본 연구는 충주댐(청풍호)의 부유식 수상태양광 발전 시스템 (FPV)이 수질에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 충주댐(청풍호) FPV는 수표면적(97 ㎢)의 0.04% 를 차지한다. FPV 설치 전후 호수 전체의 수질을 비교·분석하였다. 전체 호수의 DO, BOD, TOC 및 Chl-a는 설치 기간 후 유의한 수준(p<0.05)에서 증가한 반면, 전기전도도는 감소하였다. 이는 동일한 비교 기간 동안 40% 증가한 강수량으로 인해 영양염류 유입이 증가한 때문으로 판단된다. 또한 2017년 5월과 11월 FPV 중앙 직하부(FPVC) 및 영향권 지점에서 수질 인자를 측정·비교하였다. 그 결과, FPVC와 영향권 지점의 수질 인자가 통계적으로 다르지 않았으며(p>0.05), FPV 시설이 수질 저하를 유발하지 않음을 보여주었다. 2018년 9월부터 11월까지 5차례에 걸쳐 수온, 광도 및 식물 플랑크톤 군집도 수심별로 측정·분석하였다. 수온은 지점별로 다르지 않았으며, 광도는 FPVC에서 27~50%로 감소한 것으로 조사되었다. 대조구와 비교해보면 감소된 광도에도 불구하고 FPVC에서 조류의 출현종과 현존량이 유의미하게 다르지 않았다(p>0.05). 그러나, 11월 초의 시료의 경우, FPVC에서 Aulacoseira 속에 속하는 부착 규조류가 우점하였으며 대조구보다 현존량이 상당히 높았다. 이는 FPV 시스템에 의한 일시적이고 국부적인 정체 수역 형성과 관계있을 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수상태양광 시설에 대한 장기적인 수질 모니터링과 수상태양광 시설에 의한 수리동역학적 연구, 수상태양광의 설치 면적과 수질과의 상관관계 연구 등이 필요하며 이를 통해 수상태양광 활용성을 극대화 시킬 수 있을 것으로 보인다.
본 연구는 충주댐(청풍호)의 부유식 수상태양광 발전 시스템 (FPV)이 수질에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 충주댐(청풍호) FPV는 수표면적(97 ㎢)의 0.04% 를 차지한다. FPV 설치 전후 호수 전체의 수질을 비교·분석하였다. 전체 호수의 DO, BOD, TOC 및 Chl-a는 설치 기간 후 유의한 수준(p<0.05)에서 증가한 반면, 전기전도도는 감소하였다. 이는 동일한 비교 기간 동안 40% 증가한 강수량으로 인해 영양염류 유입이 증가한 때문으로 판단된다. 또한 2017년 5월과 11월 FPV 중앙 직하부(FPVC) 및 영향권 지점에서 수질 인자를 측정·비교하였다. 그 결과, FPVC와 영향권 지점의 수질 인자가 통계적으로 다르지 않았으며(p>0.05), FPV 시설이 수질 저하를 유발하지 않음을 보여주었다. 2018년 9월부터 11월까지 5차례에 걸쳐 수온, 광도 및 식물 플랑크톤 군집도 수심별로 측정·분석하였다. 수온은 지점별로 다르지 않았으며, 광도는 FPVC에서 27~50%로 감소한 것으로 조사되었다. 대조구와 비교해보면 감소된 광도에도 불구하고 FPVC에서 조류의 출현종과 현존량이 유의미하게 다르지 않았다(p>0.05). 그러나, 11월 초의 시료의 경우, FPVC에서 Aulacoseira 속에 속하는 부착 규조류가 우점하였으며 대조구보다 현존량이 상당히 높았다. 이는 FPV 시스템에 의한 일시적이고 국부적인 정체 수역 형성과 관계있을 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수상태양광 시설에 대한 장기적인 수질 모니터링과 수상태양광 시설에 의한 수리동역학적 연구, 수상태양광의 설치 면적과 수질과의 상관관계 연구 등이 필요하며 이를 통해 수상태양광 활용성을 극대화 시킬 수 있을 것으로 보인다.
In this study we investigated the effect of a floating photovoltaic (FPV) system in Cheongpung Lake on water quality. The FPV with a tilt angle of 33° covered ca. 0.04% of surface area (97 ㎢) of Chungju Lake. The water qualities of the whole lake before and after installation of FPV we...
In this study we investigated the effect of a floating photovoltaic (FPV) system in Cheongpung Lake on water quality. The FPV with a tilt angle of 33° covered ca. 0.04% of surface area (97 ㎢) of Chungju Lake. The water qualities of the whole lake before and after installation of FPV were first compared. DO, BOD, TOC, and Chl-a of the whole lake were increased, while conductivity decreased after installation period at the significance level of 0.05. This change was probably due to the increased influx of nutrients by 40% resulting from increased precipitation during the same period. We also measured water quality parameters on May and Nov. 2017 at the FPV center (FPVC) and nearby control sites, and compared water quality. The result showed that the FPVC and nearby sites were not significantly different (p>0.05), demonstrating that the FPV does not cause a decline of water quality. The water temperature, light intensity, and phytoplankton community were also measured. The water temperature was not different between the sites, while the light intensity decreased to 27~50%. Despite reduced light intensity at FPVC, the phytoplankton standing crops and the number of species were not significantly different (p>0.05). However, in the early November samples, standing crops was significantly higher in FPVC than control with periphytic diatoms belonging to Aulacoseira genus being dominant. This may be due to the temporal water body behavior or local retention of current by FPV system. This study may provide a measure of future installation of a FPV system.
In this study we investigated the effect of a floating photovoltaic (FPV) system in Cheongpung Lake on water quality. The FPV with a tilt angle of 33° covered ca. 0.04% of surface area (97 ㎢) of Chungju Lake. The water qualities of the whole lake before and after installation of FPV were first compared. DO, BOD, TOC, and Chl-a of the whole lake were increased, while conductivity decreased after installation period at the significance level of 0.05. This change was probably due to the increased influx of nutrients by 40% resulting from increased precipitation during the same period. We also measured water quality parameters on May and Nov. 2017 at the FPV center (FPVC) and nearby control sites, and compared water quality. The result showed that the FPVC and nearby sites were not significantly different (p>0.05), demonstrating that the FPV does not cause a decline of water quality. The water temperature, light intensity, and phytoplankton community were also measured. The water temperature was not different between the sites, while the light intensity decreased to 27~50%. Despite reduced light intensity at FPVC, the phytoplankton standing crops and the number of species were not significantly different (p>0.05). However, in the early November samples, standing crops was significantly higher in FPVC than control with periphytic diatoms belonging to Aulacoseira genus being dominant. This may be due to the temporal water body behavior or local retention of current by FPV system. This study may provide a measure of future installation of a FPV system.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 충주댐(청풍호) 수상태양광 설치 전·후의 호소의 이화학적 수질 변화를 분석하고 수상태양광 패널이 수체에 미치는 물리적 변화와 조류의 상관관계를 연구하였다.
본 연구는 충주댐(청풍호)의 부유식 수상태양광 발전 시스템(FPV)이 수질에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 충주댐(청풍호) FPV는 수표면적(97 km2)의 0.
조사 지점은 FPVC와 대조구인 control로 하였다. 수상태양광 발전시설물이 수체의 물리환경에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구의 물리환경 조사는 수심별 수온과 광도와 증발산량으로 하였다.
제안 방법
2018년 9월부터 11월까지 5차례에 걸쳐 수온, 광도 및 식물 플랑크톤 군집도 수심별로 측정·분석하였다.
수중광 광도조사는 정오를 기준으로 ±1시간 범위 내에 실시하였다. 2차 조사부터 FPVC와 대조구 외에 태양광 패널의 그늘진 곳(FPVS: FPV shaded)을 추가하여 실시하였다. 일사량은 수중광도계를 이용하여 일출, 정오, 일몰 시간에 수표면 광도를 실측하였다.
FPV 설치 전후 호수 전체의 수질을 비교·분석하였다.
또한 2017년 5월과 11월 FPV 중앙 직하부(FPVC) 및 영향권 지점에서 수질 인자를 측정·비교하였다.
수온과 광도(일사량) 등은 조류 성장에 매우 중요한 인자이므로 향후 수상태양광 발전시설이 수생태계에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 필수 조사항목이라 할 수 있다. 물리환경은 수온과 수중 광도를 측정하였다. 수심별 수온 조사는 연속 조사를 수행할 수 있는 수온로거(water temperature logger, HOBO® Water Temp Pro v2)를 이용하여 회차별 24시간 연속 조사로 진행하였다.
발전 시설이 수중 광도에 미치는 영향을 조사하기 위해 수중퀀텀센서(underwater quantum sensor)가 탑재된 데이터로거 (LI-COR® Light Sensor Logger)를 이용하여 표층, 0.5 m, 1 m, 2 m, 3 m, 5 m, 10 m의 수심별로 실측하였다.
수상태양광 발전시설물이 수체의 물리환경에 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구의 물리환경 조사는 수심별 수온과 광도와 증발산량으로 하였다. 수온과 광도(일사량) 등은 조류 성장에 매우 중요한 인자이므로 향후 수상태양광 발전시설이 수생태계에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 필수 조사항목이라 할 수 있다.
분석에 이용한 항목은 pH, 수온, DO (dissolved oxygen), BOD, COD, TOC, SS, 총질소(TN), 용존총질소(DTN), 암모니아성질소(NH3-N), 질산성질소(NO3-N), 총인 (TP), 용존총인 (DTP), 인산염인 (PO4-P), 전기 전도도 (E·C), Chl-a로 하였다.
수상태양광 발전시설 설치 인한 조류의 군집 변화를 알아보기 위해 대조구와 FPVC 두 지점의 수심별 조류 군집 구조를 조사하였다. 조사 결과를 Tables 3과 4, Fig.
3에 제시하였다. 수상태양광 발전시설이 청주댐(청풍호)의 수질에 미치는 영향을 분석하기 위해 물환경정보망에서 확보한 3 지점의 데이터를 시설 설치 전과 후로 나누고 기본적인 기술통계 분석을 수행하였으며 상자그림으로 시각화 하였다. 태양광 시설 전·후 전체 호수의 수질 변화를 파악하기 위하여 대응표본 t-검정을 실시하였다.
수상태양광 시설이 수체의 물리환경과 조류 군집에 미치는 영향은 총 5차례의 현장조사를 실시하여 분석하였다. 현장 조사 시기는 2018년 9월과 10월 각 1회, 11월 초, 중, 하순 각 1차례씩 총 3회로 하였다.
수심별 수온 조사는 연속 조사를 수행할 수 있는 수온로거(water temperature logger, HOBO® Water Temp Pro v2)를 이용하여 회차별 24시간 연속 조사로 진행하였다.
5 m, 2 m, 3 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, 10 m로 하였다. 수온로거를 FPVC에 수심별로 설치하여 실측하였으며, 대조구인 control에서는 부이장치를 이용하여 수심별로 설치하여 실측하였다. 발전 시설이 수중 광도에 미치는 영향을 조사하기 위해 수중퀀텀센서(underwater quantum sensor)가 탑재된 데이터로거 (LI-COR® Light Sensor Logger)를 이용하여 표층, 0.
수중광 광도조사는 정오를 기준으로 ±1시간 범위 내에 실시하였다.
수상태양광 시설에 의해 수질 영향 분석은 실험구와 대조구에서 2017년 5월과 11월에 두 차례 측정한 자료를 이용하였다. 실험구(FPV center, FPVC)는 각 세개의 1 MW 발전시설 중 가운데 발전시설의 중앙 직하부로, 대조구는 부유체 2배(0.5 km, 2 L)와 4배(약 1 km, control) 이격지점으로 하였다(Fig.1). 조사 항목은 pH, COD, TOC, SS, DO, T-P, T-N, Chl-a, BOD, 수온, 전기전도도, 탁도로 하였다.
2차 조사부터 FPVC와 대조구 외에 태양광 패널의 그늘진 곳(FPVS: FPV shaded)을 추가하여 실시하였다. 일사량은 수중광도계를 이용하여 일출, 정오, 일몰 시간에 수표면 광도를 실측하였다. 증발산량은 수표면 온도, 풍속, 상대습도 등의 현장 조사 자료를 아래 Dalton의 추정식 산입하여 계산하였다(Dalton, 1802).
1). 조사 항목은 pH, COD, TOC, SS, DO, T-P, T-N, Chl-a, BOD, 수온, 전기전도도, 탁도로 하였다.
따라서 본 연구에서는 충주댐(청풍호) 수상태양광 설치 전·후의 호소의 이화학적 수질 변화를 분석하고 수상태양광 패널이 수체에 미치는 물리적 변화와 조류의 상관관계를 연구하였다. 조사지점은 태양광 패널 중앙 직하부와 부유체에서 2배 또는 4배 이격된 지점을 대조구로 하였다. 본 연구는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
채집한 시료는 잘 혼합한 후 1 L를 시료 병에 Lugol 용액 2%을 가하여 고정한 후, 알루미늄 박막으로 병을 감싸 빛을 차단하여 실험실로 운반하였다. 채집한 시료는 현미경 관찰을 위해 침전관에서 48시간 이상 침전시킨 다음, 상등액을 제거하여 10 mL로 농축하였다. 식물플랑크톤의 동정 및 계수는 Sedgwick-Rafter Counting Chamber를 이용하여 100~400배율의 광학현미경 하에서 실시하였다.
최대 발전효율과 발전량을 고려하여 방위각과 경사각은 각각 정남향(0°)과 33°로 하였다.
충주댐(청풍호)에 설치한 수상태양광 발전시설이 수질에 미치는 영향을 분석하기에 앞서 수상태양광 시설물 설치 전·후 시기의 충주댐 전체의 수질 변화를 통계 분석하였다.
수상태양광 시설이 수체의 물리환경과 조류 군집에 미치는 영향은 총 5차례의 현장조사를 실시하여 분석하였다. 현장 조사 시기는 2018년 9월과 10월 각 1회, 11월 초, 중, 하순 각 1차례씩 총 3회로 하였다. 조사 지점은 FPVC와 대조구인 control로 하였다.
대상 데이터
1). 대상 3지점은 충주댐1 (충청북도 충주시 종민동(댐앞), CJ1), 충주댐2 (충청북도 제천시 청풍면 양평리, CJ2), 충주댐3 (충청북도 제천시 한수면 황강리, CJ3)로 하였고 수질자료는 2015년 2월부터 2019년 4월까지의 각 지점별 월평균 자료를 48개를 이용하였다. 분석에 이용한 항목은 pH, 수온, DO (dissolved oxygen), BOD, COD, TOC, SS, 총질소(TN), 용존총질소(DTN), 암모니아성질소(NH3-N), 질산성질소(NO3-N), 총인 (TP), 용존총인 (DTP), 인산염인 (PO4-P), 전기 전도도 (E·C), Chl-a로 하였다.
충주댐(청풍호)에 설치한 수상태양광 발전시설이 수질에 미치는 영향을 분석하기에 앞서 수상태양광 시설물 설치 전·후 시기의 충주댐 전체의 수질 변화를 통계 분석하였다. 물환경정보망에서 확보한 CJ1, CJ2, CJ3 세 지점(Fig. 1)의 수질 자료를 시설물 설치 전(2015년 5월~2017년 4월)과 후(2017년 5월~2019년 4월)로 구분하고 지점과 호수 전체에 대한 기술통계 분석을 실시하여 Table 1로 정리하였다. 상자그림(boxplot)은 수질 자료의 분포를 요약해서 시각화할 수 있는 유용한 통계 기법으로 상자의 범위는 자료의 1사분위수(25%)에서 3사분위수(75%)까지 나타내었고, 중앙값은 흑선으로 표시하였으며, 최소값 (1사분위-1.
이 방식은 비교적 댐 수위가 높은 곳에 효과적으로 적용이 가능하고 풍속에 의해 구조물이 움직임이나 쏠림 현상이 발생될 경우 원래 위치로 복귀가 가능한 장점을 가지고 있다. 본 연구 대상 수상태양광이 설치된 청풍호는 1985년 12월 준공된 충주 다목적댐에 의해 형성된 인공호로 충주, 제천, 단양에 걸쳐 있으며 유역면적 6,648 km2, 저수면적 97 km2, 총저수량 27.5억 m3에 달한다.
본 연구의 조사지는 한국수자원공사가 제천시 한수면 북노리 일원 충주댐(청풍호) 저수변에 설치한 수상고정식 수상태양광 발전시설로 설치면적은 39,600 m2, 개발용량은 3.0 MW (300 Wp/모듈)이며, 수상태양광시설을 운영하기 위한 변전소 부지면적은 1,100 m2이다(Fig. 1). 충주댐(청풍호) 수상태양광시설은 2012년 합천댐, 2015년 보령댐에 설치된 SOLATUS 모델로 저수면적(97 km2)의 0.
최대 발전효율과 발전량을 고려하여 방위각과 경사각은 각각 정남향(0°)과 33°로 하였다. 수상태양광 발전시설의 구조체는 안전성이 확보된 알루미늄 구조체를, 부유체는 Fiber reinforced plastics (FRP)를 사용하였다. 계류시스템 방식은 다중침자 현수선방식으로 보조무게 추를 다중으로 설치하고 교각의 구조물 안정성을 위해 사용하는 현수선방식을 접목한 계류방식이다.
수상태양광 시설에 의해 수질 영향 분석은 실험구와 대조구에서 2017년 5월과 11월에 두 차례 측정한 자료를 이용하였다. 실험구(FPV center, FPVC)는 각 세개의 1 MW 발전시설 중 가운데 발전시설의 중앙 직하부로, 대조구는 부유체 2배(0.
식물플랑크톤 군집구조 조사는 수심별 조류를 2.2 L Alpha water sampler (WildCo, FL, USA)를 사용하여 채집하여 실시하였다. 조사 수심은 총 6개로 표층, 0.
분석에 이용한 항목은 pH, 수온, DO (dissolved oxygen), BOD, COD, TOC, SS, 총질소(TN), 용존총질소(DTN), 암모니아성질소(NH3-N), 질산성질소(NO3-N), 총인 (TP), 용존총인 (DTP), 인산염인 (PO4-P), 전기 전도도 (E·C), Chl-a로 하였다. 유해 남조류 자료는 물환경정보시스템에서 제공하는 CJ1과 2의 자료를 활용하였다.
2 L Alpha water sampler (WildCo, FL, USA)를 사용하여 채집하여 실시하였다. 조사 수심은 총 6개로 표층, 0.5 m, 1 m, 2 m, 4 m, 6 m이다. 채집한 시료는 잘 혼합한 후 1 L를 시료 병에 Lugol 용액 2%을 가하여 고정한 후, 알루미늄 박막으로 병을 감싸 빛을 차단하여 실험실로 운반하였다.
수심별 수온 조사는 연속 조사를 수행할 수 있는 수온로거(water temperature logger, HOBO® Water Temp Pro v2)를 이용하여 회차별 24시간 연속 조사로 진행하였다. 조사 수심은 표층, 0.2 m, 0.4 m, 0.6 m, 0.8 m, 1 m, 1.5 m, 2 m, 3 m, 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m, 10 m로 하였다. 수온로거를 FPVC에 수심별로 설치하여 실측하였으며, 대조구인 control에서는 부이장치를 이용하여 수심별로 설치하여 실측하였다.
또한 일원분산분석을 통해 세 지점간의 차이가 있는지를 통계적으로 검증하였다. 대조구와 실험구의 수질 측정 자료에 대해서 독립표본 t-검정을 수행하여 수질 변화를 통계적으로 분석하였다. 본 연구의 통계분석은 SPSS® software (SPSS ver.
태양광 시설 전·후 전체 호수의 수질 변화를 파악하기 위하여 대응표본 t-검정을 실시하였다. 또한 일원분산분석을 통해 세 지점간의 차이가 있는지를 통계적으로 검증하였다. 대조구와 실험구의 수질 측정 자료에 대해서 독립표본 t-검정을 수행하여 수질 변화를 통계적으로 분석하였다.
태양광 시설 전·후 전체 호수의 수질 변화를 파악하기 위하여 대응표본 t-검정을 실시하였다.
이론/모형
채집한 시료는 현미경 관찰을 위해 침전관에서 48시간 이상 침전시킨 다음, 상등액을 제거하여 10 mL로 농축하였다. 식물플랑크톤의 동정 및 계수는 Sedgwick-Rafter Counting Chamber를 이용하여 100~400배율의 광학현미경 하에서 실시하였다. 조사는 회차별 정오를 기준으로 ±2시간 범위 내에 실시하였다.
조사는 회차별 정오를 기준으로 ±2시간 범위 내에 실시하였다. 조류의 군집 구조는 출현종과 현존량 자료를 이용하여 다양성 지수(Shannon and Wiener, 1949), 균등도 지수(Pielou, 1966), 풍부도 지수(Margalef, 1958), 우점도 지수(McNaughton, 1967)을 계산하였다.
일사량은 수중광도계를 이용하여 일출, 정오, 일몰 시간에 수표면 광도를 실측하였다. 증발산량은 수표면 온도, 풍속, 상대습도 등의 현장 조사 자료를 아래 Dalton의 추정식 산입하여 계산하였다(Dalton, 1802).
성능/효과
3차의 경우 대조구에 비해 FPVC에서 높은 현존량을 보였는데 규조류가 대부분을 차지하였다. 4차에서 대조구의 경우 0.5 m에서 최대 현존량을 보였고 FPVC에서는 1 m와 2 m에서 현존량이 가장 높았다. 생태지수의 경우 5차례 조사 중에서 3차를 제외하고 비슷한 양상을 보였다.
05). DO, BOD, TOC, Chl-a 항목은 증가한 반면 전기전도도는 줄어들었다. 이는 수질 비교 기간의 강수량 차이에 기인한 것으로 추론할 수 있을 것으로 판단된다(Fig.
05). 결과를 종합해 보면, 수상태양광 설치 호소의 수질은 태양광 발전시설보다 해당 호소의 유역 및 수리수문학적 특성과 시공간적 변화에 더 큰 영향을 받을 것으로 판단된다.
그 결과, FPVC 와 영향권 지점의 수질 인자가 통계적으로 다르지 않았으며(p>0.05), FPV 시설이 수질 저하를 유발하지 않음을 보여주었다.
05). 그러나, 11월 초의 시료의 경우, FPVC에서 Aulacoseira 속에 속하는 부착 규조류가 우점하였으며 대조구보다 현존량이 상당히 높았다. 이는 FPV 시스템에 의한 일시적이고 국부적인 정체 수역 형성과 관계있을 것으로 판단된다.
4), 1차와 2차 조사의 경우 FPVC와 대조구에서 수심 8~9 m에서 수온 변화가 급격하게 나타나 수온약층(thermocline layer)을 형성하였다. 반면 3~5차 조사의 경우 표층, 중층, 하층 등 본 연구에서 측정한 수심에서는 뚜렷한 수온 변화가 확인되지 않아 전도현상(turnover)을 나타난 것으로 관측되었다. 본 연구 결과는 기존 연구 결과와 일치한다.
본 연구의 3차 조사와 유사하게 7월의 경우 비차광구역보다 차광구역에서 Chl-a와 남조류의 농도가 다소 높았는데 저수량 감소와 시설물에 의한 정체 수역 발생으로 인한 부착조류 등의 발생을 원인으로 제시하였다. 본 연구의 3차 조사의 경우에 부착성 규조류인 Aulacoseira granulata가 우점종으로 나타났는데 이 또한 발전시설에 의한 정체 수역 발생과 관련이 있을 것으로 판단된다. 이런 현상은 국부적인 기상 환경과 영양염류 유입 특성 등과 연동되어 있는 것으로 판단해야 옳은 것이다.
6에 정리하였다. 상술한 대로 대조구와 FPVC 지점의 수온 변화는 거의 없으며 광도의 차광효과에서만 차이를 보이는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구의 조류 군집 변화는 광도에 기인한 것으로 판단하여도 무방할 것이다.
수심별 광도 변화 양상은 전형적인 지수 광도 모델을 따랐는데 FPVC와 대조구 모두 수심 3 m까지 급격하게 이후 완만하게 감소하였다. 수상태양광 발전시설에 의한 차광효과는 표층을 기준으로 24.7~40% 정도 있는 것으로 나타났으며 전체 수심별 광량을 기준으로 산술적으로 27~50%의 차광효과를 보였다. 특히 FPVS의 경우 대조구 대비 차광효과가 표층의 경우 최소 80% (5차)에서 최대 96% (2차)를 보였고 수심 3 m까지 두 조사 지점과 광량을 차이를 보이다 5 m 이후로는 광산란으로 거의 유사한 수치를 보였다.
하지만 조도는 수상태양광에 의한 상당한 영향을 받는 것으로 나타났다. 수생생물인 식물 플랑크톤, 동물 플랑크톤, 어류 및 저서동물의 종풍부도와 종다양성은 수상태양광 패널로부터 이격거리가 증가함에 따라 낮아지다가 수변부에 가까워지면 다시 높아지는 경향을 띠는 것으로 분석되었다. 특히 어류는 저수지의 지형 및 수초 등의 영향을 받지만 수상태양광 영향권 내의 경우 비영향권과 비슷하거나 다소 많은 것으로 관찰되는데 이는 수상태양광의 이점을 지지하는 결과로 보인다.
1차, 2차, 4차 조사 시 전반적으로 FPVC의 수중 광도가 대조구보다 낮게 나타난 반면, 3차와 5차의 경우 FPVC에서 오히려 대조구보다 높은 광도가 관측되었는데 이는 측정 시간의 차이(±1 hr)로 인한 운량 등에 따른 기인한 것으로 보인다. 수심별 광도 변화 양상은 전형적인 지수 광도 모델을 따랐는데 FPVC와 대조구 모두 수심 3 m까지 급격하게 이후 완만하게 감소하였다. 수상태양광 발전시설에 의한 차광효과는 표층을 기준으로 24.
granulata, 5차에서 Lynbya confervoides로 나타났다. 수심별 현존량을 살펴보면 1차에서 대조구와 FPVC 모두 표층에서 가장 높았으며, 2차에서는 대조구는 0.5 m 와 4 m에서 거의 비슷한 최대 현존량을 보인 반면 FPVC는 표층에서 현존량이 가장 높았다. 3차의 경우 대조구에 비해 FPVC에서 높은 현존량을 보였는데 규조류가 대부분을 차지하였다.
(2017)이 금광저수지의 차광구역과 비차광구역의 수온을 조사한 결과 동일한 양상을 보였다. 수온은 계절적 변동에 따라 변화하였고 수상태양광 시설에 의한 차광 및 비차광구역의 수온 차이는 거의 없는 것으로 나타났다. 즉 시설물에 의한 일사량 유입 저하로 인한 수체의 수온 감소가 야기되지 않았다고 분석 하였다(Lee and Lee, 2003).
2018년 9월부터 11월까지 5차례에 걸쳐 수온, 광도 및 식물 플랑크톤 군집도 수심별로 측정·분석하였다. 수온은 지점별로 다르지 않았으며, 광도는 FPVC에서 27~50%로 감소한 것으로 조사되었다. 대조구와 비교해보면 감소된 광도에도 불구하고 FPVC에서 조류의 출현종과 현존량이 유의미하게 다르지 않았다(p>0.
4 mg L-1로 수상태양광 시설 비영향권인 세 지점에 비해 다소 낮은 것으로 조사되었다. 수체 내 유기물의 농도를 나타내는 BOD, COD, TOC와 영양염류인 TN의 경우 수상태양광 시설 영향권과 비영향권과의 유의미한 차이는 없다고 판단되며, TP의 경우 수상태양광 시설 영향권이 비영향권에 비해 다소 높은 것으로 조사되었다. 지금까지의 모니터링 및 수질측정망의 자료를 바탕으로 볼 때, 충주댐 수상태양광 시설이 영향권과 비영향권의 수질을 악화시킨다고 보기 어려우며 장기적인 수질 모니터링을 통해 수상태양광 시설이 환경에 미치는 영향을 분석할 필요가 있다고 생각된다.
시설 설치 전·후의 충주댐 수질 자료에 대한 대응표본 t-검정결과(Fig. 3), 대부분의 수질 인자는 유의한 수준에서 차이를 보이지 않았지만, DO, BOD, TOC, 전기전도도, Chl-a 항목은 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).
즉 시설물에 의한 일사량 유입 저하로 인한 수체의 수온 감소가 야기되지 않았다고 분석 하였다(Lee and Lee, 2003). 약 0.5%의 금광저수지의 만수면적을 차지하는 회전식 수상태양광 시설과 비교할 때 본 연구의 부분 폐쇄형 수상태양광은 고작 0.04%의 만수 면적만 차지하기 때문에 수체의 혼합을 감안하면 수온 감소가 없다고 보는 것이 타당하다.
전체 호수의 DO, BOD, TOC 및 Chl-a는 설치 기간 후 유의한 수준(p<0.05)에서 증가한 반면, 전기전도도는 감소하였다.
후속연구
충주댐(청풍호)는 평균 수심이 32 m로 침수식물은 서식하지 않는 것으로 알려져 있다(Ahn and Ryu, 2006; Cho and Cho, 2015). 따라서 위 연구 결과를 수심이 깊은 충주댐의 수상태양광 설치 지점에 적용하여 설명하기에는 무리가 있다고 판단된다. 다만 광도가 높은 하계 기간 동안 수상태양광 혹은 유사 시설물에 의한 차광효과는 강한 빛에 의한 광저해 현상을 완화하여 표층에서 조류의 성장에 유리하게 작용할 가능성이 있다.
하지만 현재까지 수상태양광 발전시설이 수질 및 수생태계에 미치는 영향 연구는 국내외적으로 매우 제한적이며 연구 기간도 단기간에 그치고 있어 수상태양광과 관련된 쟁점에 대한 과학적 검증 부족이라는 한계가 있다는 점을 밣혀둔다. 따라서 향후 다양한 설치 면적의 수상태양광에 장기적인 수질 및 수생태계 모니터링과 발전시설에 의한 수체 거동 특성에 대한 지속적인 연구가 요구된다.
본 연구 결과는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수상태양광 시설에 대한 장기적인 수질 모니터링과 수상태양광 시설에 의한 수리동역학적 연구, 수상태양광의 설치 면적과 수질과의 상관관계 연구 등이 필요하며 이를 통해 수상태양광 활용성을 극대화 시킬 수 있을 것으로 보인다.
이는 FPV 시스템에 의한 일시적이고 국부적인 정체 수역 형성과 관계있을 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수상태양광 시설에 대한 장기적인 수질 모니터링과 수상태양광 시설에 의한 수리동역학적 연구, 수상태양광의 설치 면적과 수질과의 상관관계 연구 등이 필요하며 이를 통해 수상태양광 활용성을 극대화 시킬 수 있을 것으로 보인다.
조사지점은 태양광 패널 중앙 직하부와 부유체에서 2배 또는 4배 이격된 지점을 대조구로 하였다. 본 연구는 향후 수상태양광 설치에 관한 정책수립에 필요한 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구의 물리환경 조사는 수심별 수온과 광도와 증발산량으로 하였다. 수온과 광도(일사량) 등은 조류 성장에 매우 중요한 인자이므로 향후 수상태양광 발전시설이 수생태계에 미치는 영향을 분석하기 위해서는 필수 조사항목이라 할 수 있다. 물리환경은 수온과 수중 광도를 측정하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
태양광발전은 설치 위치를 육상으로 하였을 때의 영향은 무엇인가?
, 2016). 육상태양광 발전시설 건설에 따른 환경적, 사회적 갈등이 증가하고 있고, 부정적 영향이 대두됨에 따라 그 대안으로 댐 및 저수지의 정수역을 활용한 수상태양광 발전이 주목받고 있다. 수상태양광은 호수, 댐, 저수지 등 수상에 설치하여 운영하는 태양광 발전시설로 육상에 구조물을 설치하여 지지하는 방식이 아닌, 물의 부력을 이용하여 수면에 설치하는 방식이다.
2016년 세계 1차에너지 공급량 중 화석연료가 차지하는 비중은?
국제에너지기구 (International Energy Agency)의 보고에 의하면 2016년 세계 1차에너지 공급량 중 화석연료가 87%, 재생에너지가 13.7%를 차지하고 있다.
전세계적 재생에너지 공급량 중 가장 큰 비중을 차지하는 에너지는?
(IEA, 2018; REN21, 2018; Lee and Cho, 2018). 전세계적으로 재생에너지 공급량은 1990년 이래 연평균 2%씩 성장 중인데 이 중 태양광과 풍력이 각각 연평균 37.3%와 23.6%의 성장세로 가장 큰 비중을 차지하고 있다(Lee and Cho, 2018). 국내의 신재생에너지 보급 현황도 세계적 경향과 매우 유사하다.
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