 백만 m³이었으며, 대전시 방동저수지에서 최솟값 3 백만 m³이었다.

성능/효과

1. 편익 · 비용비는 유역면적과 총낙차가 클수록 크게 나타났다.
2. 편익 · 비용비는 유역면적이 클수록 가동률에 의한 영향이 크게 나타났으나, 총낙차가 큰 경우 (40 m)에는 유역면적보다는 가동률에 의한 영향이 크게 나타났다.
3. 편익 · 비용비는 유역면적이 클수록 전력기준단가에 의한 영향이 크게 나타났으나, 총낙차가 큰 경우 (40 m)에는 유역면적보다는 전력기준단가에 의한 영향이 크게 나타났다.
4. 가동률 및 전력기준단가는 소수력 경제성 분석에서 가장 중요한 요소로서, 가동률이 15% 이하인 경우에는 유역면적 200 km² 이하에서, 전력기준단가가 60 원/kWh인 경우에는 유역면적 및 총낙차에 관계없이 항상 1.0 이하로 되어 소수력은 경제성이 없는 것으로 나타났다.
5. 유도된 편익 · 비용비의 함수식을 대상저수지에 적용한 결과, 21개 대상저수지 중 3개 저수지(미호, 탑정 및 예당)가 경제성이 있는 것으로 분석되었고, 특히 소수력 개발을 추진 중인 저수지의 편익 ․ 비용비는 모두 1.0 이상으로 경제성이 있는 것으로 나타났다.
대상저수지의 유효저수량은 예산군 예당저수지에서 최댓값 46 백만 m³이었으며, 대전시 방동저수지에서 최솟값 3 백만 m³이었다. 대상 저수지의 총낙차는 보은군 보청저수지에서 최댓값 28.6 m, 예산군의 예당저수지에서 최솟값 8.0 m를 나타냈다 (Table 1). 대상저수지의 관할 9개 기상대 (관측소)의 최근 30개년 (1979년～2008년)의 연평균 강수량은 1,287 mm이며 평균오차백분율은 3.
0 m를 나타냈다 (Table 1). 대상저수지의 관할 9개 기상대 (관측소)의 최근 30개년 (1979년～2008년)의 연평균 강수량은 1,287 mm이며 평균오차백분율은 3.74 %로 나타났다.
, 총낙차 5 m) 이상의 저수지 21개를 선정하였다. 대상저수지의 유효저수량은 예산군 예당저수지에서 최댓값 46 백만 m³이었으며, 대전시 방동저수지에서 최솟값 3 백만 m³이었다. 대상 저수지의 총낙차는 보은군 보청저수지에서 최댓값 28.
대상저수지의 편익 · 비용비는 0.07～1.56으로 나타났으며, 21개 대상저수지 중 3개 저수지 (미호, 탑정 및 예당)가 경제성이 있는 것으로 분석되었다.
가동률은 소수력 발전의 편익 · 비용비에서 가장 영향을 미치는 중요한 요소로서 관개기에만 가동되는 농업용저수지 (약 25%)보다 연중 가동되는 다목적댐의 경우 (45 % 이상)가 높은 것으로 조사되었다 (MCIE, 2006). 따라서 가동률의 제고를 위해서는 연중 가동될 수 있는 둑높이 사업지구 저수지를 우선 개발하는 것이 효과적이라고 판단된다.
또한, 소수력 개발을 추진 중인 미호저수지와 예당저수지의 편익 · 비용비는 각각 1.16과 1.56으로 경제성이 있는 것으로 나타났다.
전력기준단가는 소수력발전의 경제성에서 가장 중요한 요소의 하나로서 전력기준단가가 60 원/kWh인 경우에는 유역면적 및 총낙차에 관계없이 편익 · 비용비는 항상 1.0 이하로 되어 경제성이 없는 것으로 나타났다.
총낙차 20 m인 경우 편익 · 비용비가 1.0이 되는 유역면적은 가동률 25 %에서 87 km2 , 가동률 45 %에서 52 km2을보여 가동률이 클수록 유역면적은 작아지는 것으로 나타났다.
총낙차가 20 m인 경우, 편익 · 비용비가 1.0이 되는 유역면적은 전력기준단가 100 원/kWh에서 117 km2 , 120 원/kWh에서 78 km2을 보여, 전력기준단가가 클수록 유역면적은 작아지는 것으로 나타났다.
편익 · 비용비는 유역면적과 총낙차가 클수록 크게 나타났고, 유역면적이 클수록 총낙차에 의한 영향은 작게 나타났다.
편익 · 비용비는 유역면적이 클수록 가동률에 의한 영향이 크게 나타났으나, 총낙차가 큰 경우 (40 m)에는 유역면적보다는 가동률에 의한 영향이 더 크게 나타났다.
편익 · 비용비는 유역면적이 클수록 전력기준단가에 의한 영향이 크게 나타났으나, 총낙차가 큰 경우 (40 m)에는 유역면적보다는 전력기준단가에 의한 영향이 더 크게 나타났다.

후속연구

본 연구를 통해 도출된 편익 · 비용비의 함수식 및 농업용저수지의 유역면적, 총낙차, 가동률 및 전력기준단가의 변화에 따른 경제성분석은 소수력 사업지구의 선정에 효과적으로 사용될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개발가치가 있는 소수력지구의 선정은 무엇에 의하여 결정되는가?	개발가치가 있는 소수력지구의 선정은 소수력 발전량으로부터 얻어지는 편익과 소수력발전 설치비용을 고려한 경제성분석을 통하여 결정된다. 먼저, 소수력 발전량 추정에 관한 연구로서 Ahn et al.
	경제성분석이란 무엇을 말하는가?	경제성분석은 사회후생의 측면에서 사업의 계획단계, 진행단계 및 완료후에 사업에 대한 경제적 타당성을 분석, 평가하는 것을 말하며, 농업생산 기반정비사업에서는 편익 ․ 비용비 (B/C)가 주요 투자효율지표로 많이 사용되고 있다 (KRC, 2010). 경제성 분석에 의한 소수력발전 개발타당성 분석과 최적규모 결정방안과 관련된 연구로서 국내에서 Park et al.
	소수력 발전의 편익 · 비용비는 유역면적과 총 낙차가 어떨수록 크게 나타났는가	1. 편익 · 비용비는 유역면적과 총낙차가 클수록 크게 나타났다. 유역면적이 클수록 총낙차에 의한 영향은 작게 나타났으나, 가동률이 작은 경우가 큰 경우보다 이런 경향은 크게 나타났다.

참고문헌 (13)

Ahn, T. J., H. H. Lyu, and J. E. Park, 1999. Optimization technique for estimation of potential hydroelectric energy at existing agricultural reservoir. J. of Korea Water Resources Association 32(3): 281-289 (in Korean).
Hosseini, S. M. H., F. Forouzbakhsh, and M. Rahimpoor, 2005. Determination of the optimal installation capacity of small hydro-power plants through the use of technical, economic and reliability indices. Energy Policy 33(15): 1948-1956.

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Kadellis, J. K., D. S. Vlachou, and G. Korbakis 2005. Techno-economic evaluation of small hydro power in Greece: A complete sensitivity analysis. Energy Policy 33(15): 1969-1985.

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Kim, K. H., C. S. Yi, J. H. Lee, and M. P. Shim, 2007. Framework for optimum scale determination for small hydro power development using economic analysis. J. of Korea Water Resources Association 40(12): 995-1007 (in Korean).

원문보기 상세보기
Kim, K. H., C. S. Yi, K. D. Yeo, and M. P. Shim, 2009. Priority decision of small hydro power development using spatial multi-criteria decision making. J. of Korea Water Resources Association 42(12): 1029-1038 (in Korean).

원문보기 상세보기
Korea Agricultural & Rural Infrastructure Corporation (KARICO), 2001. Hydrological operation model for water resources system (in Korean).
Korea Rural Community & Agricultural Corporation (KRC), 2006. Manual of private project for duty promotion (in Korean).
Korea Rural Community Corporation (KRC), 2010. Comprehensive report of investment project for feasibility analysis (in Korean).
Ministry of Commerce, Industry and Energy (MCIE), 2006. Improvement of feed in tariff for new & renewable energy and connection of RPS system (in Korean).
Moon, Y. K., 2002. Potential presence of small hydro development using agricultural reservoirs. Rural Community & Environment 12(2): 7-13 (in Korean).
Park, W. S., C. H. Lee, and M. P. Shim, 1997. Feasibility assessment for small hydro power sites in korea. Korea Society of Civil Engineers 197-205 (in Korean).
Ueda, T., M. Kobayashi, and M. Fuchigami, 2004. Introduction to Regression Analysis Using Excel. Tokyo: Ohmsha (in Japanese).
Woo, J. Y., and J. S. Kim, 2010. Estimation of annual capacity of small hydro power using agricultural reservoirs. The Korea Society of Agricultural Engineers 52(6): 1-7 (in Korean).

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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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