[논문]하수처리수를 이용한 소수력발전소 설계 및 성능예측

이철형; 박완순; 김원경; 김정연; 채규정

doi:10.7836/kses.2013.33.2.078

[국내논문] 하수처리수를 이용한 소수력발전소 설계 및 성능예측
Design and Performance Prediction of Small Hydropower Plant Using Treated Effluent in Wastewater Treatment Plant 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.33 no.2, 2013년, pp.78 - 83

이철형 (한국에너지기술연구원) , 박완순 (한국에너지기술연구원) , 김원경 (한라건설(주) 기술연구소) , 김정연 (한라건설(주) 기술연구소) , 채규정 (코오롱글로벌(주) R&BD센터 환경기술연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A methodology to predict the output performance of small hydro power plant using treated effluent in waste water treatment plant has been studied. Existing waste water treatment plant located in Kyunggi-Do were selected and the output performance characteristics for these plants were analyzed. .Based on the models developed in this study, the hydrologic performance characteristics for SHP sites have been analyzed. The results show that the flow duration characteristics of small hydropower plant for waste water treatment plant have quite differences compared with small hydropower plant for the river. As a result, it was found that the developed model in this study can be used to analyze the output characteristics for small hydro power in waste water treatment plant. Additionally, primary design specifications such as design flowrate, capacity, operational rate and annual electricity production were estimated and discussed. It was found that the models developed in this study can be used to decide the design performance of small hydropower plant for waste water treatment plant effectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구를 통하여 하수처리장의 처리수를 이용한 소수력발전의 성능특성을 예측하는 방법이 제시되었다.개발된 모델은 하수처리장의 방류수를 이용한 소수력발전소의 성능 특성을 잘 표현하여 준다는 것이 밝혀졌다.
특히 소수력발전은 일정한 처리수가 방류되는 하수처리장에 적용되었을 때 그 가동율은 하천에 설치되는 소수력발전소에 비하여 매우 높다고 알려져 있으며⁽³⁾,향후 하수처리장에 널리 보급될 수 있는 청정에너지원이라고 할 수 있다.본 연구에서는 경기도 용인시에 위치한 기흥레스피아 하수처리장을 대상으로 수행된 소수력발전에 대해 분석하였다.

가설 설정

8은 설계유량의 변화에 따른 연평균가동율,설비용량 및 연간 발전량의 변화를 나타내는 그림이다.이 때 발전소의 총효율은 0.75로 가정하였고,낙차는 단위 유효낙차를 적용 하였다.

제안 방법

방류구 주변의 지형과 시설물이 일반적인 소수력발전소를 건설하기 어려운 여건이라 수압관을 지상에 노출되도록 구상하였다.또한 방류구 주변의 시설물들을 보전하고 발전소를 건설하기 위하여 사이폰 형상의 수압관을 갖는 댐-수로식 소수력발전소의 형태를 택하였다.

대상 데이터

본 연구에서 분석대상으로 선정한 기흥레스피아 하수처리장은 일처리량이 50,000㎥으로 설계되어 있다.

성능/효과

본 연구를 통하여 하수처리장의 처리수를 이용한 소수력발전의 성능특성을 예측하는 방법이 제시되었다.개발된 모델은 하수처리장의 방류수를 이용한 소수력발전소의 성능 특성을 잘 표현하여 준다는 것이 밝혀졌다. 하수처리수는 비교적 일정한 방류량을 가졌다고 알려져 있으나,시간별,일별,계절별 변화가 심하였다.
619m로 산정되었다.사용낙차를 증가시키기 위하여 방류구의 높이를 인위적으로 높이는 것을 검토하였으나,이럴 경우 방류구 전단의 처리공정에서 문제가 발생되는 것으로 판명되어 방류구의 낙차를 현상태로 유지하여 자연적인 낙차만을 이용하는 방안을 채택하였다.
하수처리수를 이용한 소수력발전소의 경우,단기적인 유량변화,즉 하루 중 시간대별 유량변화를 고려하여 사용되는 수차발전기를 선정하여야 하며,장기적인 유량변화,즉 유량지속곡선을 통한 설계유량 산정이 필요하다.하수처리수를 이용한 소수력발전은 일반하천에서의 소수력발전소의 가동율이 40% 전후로 결정되는 것에 비하여 연간 가동율 70% 중반으로 산정되어,에너지회수율이 크기 때문에 하수처리장의 에너지자립화에 크게 기여할 것으로 판단된다.또한 본 연구에서 제시된 모델은 하수처리장 방류수를 이용한 소수력발전소의 설계시 소수력발전시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 사려된다.

후속연구

하수처리수를 이용한 소수력발전은 일반하천에서의 소수력발전소의 가동율이 40% 전후로 결정되는 것에 비하여 연간 가동율 70% 중반으로 산정되어,에너지회수율이 크기 때문에 하수처리장의 에너지자립화에 크게 기여할 것으로 판단된다.또한 본 연구에서 제시된 모델은 하수처리장 방류수를 이용한 소수력발전소의 설계시 소수력발전시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 것으로 사려된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소수력발전의 장점은?	환경부는 ‘하수처리시설 에너지 자립화 계획’을 통해 2015년까지 에너지 자립율 18%를 목표로 하고 있으며(1),이를 위해서는 미활용 에너지를 이용한 능동적 에너지 생산이 필요하다.그 중 소수력발전은 공급 안정성이 우수하고 장기적으로 보면 발전가격이 안정적이다(2).특히 소수력발전은 일정한 처리수가 방류되는 하수처리장에 적용되었을 때 그 가동율은 하천에 설치되는 소수력발전소에 비하여 매우 높다고 알려져 있으며(3),향후 하수처리장에 널리 보급될 수 있는 청정에너지원이라고 할 수 있다.
	소수력발전소의 출력이 일정하게 유지되는 이유는?	소수력발전소의 출력은 설계유량 이하에서는 유량변화에 따라 거의 선형적으로 변하게 되지만,발전설비의 효율로 인하여 순수한 소수력에너지보다 항상 적은 값을 갖는다.또한 설계유량 이상에서는 설계유량에 해당하는 유량만을 사용하고 이를 초과하는 유량은 월류시켜 방류하기 때문에 출력은 일정하게 유지된다.
	하수처리시설 에너지 자립화 계획의 목표는?	에너지 다소비원인 하수처리시설은 기후협약에 따른 온실가스 저감시설로서의 그 역할이 증대되고 있다.환경부는 ‘하수처리시설 에너지 자립화 계획’을 통해 2015년까지 에너지 자립율 18%를 목표로 하고 있으며(1),이를 위해서는 미활용 에너지를 이용한 능동적 에너지 생산이 필요하다.그 중 소수력발전은 공급 안정성이 우수하고 장기적으로 보면 발전가격이 안정적이다(2).

참고문헌 (7)

Ministry of Environment, "Energy Self Supporting Plan of Waste Water Treatment Plant",2010.
Korea Energy Management Corp., New and Renewable Energy Center, "New and Renewable Energy R&D Strategy 2030 Series: Small Hydropower", Bookshill, 2008.
C.H. Lee, W.S. Park, "Feasibility Study of Small Hydropower for Waste Water Treatment Plant", Korea Institute of Energy Research, Report, 2000.
Park, W.S., Lee, C.H., and Jeong, S.M., "An Analysis of Performance Characteristics for Small Hydro Power Plants", KWRA, Vol.2,No.1,2001.
Park, W.S., Lee, C.H, "The Study of Performance Prediction Methods for Small Hydro Power Sites",KWRA, 2003.
Park, W .S., Lee, C.H, "Hydrologic Performance Characteristics Variation of Small Scale Hydro Power Plant with Variation of Inflow",KWRA, Vol.43, No.4, 2010.

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Park,W .S., Lee,C.H, "Hydrologic Performance Characteristics of Small Hydro Power Resources for River Systems", KSES, Vol.30, N0.2, 2010.

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