소수력 발전

1.  소수력 발전

 

  (1) 정의 및 현황

- 소수력발전은 물의 유동을 이용한 시설용량 10,000㎾이하의 수력발전을 말한다.

(대체에너지개발 및 이용보급촉진법시행규칙 개정 2003. 1. 3)

주) 시행규칙 개정전에는 시설용량 3,000kW이하('82. 3 소수력개발 기본 방침)

미국 : 시설용량 15,000㎾이하

중국 : 시설용량 25,000㎾이하

- 국내 소수력발전은 '82년 이후 정부 및 에너지관리공단의 지원으로 현재까지 30여개 지역에(용량 약 43,000kW) 설치되었으며, 연간전력생산량은 약 1억 kWh에 달한다.

- 소수력발전은 전력생산 외에 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의 용수로 등에도 적용할 수 있는 점을 감안할 때 국내의 개발 잠재량은 풍부하며, 또한 청정자원으로서 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가받고 있다.

 

  (2)시스템 구성도

  

 

1) 소수력 발전 시스템

 

 

 2) 수차

  - 소수력의 가장 중요한 설비이며, 설비별 특징은 아래과 같다.

 

수차의 종류	상세		특징
충동수차	펠톤(Pelton)수차, 튜고(Turgo)수차, 오스버그(Ossberger)수차		수차가 물에 완전히 잠기지 않는다 물은 수차의 일부 방향에서만 공급되며, 운동에너지 만을 전환한다
반동수차	프란시스(Francis)수차		수차가 물에 완전히 잠긴다
	프로펠러수차	카플란(Kaplan)수차, 튜브라(Tubular)수차, 벌브(Bulb)수차, 림(Rim)수차	수차의 원주방향에서 물이 공급된다. 동압(dynamic pressure) 및 정압(static pressure)이 전환된다.

 

 

- 종류별 특징

 

① 펠톤 수차

- 펠턴 수차는 물의 양이 적으나 고낙차(200∼2,000m)를 얻을 수 있는 곳에 적합하다. - 작동 원리는 수압관으로 도입된 물의 유량을 제어하여 노즐을 통해 고속으로 분출시키고, 이 분류를 버킷에 부딪히게 하여 날개차를 돌려 동력을 얻는다.

 

 

01		02		03
▲ 펠톤 기계 1		▲ 펠톤 기계 2		▲ 펠톤 방식 설명도

 

 

②타고(Turgo) 수차

- 펠톤 수차와 같은 충동 수차이지만 버킷의 형상이 펠톤 형과 달리 분사 물 반사각도가 작다.

         - 낙차가 작고 수량이 적은 경우에 사용가능하다.

 

 

 

 

 

 

③프란시스 수차

- 수차는 50∼530m의 낙차에서 주로 쓰이는 반며, 프로펠러 수차는 3∼90m의 비교적 낙차가 작은 곳에 쓰이는데, 구조는 프란시스 수차와 같으나 날개차의 모양이 프로펠러 형태로 되어 있다.

 

 

 

 

 

 

④프로펠러(카플란) 수차

- 날개 설치 축을 회전할 수 있도록 하고, 날개의 각도가 변화하는 특징이 있다.

      - 낙차가 작고 수량이 많은 경우에 사용 가능하다.

 

01		02		03
▲ 카플란 기계 모형		▲ 카플란 모식도		▲카플란 기계 모형

 

 

 

⑤벌브(bulb) 수차

- 수차의 내부에 발전기를 내장하고 있는 것이 특징이며, 이 수차는 프랑스의 랑스(La Rance) 발전소에서 채택된 이후현재까지 30년 이상 가동되고 있어 그 실용성이 입증되고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

3) 소수력 발전 분류  

 

분류	종류	특징	비고
설비 용량	Micro hydropower Mini hydropower Small hydropower	100kW 미만 100∼ 1,000kW 1,000∼ 10,000kW	국내의 경우 소수력발전은 저낙차, 터널식 및 댐식으로 이용 (예:방우리, 금강 등)
낙 차	저낙차(Low head) 중낙차(Medium head) 고낙차(High head)	2∼20m 20∼150m 150m 이상
발전 방식	수로식(run-of-river type) 댐식(Storage type) 터널식(Tunnel type)	하천경사가 급한 중ㆍ 상류지역 하천경사가 작고 유량이 큰 지점 하천의 형태가 오메가(Ω)인 지점

 

 

4) 소수력 발전 장, 단점

  (1) 장 점

  - 국내 부존자원 활용

     - 전력생산 외에 농업용수 공급, 홍수조절에 기여

     - 일단 건설 후에는 운영비가 저렴

  (2) 단 점

     - 대수력이나 양수발전과 같이 첨두부하에 대한 기여도가 적음

      - 초기 건설비 소요가 크고, 발전량이 강수량에 따라 변동이 많음

 

 

5)소수력 발전 현황

(1)해외

가. 소수력 발전소는 전 세계적으로 매우 광범위하게 운영되고 있다. 아시아권에서는 중국이 58,000개소(13,250MW), 일본이 600개소(538MW)로써 가장 많이 운영되고 있으며, 미국은 1,715개소(3,420MW), 유럽의 경우 독일 5,882개소(341MW), 프랑스1,479개소(1,646MW), 이태리 1,420개소(1,969MW), 스웨덴 1,346개소(8,406MW), 스페인 1,102개소(1,010MW), 노르웨이 227개소(806MW) 등으로 매우 많은 소수력발전소가 건설, 운영되고 있다.

 

나. 일반적으로 수력발전은 자연낙차가 크고 발전용량이 증가할수록 경제성이 향상되지만, 외국의 경우처럼 소규모용량의 소수력발전이 활성화 된 것은 중ㆍ저 낙차 소 용량이면서 대용량에 비하여 경제성면에서 뒤떨어지지 않는 중ㆍ저 낙차용 수차를 개발, 보급하여 경제성을 향상시켰기 때문이다.

 

 

국 명	발전소 수	용량(MW)	국 명	발전소 수	용량(MW)
중 국 일 본 한 국 미 국 카나다 브라질	58,000 600 21 1,715 321 232	13,250 538 38 3,420 1,056 483	오스트리아 프랑스 독 일 이태리 스페인 스웨덴	1,200 1,479 5,882 1,420 1,102 1,346	320 1,646 341 1,969 1,010 8,406

▲국가별 소수력 발전소 운영현황

- 독일의 경우 소수력 발전소 1개소당 평균발전용량은 58kW로써, 이용가능한 소수력 자원을

적극적으로 개발하여 사용하고 있음.

 

 

수차제작회사	국 명	수차형식	표준화내용
Allis-Chalmer Co	미국	Tube	D = 750 ∼ 3,000㎜
Fuji	일본	TubeBulb	D = 750 ∼ 3,000㎜ D = 1,250 ∼ 2,000㎜
CMEC	중국	Francis	D = 300 ∼ 1,000㎜
Sorumsand-Verksted	노르웨이	Tube	D = 100 ∼ 2,400㎜
Bofors-Nohab	스웨덴	Bulb	D = 500 ∼ 3,000㎜
Neyrpic	프랑스	Bulb	D = 800 ∼ 1,800㎜

 

 

(2) 국내

가. 우리나라의 소수력 개발은 1982년 제정된 '소수력 개발 활성화 방안'이 공포되면서부터 시작되었다.

 

나. 전국에 30개소의 소수력발전소가 운영되고 있으며, 설치장소는 하천(15개소), 기존댐(10개소)이 주를 이루고 있으며, 저수지(4개소), 하수처리장(1개소)에도 일부 설치되어 있다.

 

다. 설치된 발전설비 용량은 총42,820kW로써 이는 의암댐의 발전용량(45,000kW)에 근접하는 용량으로 외국에 비하면 아직은 미미한 형편이다.

 

 

발전소	용량(kW)	개발위치	비 고	발전소	용량(kW)	개발위치	비 고
동 진 임 기 방우리 소 천 금 강 봉 화 단 양 산 내 광 천 영 월 덕 송 안 흥 괴 산 추 산 합 천2	2,000 1,100 2,120 2,400 1,350 2,000 2,100 820 450 2,800 2,000 450 2,600 1,400 1,200	전북 정읍 경북 봉화 충남 금산 경북 봉화 충북 옥천 경북 봉화 충북 단양 전북 남원 전남 승주 강원 영월 강원 정선 강원 횡성 충북 괴산 경북 울릉 경남 합천	저수지 하 천 하 천 하 천 하 천 하 천 하 천 하 천 기존댐 하 천 하 천 하 천 하 천 하 천 기존댐	정 선 봉 정 대 아 경 천 반 변 포 천 보령(I) 부 안 운 문 보령(II) 성 주 횡 성 밀 양 영 천 아 산	1,920 1,920 3,000 800 1,060 2,970 145 193 330 556 1,800 1,000 1,300 1,000 36	강원 정선 강원 정선 전북 완주 경북 문경 경북 안동 경기 포천 충남 보령 전북 부안 경북 청도 충남 보령 경북 성주 강원 횡성 경남 밀양 경북 영천 충남 아산	하 천 하 천 저수지 저수지 기존댐 하 천 기존댐 기존댐 기존댐 기존댐 저수지 기존댐 기존댐 기존댐 하수 처리장

▲ 국내 소수력 발전소 건설 및 운영 현황

 

발전소명	설비용량(kw)	사업자
양 양 안 동 용 담 대곡댐 탐진댐 성남정수장 와부정수장 판교가압장 칠보취수장 운 문 사연댐 안계댐 동화댐 장성댐 예 당 담 양 나 주 탑 정 안 양 천 안 청 주 전 주 사 연	1,400 1,500 1,800 300 550 1,050 260 650 380 470 300 450 1,000 1,200 700 1,400 1,300 500 400 45 80 90 200	한국전력공사           한국수자원공사               농업기반공사       지자체(하수처리장) " " " 지자체(정수장)
합 계	16,025

▲개발 추진 중인 소수력 발전소 현황

 

구분	개발 가능 용량 (kw)
일반 하천	1412500
하수처리장	5300
정수장	2500
농업용 저수지	48000
농업용 보	5000
다목적댐의 용수로	6744
양식장의 순환수, 양수 발전소 하부댐	10956
합계	1491000

               ▲국내 소수력발전 보급 잠재량

 

 

라. 국내 보급추이

- 소수력발전의 판매단가는 '82년도 한전 화력(석유)발전소 연료비 단가의 90%, '83년에 연료비 단가의 100%적용키로 하였으며, '84년도의 정부고시 판매단가는 40.29원/㎾h로 경제성이 있었다.

 

- 유가의 지속적 안정으로 '85년에 38.25원/㎾h, '86년에 38.45원/㎾h로 판매단가가 인하되었고, '87년 이후에는 주변 상황 변화에 비해 매입가격이 현실적이지 못했다.

 

- 이에 따른 경제성 상실로 소수력발전소의 신규개발이 거의 중단되었으며, 최근에는 기존 농업용 댐 등을 이용하는 사업이 일부 추진되고 있는 실정이다

 

 

연 도	'84 '     85 '   86 '   89 '      91 '     95      '96       '97      '98    '99      2000     2001
매입단가(원/㎾h)	40.29   38.25  38.45   38.45   41.67   48.09   48.38   49.94   54.84   60.93   60.23   63.51

 

 

▲ 한전 소수력 발전 매입 단가의 변화 추이

- 주요 국가의 소수력발전 전력 구매 현황

독 일 : 전력회사 판매가격의 75%

프랑스 : 전력회사의 판매단가

미 국 : 주별로 산정되어 있는 회피원가(Avoided Cost)

            일 본 : 소수력발전소의 총괄원가

 

 

6) 소수력 발전에 대한 고찰

- 소수력자원 면에서 유럽의 여러 나라에 뒤지지 않는 우리나라에서 소수력 발전소 건설이 활성화되지 않는 이유는 소수력 발전소 운영에 따른 경제성이 향상되지 않았기 때문이다. 따라서 소수력발전소의 경제성을 향상시키기 위해서는 우리나라의 소수력 자원 특성에 적합한 중ㆍ저낙차용 수차발전기를 국산화 개발과 이에 따른 수차발전기의 제작비용 및 소수력 발전소 건설비를 절감하고, 또한 수차발전기 운영에 따른 유지비의 절감이 필요한 실정이다.

 

 

 

 

 

 

 

 

참고 사이트

1. http://terms.naver.com/ 유역 변경식

2. http://blog.daum.net/techwind/728 펠톤

3. http://blog.daum.net/archee/18138164 터고 수차

4. http://climarx.com.ne.kr/book/cont/co_322.htm 프란시스 수차

5. http://energynatura.org/02_energy/energy_09.asp 소수력 분류

6. http://blog.daum.net/niast0158/8547365 소수력 국내 잠재량

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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