소수력발전소

충남 당진 국내 최대 규모의 소수력발전소

소수력발전소(小水力發電所)는 물의 위치에너지를 전기에너지로 바꾸는 소규모 수력 발전소를 말한다. 소수력발전소는 수력발전소를 소형화한 것으로 1만 ㎾ 미만의 소규모 수력발전을 의미한다. 따라서 물의 낙차가 크지 않은 소형댐, 농업용수로의 보, 정수장 및 하수처리장 등과 같이 다른 목적으로 설치된 설비에 있는 작은 낙차를 이용해 여분의 전력을 생산하는 방식이다.

개요

세계적으로 보면, 특히 개발도상국에 연간 발전량 17조 ㎾에 해당하는 미개발 소수력 가능 지점이 있는 것으로 알려져 있다. 이는 세계 전체 전력소비량 12조 ㎾의 1.4배에 이르는 양이다. 국내 소수력발전은 1982년 이후 현재 40개 지역에, 시설용량 약 5만3408㎾가 설치돼 있으며, 연간 전력생산령은 약 1억 ㎾에 이르고 있다.

우리나라의 소수력발전의 대표적인 사례로 울산광역시 천상정수장에 설치된 소수력발전소를 들 수 있다. 천상정수장의 소수력발전소는 저수지인 사연댐과 정수장 사이에 있는 약 14m의 유효낙차를 이용한다. 사용된 수차는 프로펠러형이며 250㎾의 발전기 1기가 2004년에 원수유입부에 설치됐다. 총 경비 8억1500만 원이 투자됐으며, 투자비의 60%는 국비로 지원되고 나머지 32%는 시비가 투자됐다. 2008년 현재 한국전력에서 구매하는 소수력 구매단가가 105.7원/㎾h이기에 하루에 12시간 정도 운영한다면 1년에 1억1600만 원의 수익이 발생하며 대략 8년 정도 운영하면 설치경비 회수가 가능한 것으로 분석된다는 것이다.

한국남부발전 삼척발전본부는 2017년 12월 해양소수력 설비(1666㎾×2기)를 준공, 가동에 들어갔다. 해양소수력은 발전소 냉각 후 방출되는 해수를 저장했다가 수차를 돌려 발전하는 방식으로 연간 1만5075㎽h의 전력을 생산하게 된다고 한다.

한국은 4대강 사업 당시 친환경 에너지를 생산한다며 16개 보에 2천억 원을 들여 소수력발전소를 만들었다. 2017년, 그런데 갈수록 가동률이 떨어져 애물단지로 전락할 우려가 커지고 있는 상황이다. 92억 원을 들여 만든 세종보 소수력발전소, 금강 백제보 수력발전소 등 전국 16개 보 가운데 올 들어 한 달 이상 가동을 정지한 발전소가 8곳이나 되며 발전 매출액도 3년 만에 절반 수준까지 급감했다.

소수력발전소 현황

해외

소수력 발전소는 전 세계적으로 매우 광범위하게 운영되고 있다. 아시아권에서는 중국이 58,000개소(13,250MW), 일본이 600개소(538MW)로써 가장 많이 운영되고 있으 며, 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 1,102개 소(1,010MW), 노르웨이 227개소(806MW) 등으로 매우 많은 소수력발전소가 건설, 운영되고 있다.

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.

국가별 소수력발전소 운영현황

독일의 경우 소수력발전소 1개소 당 평균발전용량은 58kW로써 이용가능한 소수력 자원을 적극적으로 개발하여 사용하고 있다.

나라별 수차제작회사

국내

우리나라의 소수력 개발은 1982년 제정된 '소수력 개발 활성화 방안'이 공포되면서부터 시작되었다. 전국에 30개소의 소수력발전소가 운영되고 있으며, 설치장소는 하천(15개소), 기존댐(10개소)이 주를 이루고 있으며, 저수지(4개소), 하수처리장(1개소)에도 일부 설치 되어 있다.

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

국내 소수력발전소 건설 및 운영 현황

개발추진중인 소수력발전소 현황

국내 소수력발전 보급 잠재량

소수력발전 원리

소수력발전은 물이 떨어지는 이 낙차를 통해 수차를 돌려 전기를 만들어낸다. 수차는 회전력을 발생시키는 회전차와 그 부속기관들을 통칭하는 것을 뜻한다. 물이 떨어지는 힘으로 움직이면서, 물의 위치에너지를 기계적 에너지로 전환하는 역할을 한다. 물론 지역도 방식도 저마다 다르기 때문에 낙차나 유량도 다를 수밖에 없겠지만 따라서 효율을 높이기 위해 여러 종류의 수차가 준비되어 있다. 덕분에 소수력발전은 물이 흐르는 곳이면 어디든 가능하다.

수차는 크게 충동수차와 반동수차 두 종류로 구분할 수 있다고 해요. 충동수차는 노즐에서 분출된 물을 날개에 뿜어 그 충동력으로 날개차를 회전시키는 형태를 말한다. 일부 방향에서만 흘러나오는 물의 운동에너지를 전환하는데 수차가 물에 완전히 잠기지 않는다. 한편 반동수차는 바퀴에 달린 날개에 떨어지는 물의 속도와 압력에 의하여 날개차를 회전시키는 형태이다. 원주에서부터 물이 들어오고, 동압과 정압을 전환하며 수차가 물에 완전히 잠기는 구조로 되어있다.

소수력발전 장점

국내 부존자원 활용이 가능하고, 전력생산 외에 농업용수 공급이나 홍수조절에 기여할 수 있고, 일단 건설 후에는 운영비가 저렴하다는 것이다. 어느 정도의 수량이 있으면 기본적으로 어디든지 설치가 가능하기에 잠재력은 크다고 할 수 있다. 태양광발전, 풍력발전에 비해, 날씨 등에 의한 발전량의 변동이 적다. 대형 수력발전에 비해 생태계를 위협하는 염려도 적다.

소수력발전 단점

첫째, 설치지점이 제한된다는 것이다. 낙차와 유량이 있는 장소에 주로 한정되기 때문에 충분한 사전조사가 이뤄져야 한다.

둘째, 일반 수력발전이나 양수발전과 같이 첨부부하에 대한 기여도가 적고, 초기 건설비가 많이 들고, 발전량이 강수량에 따라 변동이 많다는 것이다. 하천 등에는 낙엽이나 쓰레기 등이 흘러 들어오기에, 종류에 따라 그것을 제거하는 등 유지 보수가 필요한 경우가 있다. 강우량이 적은 날이 장기간 지속되면 발전량이 감소되며, 홍수 등 유수량이 한계를 넘어 커지면 발전 설비가 손상되거나 유실될 수 있다.

셋째, 물 사용에 대한 이해관계가 얽혀 있고, 법적절차가 복잡하고 번거롭다는 것이다. 소수력발전은 태양광이나 풍력에 비해 법적 규제와 허가절차를 많이 밟아야 하는 경우가 있다. 따라서 개발자의 입장에서 보면 이와 관련된 규제 완화와 함께, 관계기관이나 지역주민과의 합의 형성이 중요하다. 같은 재생가능에너지 중에도 소수력에 대한 일반 시민의 인지도가 낮은데 이를 높이는 노력이 필요하다고 하겠다.

참고자료

• 스페이스에너지, 〈소수력 발전〉, 《티스토리》, 2012-11-14
• 박병준 기자, 〈‘소수력 발전소’ 가동률 ↓…애물단지 전락 우려〉, 《KBS뉴스》, 2017-07-21
• 디지털콘텐츠팀, 〈(김해창 교수의 에너지전환 이야기) <52>소수력발전의 실태와 과제를 말한다〉, 《국제신문》, 2018-07-16

같이 보기

• 소수력
• 소수력발전
• 수력발전

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