신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있지만 부정적인 여론으로 인해 초소수력 발전소 개발이 부진한 실정이다. 그러나 다른 신재생에너지에 비해 에너지 변환효율이 높고 이산화탄소를 배출하지 않아 대체에너지로써 개발 및 확대에 대한 관심이 필요하다. 이에 본 연구는 이클립스(Eclipse)를 이용하여 초소수력 발전량을 가시화하는 지도를 담는 애플리케이션을 개발하였다. 이를 통해 먼저 대상지점을 선택하고 미 공병단에서 제공하는 HEC-HMS으로 산출한 확률 설계유량으로 발전용량을 산정한 후 경제성 분석을 수행할 수 있다. 시범지역으로 강수량이 풍부한 강원도 영월군을 선정한 후, 국가수자원관리종합정보에서 제공하는 기초자료를 이용하여 초소수력 발전 잠재량 분석을 수행하였다. 본 연구 결과로 대상지점의 예상발전량, 연간전기생산량, 경제성분석 등을 단시간에 평가할 수 있고, 전국을 대상으로 잠재되어 있는 초소수력 발전 가능지역을 선별하는데 활용될 것으로 기대된다. 또한 간편하게 발전 가능지역을 선별할 수 있기 때문에 초기 투자비용을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있지만 부정적인 여론으로 인해 초소수력 발전소 개발이 부진한 실정이다. 그러나 다른 신재생에너지에 비해 에너지 변환효율이 높고 이산화탄소를 배출하지 않아 대체에너지로써 개발 및 확대에 대한 관심이 필요하다. 이에 본 연구는 이클립스(Eclipse)를 이용하여 초소수력 발전량을 가시화하는 지도를 담는 애플리케이션을 개발하였다. 이를 통해 먼저 대상지점을 선택하고 미 공병단에서 제공하는 HEC-HMS으로 산출한 확률 설계유량으로 발전용량을 산정한 후 경제성 분석을 수행할 수 있다. 시범지역으로 강수량이 풍부한 강원도 영월군을 선정한 후, 국가수자원관리종합정보에서 제공하는 기초자료를 이용하여 초소수력 발전 잠재량 분석을 수행하였다. 본 연구 결과로 대상지점의 예상발전량, 연간전기생산량, 경제성분석 등을 단시간에 평가할 수 있고, 전국을 대상으로 잠재되어 있는 초소수력 발전 가능지역을 선별하는데 활용될 것으로 기대된다. 또한 간편하게 발전 가능지역을 선별할 수 있기 때문에 초기 투자비용을 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
Interest in all kinds of renewable energies has been highly increased while the micro-small-hydro power(MSHP) development has shown relatively slowly growth because of the negative public recognition about dam site development. It is, however, announced that the micro-SHP shows higher energy convers...
Interest in all kinds of renewable energies has been highly increased while the micro-small-hydro power(MSHP) development has shown relatively slowly growth because of the negative public recognition about dam site development. It is, however, announced that the micro-SHP shows higher energy conversion efficiency compared to other renewable energies and does not emit any carbon dioxide. Thus, it is concerned about the development and application of micro-SHP as an alternative energy. In this study, the application for Android was exploited with Eclipse to visualize readily the potential realizable amount of hydropower by micro-SHP. With this application, we can select the region from the map, obtain the design discharge of the selected site was calculated with HEC-HMS, presented by U.S. Army of Corp. and perform the simply economic analysis in sequence. Yeongwol in Gangwon-do Province, Korea was chosen as the target area since historically abundant precipitation was found and it is possible to obtain fundamental data from WAMIS. Results from this study could be expanded the whole region of Korea. Also, the initial investment cost would be reduced if the location for micro-SHP would be determined properly, because this application can help us easily select and examine the potential micro-SHP sites without on-the-spot visit.
Interest in all kinds of renewable energies has been highly increased while the micro-small-hydro power(MSHP) development has shown relatively slowly growth because of the negative public recognition about dam site development. It is, however, announced that the micro-SHP shows higher energy conversion efficiency compared to other renewable energies and does not emit any carbon dioxide. Thus, it is concerned about the development and application of micro-SHP as an alternative energy. In this study, the application for Android was exploited with Eclipse to visualize readily the potential realizable amount of hydropower by micro-SHP. With this application, we can select the region from the map, obtain the design discharge of the selected site was calculated with HEC-HMS, presented by U.S. Army of Corp. and perform the simply economic analysis in sequence. Yeongwol in Gangwon-do Province, Korea was chosen as the target area since historically abundant precipitation was found and it is possible to obtain fundamental data from WAMIS. Results from this study could be expanded the whole region of Korea. Also, the initial investment cost would be reduced if the location for micro-SHP would be determined properly, because this application can help us easily select and examine the potential micro-SHP sites without on-the-spot visit.
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문제 정의
본 연구에서는 Java로 만들어진 통합 개발 환경인 이클립스(Eclipse)를 이용하여 안드로이드 기반의 발전량 산정과 경제성 분석이 가능한 애플리케이션을 개발하였다. Google Map Android V2를 이용하여 지도 화면을 구현하고 DBMS인 SQLite DB에 GIS 데이터를 적재하여 안드로이드 자체 DB인 SQLite에 저장하였다.
이에 본 연구의 대상 범위는 예비타당성 조사 단계 시 필수 사항인 기상, 수문, 하천상황 및 경제성 분석으로 대상지점의 초소수력발전 가능 잠재량 평가와 경제성 분석이 수행 가능한 애플리케이션을 개발함에 있다. 본 연구에서는 예비타당성조사의 일환으로 비교적 짧은 시간과 적은 비용으로 사업의 추진필요성 등을 판단할 수 있도록 하였고, 경제적이고 단순한 방법을 활용하여 발전가능 잠재량을 가시화 하여 초소수력발전 개발에 대한 부정적인 시각과 초기 높은 투자비용을 감소시키고자 하였다. 유량 분석은 WAMIS(국가수자원관리종합정보시스템)의 관측소 유량 자료와 기상청의 강우자료를 이용한 유출량을 비교 검정하여 산정하였고, 산정된 설계유량을 근거로 발전용량을 추정한 후, 경제성 타당성을 간략히 분석하였다.
또한 국내에는 초소수력 발전 잠재 부존량이 풍부하기 때문에 개발할 가치가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 초기 투자비용을 감소시키기 위한 목적으로 하천지역의 초소수력발전가능량을 평가할 수 있고, 경제성을 분석해주는 안드로이드 기반의 애플리케이션을 개발하였다. 기존 선행연구의 예측기법 자체는 동일하나, 웹에서만 구현하였던 것을 애플리케이션으로 제작함으로써 예비타당성 조사를 현장에서 혹은 보다 간편하게 실시할 수 있는 장점이 있다.
유량지속곡선은 지점에서 사용할 수 있는 하천유량을 평가하는 것으로 하천유량이 특정 유량 이상일 크기의 확률을 구하고자 하는데 목적이 있다. 유량지속곡선은 x축이 시간비(exceedance probability, %), y축이 유량(m3/s)인 그래프이며 x축이 의미하는 시간비는 전체 데이터에 대해 유량이 해당 유량 이상일 확률을 나타낸 값이다.
또한 사업절차는 크게 3단계로 ①예비타당성조사(prefeasbility study), ②타당성조사(feasibility study), ③기본설계(basic design)와 실시설계(detail design)로 나뉜다. 이에 본 연구의 대상 범위는 예비타당성 조사 단계 시 필수 사항인 기상, 수문, 하천상황 및 경제성 분석으로 대상지점의 초소수력발전 가능 잠재량 평가와 경제성 분석이 수행 가능한 애플리케이션을 개발함에 있다. 본 연구에서는 예비타당성조사의 일환으로 비교적 짧은 시간과 적은 비용으로 사업의 추진필요성 등을 판단할 수 있도록 하였고, 경제적이고 단순한 방법을 활용하여 발전가능 잠재량을 가시화 하여 초소수력발전 개발에 대한 부정적인 시각과 초기 높은 투자비용을 감소시키고자 하였다.
가설 설정
발전형식은 국내 초소수력발전소의 약 80%를 차지하는 댐식을 우선 선택하여 애플리케이션을 제작하였고, 수차 선택이 가능하게 하여 효율 계산을 하였다. 2009년 관측자료를 이용하였기 때문에 경제성 분석 시 2009년 당시 이자율이나 전기요금을 적용하였고 초소수력발전소의 구조 수명은 30년으로 가정하였다.
관측소가 있는 지점의 관측자료와 똑같은 지점에서의 강우자료를 통하여 산정한 유출량과 비교를 한 후 30% 확률유량을 설계유량으로 산정하였다. 2010년 강원발전연구원의 조사에 따르면, 소수력의 연간 이용률은 30～40%로 나타났고, 본 연구에서는 30%의 이용률을 목표로 하여 설계유량을 30%의 확률유량으로 가정하였다[8].
유량지속곡선은 x축이 시간비(exceedance probability, %), y축이 유량(m3/s)인 그래프이며 x축이 의미하는 시간비는 전체 데이터에 대해 유량이 해당 유량 이상일 확률을 나타낸 값이다. 본 연구에서는 가동률을 30%로 가정하였기 때문에 유량지속곡선 상의 시간비 30%의 유량을 설계유량으로 산정하였다.
경제성 분석을 위해서는 그 지점에서의 연간 전기생산량을 산정해야 하는데 여기에다 발전시설의 가동률을 적용하여야 한다. 본 연구에서는 강원발전연구원의 조사에 따라 가동률을 30%로 가정하였고 연간 전기생산량 식은 식 (3)과 같이 산정하였다[10].
영월군 내의 관측소 지점에서의 발전 가능량과 경제성 검토를 하였다. 설계유량은 WAMIS 수위자료를 이용하였고 유효낙차는 4.5 m로 가정하였다. 강원발전연구원에 따르면 소수력발전 설계 시 사용되는 수차발전기 개략 설계메뉴얼에 따라 수차효율과 발전기 효율도 가정하여 합성효율을 80%로 하였다[12].
=유지관리비율, N=발전소 운영기간(년)이다. 유지관리비율은 3.63%로 가정하고 이자율은 2009년 기준으로 적용하여 산출하였다.
이러한 직접비 외의 부속건물비는 발전소의 크기에 비례하므로 3가지 직접비의 10%로 가정하고 간접비는 직접비 총액의 20%로 가정하였다. 따라서 초기투자비는 식 (7)과 같고, 총 투자비용은 초기 건설비와 매년 발전소 운영상 소요되는 유지관리비용을 합쳐 산출하였다.
프로세스 3의 경우에는 사용자가 어떠한 입력값도 설정하지 않으면 수차형식과 낙차의 가정을 통해 발전량과 경제성 분석이 이루어지며 B/C 비율이 1이 넘을 때의 값을 결과로 출력하게 된다. 초소수력 발전소의 수명을 평균 30년으로 보고 30년까지 운영된다고 가정하여 경제성분석을 실시하였으며 30년 후의 이익과 비용을 비교하여 적합성을 판단하였다. 인자를 선택하지 않는 경우는 B/C 비율이 1이 넘는 최소운영기간도 표시하도록 제작하였다.
제안 방법
3가지 형식의 구현 프로세스를 구성하였다. 애플리케이션 사용자의 초기 인자 선택에 따라 구현된다.
Arc GIS를 이용하여 영월군 내 하천 격자에 B/C 비율을 적용하여 발전가능량 지도를 제작하였다. 자료를 지도로 가시화 함으로써 한 눈에 발전량을 검토할 수 있는 장점이 있다.
본 연구에서는 Java로 만들어진 통합 개발 환경인 이클립스(Eclipse)를 이용하여 안드로이드 기반의 발전량 산정과 경제성 분석이 가능한 애플리케이션을 개발하였다. Google Map Android V2를 이용하여 지도 화면을 구현하고 DBMS인 SQLite DB에 GIS 데이터를 적재하여 안드로이드 자체 DB인 SQLite에 저장하였다. 이 SQLite는 내·외장 메모리도 지원가능하며 실시간으로 데이터 저장 및 처리가 가능하다.
영월군 내의 수위관측소는 영월, 거운 신천 영월2, 옥동, 주천, 팔괴 총 7개의 수위관측소가 존재한다. WAMIS에서 각 관측소의 수위자료를 수위-유량관계 곡선에 의하여 유량자료로 변환하고 이를 이용하여 유량지속곡선을 그리고 유량지속곡선의 30%에 해당하는 유량을 설계유량으로 산정하였다. [그림 2]는 2009년도의 신천 수위관측자료를 이용한 유량지속곡선이다.
유량 분석은 WAMIS(국가수자원관리종합정보시스템)의 관측소 유량 자료와 기상청의 강우자료를 이용한 유출량을 비교 검정하여 산정하였고, 산정된 설계유량을 근거로 발전용량을 추정한 후, 경제성 타당성을 간략히 분석하였다. 경제성 분석은 일반적으로 활용도 높은 비용 편익법을 이용하여 관측소 지점의 초소수력 발전 가능 잠재량을 비교 분석하였다. 특히 이클립스(Eclipse)프로그램을 이용하여 안드로이드 기반의 애플리케이션을 제작하였다.
토양의 종류, 토지이용상태, 식생의 피복상태 및 선행토양함수조건 등을 고려하여 유출량을 산정하였다. 계측지역의 자료와 비교를 위해 영월군 내의 관측소 지점에서의 유출량을 산정하여 비교해 보았다. [그림 3]은 이 자료로 유량지속곡선을 나타낸 것이고 [그림 4]는 2009년 강우유출량을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 계측지역과 미계측지역으로 나누어 유량을 산정한 후 비교 검증을 해보았다. 관측소가 있는 지점의 관측자료와 똑같은 지점에서의 강우자료를 통하여 산정한 유출량과 비교를 한 후 30% 확률유량을 설계유량으로 산정하였다. 2010년 강원발전연구원의 조사에 따르면, 소수력의 연간 이용률은 30～40%로 나타났고, 본 연구에서는 30%의 이용률을 목표로 하여 설계유량을 30%의 확률유량으로 가정하였다[8].
그 중 계획조사에서는 2∼3개 후보지를 선정하고 수문, 기상, 지형, 지질 및 입지조건 등 기존 자료를 광범위하게 수집·검토하여 타당성 조사 시 댐 건설의 가능성 판단과 장·단점을 비교·검토하여 선정한다.
총 5곳의 후보지 중 3개소를 선정(경상북도 봉화군, 경상북도 영주시 문수면, 경상북도 예천군)하여 지형자료 구축, 유량관측을 통하여 발전용량과 수차형식 및 대수를 결정하였다. 또한 이를 토대로 경제성 평가를 실시하였다. 이를 본 연구에서 애플리케이션을 이용하여 산정한 결과와 비교하였다.
그 결과 관측값과 강우자료의 유출량 값은 경향은 비슷하나 약 10% 정도의 차이를 보였다. 발전형식은 국내 초소수력발전소의 약 80%를 차지하는 댐식을 우선 선택하여 애플리케이션을 제작하였고, 수차 선택이 가능하게 하여 효율 계산을 하였다. 2009년 관측자료를 이용하였기 때문에 경제성 분석 시 2009년 당시 이자율이나 전기요금을 적용하였고 초소수력발전소의 구조 수명은 30년으로 가정하였다.
본 연구에서 개발한 애플리케이션의 계산과정은 예비설계 과정에서 사용하고 비교적 간단한 식들로 이루어져있다. 기준이 되는 B/C 비율에 의해 간단히 판단하게 됨으로 애플리케이션 자체적인 값에 대한 검증보다 애플리케이션과 실제 소수력발전소의 설치 지역의 설계당시 제원으로 애플리케이션 결과와 실적자료의 비교를 통해 검증할 필요가 있다.
초소수력발전 가능량 산정에 있어서 매우 중요한 인자이지만 일반적으로 하천에서 시간과 공간에 따라 기상 및 강우특성에 영향을 많이 받는다. 본 연구에서는 계측지역과 미계측지역으로 나누어 유량을 산정한 후 비교 검증을 해보았다. 관측소가 있는 지점의 관측자료와 똑같은 지점에서의 강우자료를 통하여 산정한 유출량과 비교를 한 후 30% 확률유량을 설계유량으로 산정하였다.
입지개발과 관련된 비용은 크게 직접비와 간접비로 구분하며, 직접비로는 댐공사비, 터널공사비, 발전설비비, 변전설비비, 송배전설비비 및 발전소 부속 건물비가 있으며 간접비는 설계비, 인허가 및 공사감리로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 직접비 비용으로 구조물건설비, 수차발전설비, 변전설비비 총 3가지로 구분하여 산출하였다. 각 비용은 다음 식과 같다.
산지가 많고 강수량이 풍부한 강원도 내에 관측소 제원이 다수 존재하는 영월군을 우선적으로 분석하였고, 관측소가 설치되어 있는 지점에 관측자료와 강우자료를 통한 확률론적 유출량을 비교하여 설계유량을 산정하였다. 그 결과 관측값과 강우자료의 유출량 값은 경향은 비슷하나 약 10% 정도의 차이를 보였다.
이러한 발전량 분석을 하는 과정을 이클립스(Eclipse) 프로그램을 이용하여 제작하였고, 이용자가 이해하기 쉽게 화면에 지도를 나타내었다. 설계유량은 앞서 분석되어 있는 자료를 불러들이도록 제작하였고, 각 프로세스에 따라 유효낙차나 수차형식을 가정하여 반복 계산한 후 조건을 만족하는 결과 값이 출력되도록 하였다. 이 결과를 기존의 선행연구의 유사한 유효낙차와 설계유량을 갖는 소수력발전 후보지점과 대상지에 대한 기본 설계 제원과 비교를 실시하였고, 각 결과의 오차가 10% 이내로 나타났다.
설계유량만큼 중요한 인자로 형식에 따라 산정방법이 다르고 물이 수차발전기에 도달하는 수직거리를 말한다. 소수력 발전소는 형식에 따라 유효낙차를 산정하는 식이 제시되어 있으나 본 연구에서는 댐식으로 형식을 제한하였고, 손실낙차를 고려한 식 (2)를 이용하였다. 댐식의 경우 보와 같이 월류식 댐을 만들어 수압관을 통해 발전기에 보내는 형태로 방수구와 댐의 상단 높이차로 계산한다.
소수력발전 입지선정을 위한 비용산정은 많은 자료와 정확한 설계자료에 의하여 산정되지만 본 연구에서는 예비조사지의 개략적인 경제성을 분석하기 위함임으로 중요한 몇가지 요소로 구분하여 산정하였다. 다음의 식은 박완순(2004)의 식을 참고하였고, 이를 참고로 하여 가장 보편적이고 분석년도에서 적절한 입력데이터를 설정하였다[9].
영월군 내의 관측소 지점에서의 발전 가능량과 경제성 검토를 하였다. 설계유량은 WAMIS 수위자료를 이용하였고 유효낙차는 4.
본 연구에서는 예비타당성조사의 일환으로 비교적 짧은 시간과 적은 비용으로 사업의 추진필요성 등을 판단할 수 있도록 하였고, 경제적이고 단순한 방법을 활용하여 발전가능 잠재량을 가시화 하여 초소수력발전 개발에 대한 부정적인 시각과 초기 높은 투자비용을 감소시키고자 하였다. 유량 분석은 WAMIS(국가수자원관리종합정보시스템)의 관측소 유량 자료와 기상청의 강우자료를 이용한 유출량을 비교 검정하여 산정하였고, 산정된 설계유량을 근거로 발전용량을 추정한 후, 경제성 타당성을 간략히 분석하였다. 경제성 분석은 일반적으로 활용도 높은 비용 편익법을 이용하여 관측소 지점의 초소수력 발전 가능 잠재량을 비교 분석하였다.
유역에 강수가 발생하면 최종적으로 유역출구에서 유출로 나타나며 강수와 유출간의 관계를 Arc GIS를 이용하여 전처리 과정을 거치고 전처리를 통한 자료를 HEC-HMS를 이용하여 지점의 유출량을 산정하였다. 토양의 종류, 토지이용상태, 식생의 피복상태 및 선행토양함수조건 등을 고려하여 유출량을 산정하였다.
이를 본 연구에서 애플리케이션을 이용하여 산정한 결과와 비교하였다. 유효낙차와 설계유량이 비슷한 경상북도 영주시 문수면과 경상북도 예천군의 결과를 본 연구의 대상지인 신천 관측소 지점을 비교하였다.
5 m로 가정하였을 때 유량이 풍부한 팔괴 수위관측소 지점이 가장 높은 경제성을 보였다. 이러한 발전량 분석을 하는 과정을 이클립스(Eclipse) 프로그램을 이용하여 제작하였고, 이용자가 이해하기 쉽게 화면에 지도를 나타내었다. 설계유량은 앞서 분석되어 있는 자료를 불러들이도록 제작하였고, 각 프로세스에 따라 유효낙차나 수차형식을 가정하여 반복 계산한 후 조건을 만족하는 결과 값이 출력되도록 하였다.
초소수력 발전소 운영을 통해 발생하는 수익을 계산하기 위해 본 연구에서는 발전된 전력량과 판매가격을 다음 식을 이용하여 고려하였다.
유역에 강수가 발생하면 최종적으로 유역출구에서 유출로 나타나며 강수와 유출간의 관계를 Arc GIS를 이용하여 전처리 과정을 거치고 전처리를 통한 자료를 HEC-HMS를 이용하여 지점의 유출량을 산정하였다. 토양의 종류, 토지이용상태, 식생의 피복상태 및 선행토양함수조건 등을 고려하여 유출량을 산정하였다. 계측지역의 자료와 비교를 위해 영월군 내의 관측소 지점에서의 유출량을 산정하여 비교해 보았다.
경제성 분석은 일반적으로 활용도 높은 비용 편익법을 이용하여 관측소 지점의 초소수력 발전 가능 잠재량을 비교 분석하였다. 특히 이클립스(Eclipse)프로그램을 이용하여 안드로이드 기반의 애플리케이션을 제작하였다.
현실적으로 하천의 관측소가 없는 지점이 더 많기 때문에 미계측 지점의 유출량은 기상청의 강우자료를 이용하여 Arc GIS와 HEC-HMS로 산출하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 초소수력발전 후보지를 강원도 영월군으로 시범적으로 선정하였다. 강원도는 연평균 강수량이 1,245 mm로 풍부하고 전체 면적의 82%가 산지로 구성되어 있어서 상대적으로 일반하천 발전사업을 진행하기 용이하다고 판단하였다.
김정헌 외 3명(2011)은 경북 북부지역을 대상으로 소수력발전 자원조사에 관한 연구를 진행하였다[11]. 총 5곳의 후보지 중 3개소를 선정(경상북도 봉화군, 경상북도 영주시 문수면, 경상북도 예천군)하여 지형자료 구축, 유량관측을 통하여 발전용량과 수차형식 및 대수를 결정하였다. 또한 이를 토대로 경제성 평가를 실시하였다.
데이터처리
또한 이를 토대로 경제성 평가를 실시하였다. 이를 본 연구에서 애플리케이션을 이용하여 산정한 결과와 비교하였다. 유효낙차와 설계유량이 비슷한 경상북도 영주시 문수면과 경상북도 예천군의 결과를 본 연구의 대상지인 신천 관측소 지점을 비교하였다.
이론/모형
소수력발전 입지선정을 위한 비용산정은 많은 자료와 정확한 설계자료에 의하여 산정되지만 본 연구에서는 예비조사지의 개략적인 경제성을 분석하기 위함임으로 중요한 몇가지 요소로 구분하여 산정하였다. 다음의 식은 박완순(2004)의 식을 참고하였고, 이를 참고로 하여 가장 보편적이고 분석년도에서 적절한 입력데이터를 설정하였다[9]. 입지개발과 관련된 비용은 크게 직접비와 간접비로 구분하며, 직접비로는 댐공사비, 터널공사비, 발전설비비, 변전설비비, 송배전설비비 및 발전소 부속 건물비가 있으며 간접비는 설계비, 인허가 및 공사감리로 구분될 수 있다.
초소수력발전은 형식 및 규모에 따라 차이가 있지만 기본적으로 수위차로 발생되는 중력으로 인해 수차를 회전시키고 수차에 연결된 발전기가 전기를 생산하는 방식이다. 본 연구에서는 발전형식을 댐식으로 제한하고 각 지점의 발전량 산정은 실제 초소수력 발전소 설계에서 일반적으로 사용되는 식 (1)을 이용하였다.
성능/효과
산지가 많고 강수량이 풍부한 강원도 내에 관측소 제원이 다수 존재하는 영월군을 우선적으로 분석하였고, 관측소가 설치되어 있는 지점에 관측자료와 강우자료를 통한 확률론적 유출량을 비교하여 설계유량을 산정하였다. 그 결과 관측값과 강우자료의 유출량 값은 경향은 비슷하나 약 10% 정도의 차이를 보였다. 발전형식은 국내 초소수력발전소의 약 80%를 차지하는 댐식을 우선 선택하여 애플리케이션을 제작하였고, 수차 선택이 가능하게 하여 효율 계산을 하였다.
그 결과, 유효낙차와 설계유량이 비슷한 곳의 연간발전량과 설비용량은 상대오차 7% 이내로 나타났고, 경제성 평가와 관련있는 B/C 비같은 경우에는 약 10%정도로 나타났다. 이는 각각 설계유량과 유효낙차가 조금씩 차이를 나타내기 때문으로 사료된다.
6 m3/s(HEC-HMS)로 나타났다. 약 10%의 오차가 발생함을 확인하였다.
영월군 내의 관측소 지점 별 경제성 분석을 한 결과 유효낙차를 4.5 m로 가정하였을 때 유량이 풍부한 팔괴 수위관측소 지점이 가장 높은 경제성을 보였다. 이러한 발전량 분석을 하는 과정을 이클립스(Eclipse) 프로그램을 이용하여 제작하였고, 이용자가 이해하기 쉽게 화면에 지도를 나타내었다.
[표 1]은 영월군의 수위관측소 지점을 대상으로 가능 소수력 발전용량과 그에 따른 경제성 분석을 실시한 결과이다. 유효낙차는 모두 4.5 m로 가정하였고 이는 현장조사에 따라 변경가능하여 산정할 수 있는 값이며 팔괴지점에서 B/C의 값이 5.14로 가장 크게 나타났다.
설계유량은 앞서 분석되어 있는 자료를 불러들이도록 제작하였고, 각 프로세스에 따라 유효낙차나 수차형식을 가정하여 반복 계산한 후 조건을 만족하는 결과 값이 출력되도록 하였다. 이 결과를 기존의 선행연구의 유사한 유효낙차와 설계유량을 갖는 소수력발전 후보지점과 대상지에 대한 기본 설계 제원과 비교를 실시하였고, 각 결과의 오차가 10% 이내로 나타났다. 추후 경제성 분석 시 배전설비비 부분이 포함된다면 비용 산정의 정확성을 높이고, 강우자료와 유량자료를 더 확보하여 사용하는 연구가 진행된다면 정확성을 높일 수 있을 것이라 판단된다.
후속연구
상대오차는 [표 2]에서 제시한 발전용량과 B/C비를 이용하여 산정하였다. 따라서, 애플리케이션의 계산과정은 충분히 이용될 수 있다고 판단되며 각 지점별로 설계유량 및 유효낙차의 DB가 구축된다면 애플리케이션의 실효성이 증대될 것으로 기대된다.
신·재생에너지 중의 하나인 초소수력발전은 다른 신·재생에너지의 비해 초기 투자비용이 높지만, 효율이 좋고 수명도 길다는 장점이 있다. 또한 국내에는 초소수력 발전 잠재 부존량이 풍부하기 때문에 개발할 가치가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 초기 투자비용을 감소시키기 위한 목적으로 하천지역의 초소수력발전가능량을 평가할 수 있고, 경제성을 분석해주는 안드로이드 기반의 애플리케이션을 개발하였다.
추후 경제성 분석 시 배전설비비 부분이 포함된다면 비용 산정의 정확성을 높이고, 강우자료와 유량자료를 더 확보하여 사용하는 연구가 진행된다면 정확성을 높일 수 있을 것이라 판단된다. 또한 유효낙차를 수치지도 자료를 이용하여 애플리케이션에 적용한다면 좀 더 정확한 결과 값이 나올 것이라 예상된다. 전문가뿐만 아니라 일반시민들도 애플리케이션을 사용한다면 댐건설이라는 부정적 시각을 완화하고 예비조사 단계의 번거로움을 줄임으로써 경제성이 높아질 것으로 기대한다.
이 결과를 기존의 선행연구의 유사한 유효낙차와 설계유량을 갖는 소수력발전 후보지점과 대상지에 대한 기본 설계 제원과 비교를 실시하였고, 각 결과의 오차가 10% 이내로 나타났다. 추후 경제성 분석 시 배전설비비 부분이 포함된다면 비용 산정의 정확성을 높이고, 강우자료와 유량자료를 더 확보하여 사용하는 연구가 진행된다면 정확성을 높일 수 있을 것이라 판단된다. 또한 유효낙차를 수치지도 자료를 이용하여 애플리케이션에 적용한다면 좀 더 정확한 결과 값이 나올 것이라 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
초소수력발전이란?
초소수력발전은 형식 및 규모에 따라 차이가 있지만 기본적으로 수위차로 발생되는 중력으로 인해 수차를 회전시키고 수차에 연결된 발전기가 전기를 생산하는 방식이다. 본 연구에서는 발전형식을 댐식으로 제한하고 각 지점의 발전량 산정은 실제 초소수력 발전소 설계에서 일반적으로 사용되는 식 (1)을 이용하였다.
유량지속곡선이란?
유량지속곡선은 지점에서 사용할 수 있는 하천유량을 평가하는 것으로 하천유량이 특정 유량 이상일 크기의 확률을 구하고자 하는데 목적이 있다. 유량지속곡선은 x축이 시간비(exceedance probability, %), y축이 유량(m3/s)인 그래프이며 x축이 의미하는 시간비는 전체 데이터에 대해 유량이 해당 유량 이상일 확률을 나타낸 값이다.
국내 초소수력발전은 어떻게 평가되고 있나?
신·재생에너지 중의 하나인 초소수력발전은 대수력에 비해 친환경적이며 수명이 길고, 다른 자원을 사용하는 발전소들보다 효율적이다. 국내에는 초소수력 발전의 부존 잠재량이 150 MW로 확인되어 있고, 에너지원일 뿐만 아니라 식수공급체계와 관개기능 등의 다양한 부수적인 효과를 거둘 수 있다고 평가되고 있다.
참고문헌 (15)
강현수, 이주신, 정철, "모바일 관광정보 애플리케이션 분석을 통한 관광정보 콘텐츠 개선방안," 한국콘텐츠학회 2015 춘계 종합학술대회, pp.237-238, 2015.
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