소수력발전

청계천에 흐르는 물로 스마트폰을 충전하는 시민, 휴대용 수력발전기 이스트림

소수력발전(小水力發電, Small hydro, Small hydro power)은 물의 낙하차를 이용한 시설용량 10,000㎾ 이하의 수력발전을 뜻한다. 1982년 이후 한국 정부의 지원으로 약 30여개 지역에(용량 약 43,000kW) 소수력발전소가 설치되었고, 연간 전력 생산량은 약 1억kWh에 달한다. 소수력발전의 기준은 국가별로 차이가 있는데, 미국은 15,000㎾ 이하, 중국은 25,000㎾ 이하 수력발전을 소수력발전이라고 말한다.

수력발전은 그 구조가 간단해 발전효율에 크게 신경쓰지 않는다면, 개인이 작은 수력발전 장치를 직접 만들어 설치할 수도 있다. 이러한 소규모 수력발전은 소수력발전, 소규모 수력발전이라고도 하며 최근 설치 건수가 증가 추세다. 규모나 출력이 특히 작은 수력발전을 특별히 마이크로수력이라고 하며 전력수요가 매우 적은 곳에서 꼭 필요한 양만큼의 전기를 얻는 데 주로 활용된다.

소수력발전은 전력 생산 외에 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의 용수로 등에도 적용할 수 있는 점을 감안할 때 향후 개발 잠재량은 풍부하며 청정자원으로서 가치가 크다. 향후 소수력발전이 보다 발전하게 되면 분산전원으로서의 역할이 커질 것으로 기대된다.

현재 국내 수력발전 기술은 선진국에 비해 크게 미흡한 수준이며 특히 발전의 주기기 제작분야가 뒤쳐진다. 국내 수력산업은 규모가 작은 10MW 이하 소수력에 집중돼 있으며 중·대형 수력은 일본, 유럽 등 해외제작사의 기술에 의존하고 있다. 국내 중대수력 기자재는 두산중공업이 알스톰(Alstom)과 라이센싱으로 제작해(원천 설계기술 없음) 공급했으며 소수력 기자재는 대양수력, 신한정공 등 중소기업이 공급하고 있다. 특히 15MW 이상급 중대수력용 수차발전기의 경우 수력설계, 구조설계, 제작기술 등 원천기술 미확보로 북한 수력시장 진출을 위한 경쟁력 확보가 어려운 상태다. 주기기 국산화가 이뤄질 경우 나머지 부품은 중소기업이 맡을 수 있어 자연스럽게 수력발전 산업이 함께 발전할 수 있게 된다. 수력발전을 담당하고 있는 한국수력원자력이 2012년부터 4년간 정부 지원금 120억원을 포함, 총 265억원의 연구비를 들여 15MW급 프란시스 수차 국산화 기술개발에 성공했다.

개요

물은 중력의 영향을 받아 높은 곳에서 낮은 곳을 향해서 흐른다. 그 흐름을 수로로 끌어들여 수차발전기를 회전시켜 전기에너지를 발생시키는 것이 수력발전(hydropower generator)이다. 수력발전은 높은 위치에 있는 하천이나 저수지의 유량(Q)을 유도하여 위치에너지인 낙차(H)를 이용, 수차에 회전력을 발생시키고 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해서 전기 에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전방식이다. 낙차(H)는 상부에서 하부로 이용 가능한 최대 수직거리이며, 손실로 인하여 감속한 낙차를 정격낙차(Net Head)라 하고, 유량(Q)은 초당지나가는 물의 양(㎥/sec)으로 수차를 회전시키는 물의 유량이 많고, 낙차가 클수록 발전설비용량이 커지고 전력량도 그만큼 많아진다. 즉, 수력발전의 출력은 수력출력[㎾]=9.8(중력가속도)×유량(㎥/s)×낙차(m)×수차발전기효율(%)이다.

11개 신재생에너지의 한 분야인 수력은 1987년 이전에는 '소수력발전 개발방안' 업무처리지침에 의거 설비용량 3천㎾를 기준으로 일반수력(hydropower)과 소수력(small hydropower)으로 구분하였다. 1987년에 대체에너지개발 및 이용·보급촉진법이 개정되어 설비용량 3천㎾를 기준으로 구분하였고, 2003년에 동법이 개정되어 설비용량 1만㎾로 변경하였고, 2005년에 신에너지 및 재생에너지개발·이용·보급촉진법으로 개정되어 수력설비용량 기준을 삭제하여 '물의 유동에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 설비'로 양수를 제외한 모든 수력설비를 일원화하여 신재생에너지로 분류하고 있다.

수력부분의 연구개발 및 보급대상은 주로 발전설비용량 1만㎾이하를 대상으로 하고 있으며, 신재생에너지공급의무화제도(RPS)에 의한 신재생에너지공급인증서(REC)는 수력 발전설비용량 5천㎾ 이하만 거래되고 있다.

소수력발전 시스템

소수력발전시스템 구성은 그림과 같이 하천이나 수로에 댐이나 보를 설치하고 발전소까지 물을 유동하는 수압관로, 물이 떨어지는 낙차로 전력을 생산하는 수차발 전기, 생산된 전력을 공급하기 위한 송･변전설비, 출력제어와 감시를 위한 감시제어 설비로 구성되어 있다.

소수력발전 시스템 구성도

물이 떨어지는 힘으로 수차를 돌리면, 수차의 축에 붙어있는 발전기가 돌아가게 되고, 전기가 발생하며 낙차의 크기와 유량에 따라서 사용하는 수차는 달라진다. 보통 상류는 경사가 크고, 수량이 적으며, 하류는 경사는 완만하지만 수량이 많다. 개발하고자 하는 지역의 지형에 따라서 가장 경제적이고, 효과적으로 수력을 이용하는 방법을 강구해야 한다.

낙차를 얻는 방법으로 댐을 건설해서 하천의 적당한 곳을 막아 수위를 높여서 낙차를 얻는 방법이 많이 사용되고 있다. 자연낙차 및 자연유량을 이용하는 방식을 수로식 발전이라고 하며, 수로식 발전은 댐식 발전보다 계절과 강우량의 영향을 많이 받는다. 어떤 방식이든 높은 곳에 있는 물을 수관을 통하여 낙하시킨 후 터빈을 회전시켜 발전하는 원리는 같다.

수차에도 여러 가지 종류가 있으나, 대부분의 발전소에서는 물의 압력을 이용하는 프랜시스 수차가 쓰이고 있다. 그러나 물의 낙차가 큰 곳에서는 분출시킨 물의 충동으로 회전시키는 펠톤 수차가 사용된다. 그밖에 프로펠러를 회전시키는 방식의 카플란수차나 프로펠러수차 등도 사용된다. 그러나 흐르는 물의 양은 많으나, 낙차가 적은 곳에서는 벌브수차를 이용한다.

소수력발전 시설의 수명은 긴 편이며, 운영비가 저렴하다는 것 외에 많은 장점을 가지고 있다. 반면에 출력이 기상과 계절의 영향을 많이 받는 단점도 있다.

소수력발전의 종류

소수력발전의 종류

소수력발전은 일반적으로는 10,000kW 미만의 소규모 수력발전을 말한다. 그러나 국내에서는 소수력 발전을 시설용량이 3,000kW 이하인 수력발전으로 정의하고 있다. 소수력발전은 설비용량, 낙차 및 발전방식에 따라서 분류하기도 하는데, 소수력을 설비용량에 따라 Micro hydro power(100kW 미만), Mini hydropower(100∼1,000kW) 그리고 Small hydropower(1,000∼10,000kW)로 구분한다. 낙차에 따라 구분하면, 저낙차(Low head, 1∼20m), 중낙차(Medium head, 20∼150m) 그리고 고낙차(High head, 150m 이상)로 구분할 수 있다. 또한 발전방식에 따라 구분하면 수로식 혹은 자연유하식(Run-of-river type), 댐식 혹은 저수식(Strorage type) 그리고 터널식(Tunnel type)으로 분류할 수 있다.

발전방식에 따라 살펴보면 수로식은 하천을 따라 완경사의 수로를 결정하고 하천의 급경사와 굴곡 등을 이용하여 수로에 의해 낙차를 얻는 방식으로 하천경사가 급한 상·중류에 적합한 형식이다. 수로식 발전의 일반적인 경로는 상류 측에서 취수하여 취수구 → 침사지 → 수로 → 상수조 → 수압관 → 발전소 → 방수로 → 방수구의 순으로 연결한다. 계절과 강우량의 영향을 많이 받는 단점이 있다.

댐식은 주로 댐에 의해서 낙차를 얻는 형식으로 발전소는 댐에 근접해서 건설하고 하천경사가 작은 중·하류로서 유량이 풍부한 지점이 유리하며, 하천의 구배가 완만하나 유량이 풍부한 곳과 낙차는 크나 하천의 수위변동이 심한 지역에 적합하다. 댐식 소수력발전소의 일반적인 경로는 댐 → 취수구 → 수압관로 → 발전소 → 방수로→ 방수구 순으로 연결한다. 하천홍수의 범람정도와 댐 상류의 농경지 및 가옥 등의 수몰관계를 고려하여 높이를 결정하여야 한다.

터널식 소수력 발전소는 댐식과 수로식을 병용한 것으로, 댐으로 얻어진 낙차와 하류부의 경사를 함께 이용하는 발전소이다. 터널식 소수력 발전소는 하천의 형태가 오메가(Ω)형인 지점에 적합하며, 자연낙차를 크게 얻을 수 있다. 터널식 소수력발전소의 경로는 댐 → 취수구 → 터널수로 → 수조 → 수압관로 → 발전소 → 방수로→ 방수구의 순으로 연결한다.

소수력발전용 수차의 종류

수차의 종류

소수력발전의 가장 중요한 설비는 수차(water turbine)이다. 소수력발전소의 경제성을 향상시키기 위해서는 발전소의 특성에 적합한 수차의 선정이 가장 주요하다. 일반적으로 수차의 형식은 충동형(impulse turbine)과 반동형(reaction turbine)으로 구분된다. 충동형 수차는 높은 낙차에 효과적으로 사용되며, 펠톤수차(Pelton turbine)를 예로 들 수 있다. 반동형 수차는 일반적으로 낮은 낙차이면서 유량이 풍부한 소수력 발전소에 적합하다. 반동형 수차로는 프란시스(Francis) 및 프로펠러수차가 있으며, 프로펠러수차는 카프란(Kaplan) 벌브(bulb) 튜브(tube)수차 등으로 세분된다.

펠톤 수차

• 펠톤 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.

타고(Turgo) 수차

• 펠톤 수차와 같은 충동 수차이지만 버킷의 형상이 펠톤 형과 달리 분사 물 반사각도가 작다.
• 낙차가 작고 수량이 적은 경우에 사용가능하다.

프란시스 수차

• 수차는 50∼530m의 낙차에서 주로 쓰이는 반며, 프로펠러 수차는 3∼90m의 비교적 낙차가 작은 곳에 쓰이는데, 구조는 프란시스 수차와 같으나 날개차의 모양이 프로

펠러 형태로 되어 있다.

프로펠러(카플란) 수차

• 날개 설치 축을 회전할 수 있도록 하고, 날개의 각도가 변화하는 특징이 있다.
• 낙차가 작고 수량이 많은 경우에 사용 가능하다.

벌브(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.

소수력발전의 특성

1㎾h당 CO₂ 배출량

• 청정에너지(clean energy) : 소수력발전은 표에서 보는 바와 같이 이산화탄소 배출량(CO₂)이 석유나 석탄 등의 다른 에너지원에 비해 매우 적은 청정에너지원이면서 재생 가능한 순국산 에너지로 에너지 안정성에 기여함과 동시에 범세계적인 환경규제에 대비하는 친환경 청정에너지로 지구온난화 방지에 공헌하고 있다.
• 순국산에너지 : 소수력은 지형이나 기후 등 자연적인 조건과 조화를 이루며 국내 부존 잠재량이 많아 보급효과가 큰 분야로 에너지 밀도가 높아 타 에너지원에 비해 꾸준한 발전공급이 가능한 반영구적인 에너지자원으로 에너지 안보 측면에서 우수하다.
• 전력공급량 조정기능 : 소수력발전은 5분 이내의 짧은 시간에 전력 생산이 가능하여 전력수요량의 변화에 가장 민첩하게 대응이 가능한 피크시간대에 발전이 가능하여 주파수 조절을 담당함으로써 전력수요 변화에 가장 민첩하게 대응할 수 있다. 유입식은 기저(基底)전력 공급용으로 사용하고 조정지식 및 저수지식은 첨부(peak)부하 공급용으로 사용이 가능하다.
• 발전단가 장기 안정성 : 소수력발전의 원가구성은 자본비가 대부분으로 인플레이션이나 연료비 가격변동이 거의 없으므로 타 전원에 비교하여 발전생산원가를 싸고 장기적으로 안정되어 있다. 소수력이 발전하여 생산된 전력량만큼 가격이 비싼 중유발전소가 가동되지 않기 때문에 전력시장가격의 안정화에 기여하고 있다.
• 높은 에너지 변환효율 : 열효율이 최고 40~50% 정도인 화력발전에 비교하여 소수력발전 효율은 80~90% 정도로 약2배가 될 만큼 에너지 변환효율이 높다.
• 지역발전에 공헌 : 소수력발전은 국내 부존에너지를 활용하여 전력을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 지역사회 기반시설로 지역주민에게 고품격 문화관광장소를 제공하고 문화적 행사 등 각종 행사 장소를 제공하여 지역사회에 친수공간을 통한 여가활동에 기여할 수 있다. 청정에너지원의 개발을 통하여 지역개발을 촉진하고, 이로 인한 경제적 파급효과도 매우 크다.

한국의 소수력발전

우리나라는 1960년대부터 경제개발 5개년 계획과 더불어 본격적인 수력발전소 건설을 추진했다. 전력통계정보시스템 발전설비 통계자료에 따르면, 1961년 수력발전 설비용량은 143,380 KW로, 해당년도에 가장 많은 발전 설비용량을 차지한 화력발전의 뒤를 이은 수치이다. 이후 1979년 양수발전, 1985년 소수력발전소 건설을 시작으로 꾸준히 총 수력발전 설비용량을 늘려갔다.

최근에는 10,000 KW 이하의 소수력발전만을 신재생가능에너지로 간주하는 세계적 추세에 따라 소수력발전 비중을 확대하고 있다. 전력거래소 발전설비용량 변경 자료에 따르면, 수력발전소는 2007년 2월 8일 기준으로 전국 111대, 총 발전 용량 65.000 KW였지만, 2017년 2월 1일 기준으로는 전국 244대, 총 발전 용량 203,500 KW이다. 지난 10년간 발전 대수와 용량이 모두 증가한 수치이다. 하지만 발전 대수 증가폭에 비해 발전 설비용량 증가폭이 적다는 점은 다소 아쉽다.

해양소수력발전

해양소수력발전은 화력발전소 냉각수로 사용된 바닷물과 조수간만의 차를 이용한 소규모발전이다. 빠른 유속을 가진 냉각수가 방류되는 지점에 댐을 만든 뒤, 떨어지는 낙차를 이용하여 수차를 돌려 전기를 생산한다. 2006년 11월 경상남도 고성군 하이면 한국남동발전(주)의 삼천포화력발전소 내에 건설되어 세계 최초로 상업발전을 시작하였다.

해양소수력발전시스템은 버려지던 발전소의 냉각수를 사용한 재생에너지로서, 대체에너지 개발을 촉진시키고 지구환경 보전과 국가산업 발전에 이바지하는 계기를 마련하였다.

삼천포 해양소수력발전소는 날마다 방류되는 발전소의 냉각수를 이용하여 안정적으로 전기를 생산하고 조수간만의 차이에 따라 발전량을 다르게 할 수 있다. 댐은 길이 130.1m, 표고차 8.5m 규모이며 16개의 유입, 방류 수문을 통해 1분당 160회 회전하는 수차와 6대의 발전기를 돌린다. 정격용량은 2965kW이지만 최저 간조위 때에는 5000kW 이상의 출력을 낼 수 있어 2만 2756kW의 전력을 생산한다.

기술

• 신개념 수직축항력 소수력발전

국내 소수력발전분야 벤처기업인 ㈜KOC(대표 정광옥)가 10년에 걸친 연구개발로 세계 최초로 낙차없이 흐르는 물의 유속으로 수직축항력 터빈을 돌려 발전에 성공하고 현재 시험발전을 진행 중이라고 밝혔다. KOC에 따르면 수직축터빈회전시 50%의 물은 터빈회전방향(정향류)으로 흐르지만 50%는 터빈회전방향과 반대방향(대향류)으로 흐른다. 특히 대향류작용으로 기존에는 흐르는 강물로 수직축항력터빈의 회전이 불가했지만 KOC는 세계 최초로 대향류차단공법을 발명해 흐르는 물로 수직축항력터빈을 회전시켜 발전에 성공했다. KOC의 신개념의 수력발전은 흐르는 물의 유속을 이용하므로 댐건설이 불필요하므로 환경훼손이 전혀 없고 댐건설에 소요되는 막대한 공사비절감이 가능하다. 또한 물을 가두지 않고 흐르게 하므로 녹조가 발생하지 않는 것이 장점이다. 물이 흐르는 곳이라면 농수로, 취수로, 배수로, 방수로 등 모든 지역에서 발전이 가능하며 수로가 없는 곳은 인공수로를 만들어 상류에 물을 지속적으로 공급하면 긴 수로에서 빠른 유속이 발생해 수십차례 반복발전이 가능하다고 KOC는 설명했다. 이번 제품이 상용화될 경우 화석연료를 전혀 사용하지 않으므로 온실가스의 배출이 전혀 없어 지구온난화를 방지하고 매연과 미세먼지의 배출이 없어 대기오염을 방지하는 친환경의 발전공법으로 주목받을 전망이다. 또한 연료비 소모가 전혀 없으므로 발전원가가 기존의 재래식발전에 비해 획기적으로 저렴해 값싼 전기요금으로 서민과 제조공장에 공급이 가능할 것으로 보인다.

• 휴대용 수력발전소 '이스트림'

국내 스타트업 이노마드는 수력발전의 또 다른 잠재성을 일깨워주었다. 이노마드는 2014년 8월 청계천에 흐르는 물로 스마트폰을 충전하는 청계천 스마트 충전소(청마소) 프로젝트를 선보인 이후, 길이 24cm, 무게 800g, 6400mAH 배터리 용량을 가진 휴대용 수력발전소 '이스트림'을 출시했다.

• 다수의 수평식 회전드럼을 이용한 소수력 발전장치 (특허정보, 2006)

본 발명은 다수의 수평식 회전드럼을 이용한 소수력 발전장치에 관한 것으로서, 소하천 주변이 경사면이 아니더라도 계단식의 낙차 방식에 의해 발전기에 큰 동력을 전달할 수 있고, 또한 소수력 발전장치의 길이가 길지 않더라도 큰 동력원을 얻을 수 있고, 다수의 샤프트가 수평으로 설치됨으로 인해 중력에 의해 회전력이 강화되는 효과를 얻을 수 있게 되어 제품의 품질과 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있게 된다.

• 터키의 지속적인 에너지개발전망 -소수력 발전- (기술문헌, 2007)

많은 개발도상국가에서는 재생에너지자원이 총 에너지소모에서 차지하는 비중이 크다. 터키도 예외는 아니어서 재생에너지원의 중심인 수력발전용량이 석탄 다음으로 크다. 2/3정도의 재생에너지가 바이오매스에서 얻어지고 나머지는 주로 수력발전에 의존한다. 따라서 수력발전이야말로 오늘날 터키에서 가장 중요한 재생에너지자원이자 지속 가능한 에너지라고 할 수 있다. 앞으로 30년 동안 많은 해외투자가 및 금융기관이 터키의 수력발전시장에 투자할 것으로 기대되는 것도 이렇게 양자의 이해관계가 어느 정도 일치하는데서 나온 결과일 것이다.

• 유럽연합의 소수력발전 개발현황 (기술문헌, 2007)

유럽연합의 장기 에너지전략의 핵심은 재생에너지 개발이며 그 속에는 온실가스 배출이 거의 없는 수력발전도 포함되어 있다. 그러나 대규모 수력발전의 경우는 가격경쟁력을 갖추고 있고 또한 개발 잠재력도 거의 남아있지 않기 때문에 개발 장려대책이 세워지지 않고 있다. 유럽은 산지에 위치한 마을이 많고 수량이 풍부한 강이나 하천이 많기 때문에 소수력발전의 개발 잠재력이 막대하다. 따라서 유럽연합은 재생에너지의 범주에 소수력발전을 포함시키고 개발을 장려하기 위한 여러 가지 지원 대책들을 세우고 있다. 유럽에서는 각국의 환경 및 개발 여건이 다르기 때문에 어느 규모까지를 소수력발전 시설로 정의해야 하는지에 대한 많은 논란이 있어왔으나 지금은 대략 10MW 이하의 소수력발전을 재생에너지로 정의하는 것에 의견이 수렴되고 있다.

• 소수력 발전소 건설에 의한 삼천포 화력발전소 방류수로 흐름변화 예측(기술문헌, 2007)

삼천포 화력발전소에서는 냉각수로 이용되고 방류되는 해수를 이용한 소수력 발전소가 건설되고 있다. 소수력 발전소는 발전량을 최대화하기 위해서는 규모를 크게 하는 것이 바람직하나, 소수력 발전소가 방류수로의 기능을 저해하지는 않는 범위에서 결정하여야 하기 때문에 적정규모를 결정하기 위해서는 수리학적인 고려가 필요하다. 본 연구에서는 현재 방류수로의 흐름특성 자료를 이용하여 3차원 흐름모형인 FLOW3D 모형을 구축하고, 구축된 모형을 이용하여 소수력 발전소의 규모에 따른 방류수로 상류 지점의 수위 증가 양상을 예측하였으며, 발전소 건설에 따른 흐름변화 양상도 분석하였다. 삼천포 소수력발전소 건설은 상류의 수위증가를 유발하며, 설계유량 156톤/초, 발전소 가동보 높이 3.8m 기준에 대한 방류수로 Weir 상류지점의 수위는 4.97m로 현 상태 4.32m보다 65㎝ 정도 증가하는 것으로 파악되었다.

• 저비용의 초소규모 수력발전소 재건(스웨덴) (실용화기술, 2003)

자연보호와 소수력발전소를 이용한 전력 생산 사이에는 종종 관심사의 대립이 있다. 이번 연구는 환경적인 영향을 줄이는 방법에 중점을 둔다. 스웨덴의 Possjoholmsan강에서 원래 물래방아로 운행되던 오래된 제분소가 복구되었고, 현재는 복구되어진 소수력발전소로부터 자가생산 전력을 사용하는 음식물 조달 회사에서 사용한다. 원래 이 소수력발전소에 있는 Francis수차는 1960년대 이후부터는 사용되지 않았고, 1998년에 semi-Kaplan수차로 교체되었다. 새로운 semi-Kaplan수차의 용량은 33kW이며, 연간 약 135MWh를 생산한다.

• 환경친화적인 소수력발전소 개발(영국) (실용화기술, 2003)

이 소수력발전소는 영국 Wales의 Powys주 Llanrhaeadr-ym-Mochnant 북쪽 Afon Iwrch 강가에 위치해 있으며, Iwrch Hydro사에 의해 소유-운영되고 있다. 이 재생에너지 프로젝트는 개발 및 건설 중인 여러 가지 계획 중 Wales에서의 존속 가능한 소수력발전에 관한 커다란 계획의 일부로써 규정되어 졌다. 계획안은 새로운 두 개의 댐을 이용하는 방법으로 요약된다. 약 1m 높이의 한 댐이 작은 연못을 만들기 위해 강을 가로질러 건설되었다. 댐에 표시된 눈금은 소수력발전용 수차가 작동하는 것에 관계없이 환경청에 의해 명시된 ‘여분의 흐름’이 하천의 흐름을 유지할 수 있도록 댐 하류의 강으로 흐르도록 명시하고 있다.

• Kaplan 터빈 4개를 이용한 네덜란드의 저낙차 11MW 환경친화형 다목적 수력발전소 (실용화기술, 2003)

네덜란드·마스강의 11kW 수력 발전소의 입지 선정을 위해 몇 개의 피지빌리티스타디가 행해졌다．1987년으로부터 1988년 건설된 발전소는 그 후 매년 평균 31GWh를 발전하고 있다. 이 발전량은 예상보다 20GWh 낮았지만 이것은 프로젝트의 모니터 기간 중에 생긴 예상하지 못한 수위의 변동때문이며 기술적으로는 발전소의 조업은 양호했다. 또한，발전소 완성 후에도 환경 보호면에 많이 유의하고 있는 것이 본 프로젝트의 특징이다

• 순수에너지-전기 그리드를 통한 재생에너지 공급 (기술평가, 2001)

순수에너지는 4개 유형의 재생가능 에너지의 포트폴리오를 이용하였다. 즉, 태양, 풍력, 수력, 그리고 바이오매스(biomass)(폐기가스)이다. 고객들이 사용한 모든 금액(네트워크 비를 포함)은 이 네 가지 유형의 기술로 균등하게 분배되었는데, 이러한 방법으로 저렴한 가격의 에너지(즉, 폐기가스와 수력)는 합당한 가격에 공급될 수 있고, 한편 고가의 에너지(즉, 태양과 풍력에너지)는 보다 저렴한 가격으로 일정하게 부담되어 공급될 수 있다. 이러한 방법의 목적은 새로운 기술의 더욱 개발하고 사용범위를 늘리기 위함이고, 또한 이로 인해 새롭게 도래하는 기술을 보다 저렴하게 공급할 수 있는 제도를 만들기 위함이다.

전망

일반적으로 수력발전 시설은 주거지구에서 떨어진 곳에 설치하지만, 스마트그리드와 연동하면 보다 다양한 차원에서, 보다 접근성 있는 이용이 가능할 것으로 보인다. 보통이라면 정화조로 흘러들어가 버리는 하수나 모아둔 빗물을 활용하여 고층 빌딩에서 낙차를 만드는 방식 등을 통해, 일정 지역 내에서 전력을 자급자족하여 사용할 수 있게 된다.

우리나라도 1988년부터 이 분야에 꾸준히 투자해왔다. 소수력발전을 더욱더 적극적으로 보급하기 위해서는 효율을 높이고 가격을 낮춰 설비를 상용화하는 단계가 필요할 듯하다. 선진국에서는 상용화를 위해 보조금 지원 제도나 발전차액지원 같은 정부의 지원책을 마련하여 보조하고 있다. 한국 정부는 신재생 에너지 기술 개발 및 이용 보급 기본계획을 통해 2030년까지 신재생 에너지 보급 목표를 11%까지 높이기로 했다. 그중에서도 소수력발전은 강과 하천은 물론이고 하수 종합 처리장, 상수도, 농업용 저수지, 빌딩의 공조설비 등 물이 흐르는 곳이면 어디든 가능하고, 산지가 많은 우리나라의 특성상 발전될 여지가 더욱 많아 보인다. 이런 소수력발전의 잠재력은 약 1,500MW에 달한다.

소수력발전은 다양한 가능성을 가지고 있지만 넘어야 할 산이 있다. 투자비 회수 기간이 길고 저낙차용 국산 수차의 효율이 저조하기 때문에 타 발전 방식에 비해 경제성을 입증하기가 쉽지 않다는 점이다. 지금까지는 국내에서 관련 시장이 협소하고 수요가 적다보니 발전 가능성에 비해 소수력발전이 가지고 있는 힘이 낮게 평가되고 있다. 이처럼 안정적인 제반 여건이 부족한 상황에서는 국내 기업이 독자적으로 소수력발전에 뛰어들기에는 위험 부담이 크다. 이를 위해 정부에서 소수력발전의 개발 및 보급을 위한 제도적 기반을 마련하고, 지자체에서 수력발전 잠재성이 있는 기존 시설물에 적극적으로 설치하기 위한 모두의 노력이 필요하다.

참고자료

• 〈소수력 발전〉, 《위키백과》
• 〈해양소수력발전〉, 《두산백과》
• 김병욱 기자, 〈(기획) 친환경에너지시장 핵심 수력발전, 향후 과제는?〉, 《투데이에너지》, 2020-05-11
• 송명규 기자, 〈신개념 수직축항력 소수력발전 ‘주목’〉, 《투데이에너지》, 2017-11-20
• 신지민 기자, 〈작은 것의 아름다움, 소수력발전〉, 《대학생신재생에너지기자단》, 2017-07-07

같이 보기

• 소수력
• 소수력발전소
• 수력발전

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