[발송배전기술사 합격방법] 문제 36] 소수력발전에 관하여 설명하시오.

 

이번 포스팅에서는 밸송배전기술사에서 출제되었고 추후 계속 출제예상되는 문제인 소수력발전에 관해서 설명하고자 한다. 소수력발전에 대해서 정의를 내리고 어떠한 메커니즘에 의해서 우리의 에너지 시장의 향후 발전상황에 대해서 살펴보자.

 

 

발송배전기술사 - 소수력발전

 

[문36] 소수력발전에 관하여 설명하시오.

 

1.개 요

소수력발전은 1,2차 석유파동을 계기로 산간,계곡등에 지역적으로 산재된 수력자원을 효율적으로 이용한다는 측면에서 개발되기 시작하였다. 특히 수력발전은 재생가능한 환원에너지로 단위출력당 건설비는 높으나 운전유지비가 파격적으로 저렴하고 수명이 길어(약50년) 오랜기간 동안 저렴한 전력공급이 가능하다는 이점이 있기 때문이다.

--> 일반적으로 외국에서는 15,000kW이하를 우리나라에서는 3,000kW이하를 소수력으로 정의 하고 있다.

 

2.소수력 PLANT의 개요

 

소수력 PLANT는 건설비의 절감을 위하여 발전설비구성의 약식화,표준화가 필요하다. 예로서 각종 유압식의 구동장치를 전동식으로 대체하거나 주변압기를 생략하고 배전계통에 직접연계하는 방식,건축물의 간소화 등을 들수 있다.

1) 발전기

소수력용 발전기로서는 가격이 저렴하고,구조가 간단하며 보수가 용이한 유도발전기가 사용된다. 그러나 기동시 기동전력을 필요로 하여 단독운전이 되지않고 계통에 병입시 큰 돌입전류가 발생하기 때문에 계통의 특성을 충분하게 고려하여야 한다.

2) 수 차

일반적으로 소용량의 소수력발전에서는 보수 및 점검이 편리한 횡축기가 사용된다. 수차의 종류는 프란시스수차가 가장 많이 이용된다.

EX) 유효낙차: 15～200m ,사용수량: 0.5～5.0㎥/S,수차출력: 200～2000kW

 

3) 입구밸브

입구밸브는 설비의 간략화 및 보수의 용이함을 고려하여 전동식이 널리 사용되고 있고 밸브형식은 구조가 간단한 버터플라이 밸브를 사용한다.

 

4)  조속기

1,000～2,000kW급 정도의 소수력 발전소는 계통의 주파수제어에는 관여하지 않으므로 간단한 조속기로서 충분하고 서보우모터는 전동식으로 사용한다.

 

3. 운영상 특징

 

1) 고립(孤立)발전소(Isolated Plant)

발전지점이 전력계통과 멀리 떨어진 경우 공급과 수요를 독립적으로 운영하여야 하므로 다른 계통과 연계할수 없는 고립발전소라 할수 있다. 따라서 다음과 같은 운전특성을 가져야 한다.

- 부하추종 발전이 가능하여야 한다.

- 발전소 설계조건을 독립된 부하조건에 맞추어야 한다.

- 발전설비 용량은 부하의 첨두에 의하여 결정된다.

 

2) 전력손실의 감소

- 수요에 근접되어 설치되므로 송배전 손실은 거의 무시할수 있다.

 

- 주계통에서 보면 원거리수요를 공급하므로 계통전체의 일부하율 개선과
송배전설비의 투자비 절감이 가능하다.

 

3) 경제성의 한계를 가진다.

 

- 부락이나 송배전선로에서 발전용량 10kw당 1km이내의 지점. 즉 계통과
연계를 위한 별도의 수송설비가 과도하게 필요한 경우 경제성이 없다.

- 년간 10개월이상 건조하지 않은 장소

 

4) 지역발전에 기여

 

- 산간 농촌지역의 경제적인 전화와 농업용수 및 농지의 개발에 기여

- 수력발전소 위치가 산간지역에 건설됨이 대부분이므로 신도로의 건설등
벽지의 사회문화개발에 기여

- 대부분 소수력발전소입지는 깊은계곡의 하천폭이 좁은 곳에 위치하므로
경치가 좋게되며 댐 건설로 인한 저수지까지 겸비하게 됨으로서 우수한
관광지의 개발로 유도가능

 

4. 향후전망

 

에너지 이용형태로서 소수력발전은 새로운 에너지라 할수는 없지만 석유대체 에너지의 측면에서 보는 경우 에너지밀도가 높은 고부가가치의 자원으로 개발가치가 충분하다고 볼수 있다. 그러나 현재까지 운영한 결과를 종합하면 가장 단점으로 건설단가가 높다는 것이 지적되고 있고 향후 설계의 표준화,설비의 간략화 및 무보수화에 대한 연구가 필요하다고 볼수 있다.

또한 부존자원의 유효한 이용과 환경적으로 CLEAN한 에너지의 개발이라는 측면에서 정책적인 자금의 지원등이 필요하다고 생각된다.

 

 

[참고] 국내 소수력 자원량

 

 

우리나라의 년간 강우량을 살펴보면

연간 1200 - 1400 m/m 의 강우량을 기록하고 있으나

6월에서 9월사이에 약 70%의 강우량이 집중되어있다.

이는 년간 설비이용율에 영향을 주게되어 우리나라 소수력의 대부분 가동율이 25 - 50% 정도인 이유이다.

이를 기준으로 예상하는 경제성의 한계는 설비용량 1,000 kW를 기준으로 낙차 4m 유량 30 ㎥/sec 이상이 되어야 한다.

현재는 소하천의 자연 생태환경에 대하여 지역민이나 환경단체의 보호의지가 높아지고 있어 적당한 소수력 지점이 선정되는 경우에도 지역민과 환경단체의 반대로 사업이 효과적으로 이루어 지고 있지 못한 형편이다.

 

▣ 장점

대수력 발전에 비해 친환경적이다.

연 유지비가 투자비의 3.63%로 아주 낮다.

비교적 설계 및 시공기간이 짧다.

주위의 인력이나 자재를 이용하기가 쉽다.

민간 주도의 반영구적 공익 사업으로서 지역 개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급 효과를 극대화시킬 수 있다.

▣ 단점

초기 투자비용이 많다.

자연낙차가 큰 소수력발전 입지는 매우 제한되어 있기 때문에 저낙차이면서도 고낙차 소수력 발전소에 비하여 경제성 면에서 뒤지지 않는 저낙차용 수차의 개발이 시급하다.

 

[참고] 발전소의 종류별 운전특성

 

발전계통의 신뢰도는 계통을 구성하고있는 각 발전기의 기술적인 문제로서 야기되는 사고정지에 의하여 결정되므로 발전기의 종류별 운전특성은 매우 중요한 의미를 가진다.종류별 운전특성은 다음과 같다.

 

1. 기저부하용 발전기

 

대부분 기저부하용 발전기는 60～70%의 높은 이용율로 운전되며 사고시 또는 운전초기에는 이보다 낮은 이용율로 운전될 수도 있다. 주로 대용량 화력 및 원자력발전소가 있으며 자류식 수력발전소도 이에 속한다.

2. 중간부하용 발전기

 

중간 부하용 발전기는 기저부하용과 첨두부하용 발전소 사이에서 운전되는 발전기에 속하는 것으로 복합화력,소규모 화력발전소 등이다.

 

3. 첨두부하용 발전기

 

첨두부하시 운전되는 발전기로서 이용율은 대개 5～10%정도 이다.이에 속하는 것으로 디젤,가스터어빈,내연력발전소,양수발전소,수력발전소 등이 있다.

 

Reference :  신들의 정원 – 강화풀밭농원 (최진만 기술사)