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마이크로 수력발전
마이크로 수력발전은 발전용량이 100kW 미만인 소규모 발전설비를 말한다. 초초소수력발전이라고도 한다. 인위적 장치없이 자연 그대로의 힘을 이용한 발전 수단을 생각하면 된다. 물레방아 등이 좋은 예이다. 발전용량이 100~1,000KW사이는 초소수력발전에 속한다.
개요
마이크로수력발전은 전기출력 100kW 이하의 초소형 수력발전으로 Himalaya 산맥의 네팔과 같은 나라에서 시골 마을에 전기를 공급하기 위하여 많이 이용되고 있다. 최근에는 독일이나 미국, 오스트레일리아 등에서도 개인의 취미생활로서 그 이용이 늘고 있다.
일본의 (주)Kubota에서는 네팔과 같은 개발도상국에 공급하던 마이크로수력발전기술을 더욱 발전시켜, 상수도 정수장이나 농업용수, 혹은 공업용수 같이 낙차가 아주 작은 곳에서도 활용할 수 있는 인라인형의 「라인파워」라는 상품을 개발하여, 이의 보급에 힘을 기울이고 있다.
대한민국은 농촌의 전화사업이 대체로 잘 진행되어 있고, 또 계절별 강수량의 차이가 커 마이크로 수력발전을 실시할 곳이 그리 많지 않지만, 집수정이 있는 공장이나 상수도시설에는 시범적으로 설치하여, 그 효과를 살펴볼 필요가 있다고 본다.
- 수력발전은 그 발전규모에 따라 다음과 같이 구분된다.
- 대규모 수력: 발전용량이 100MW 이상이며, 통상 대규모의 전력망에 연결된다.
- 중간규모 수력: 발전용량이 1 100MW로서 보통 전력망에 연결된다.
- 소규모 수력: 발전용량이 100kW에서 1MW 사이이며, 통상 전력망에 연결되기도 하나, 독립적으로 운용되기도 한다.
- 마이크로수력: 100kW 이하의 발전용량으로 전력망으로부터 거리가 먼 소규모 마을이나 공장에 독립적으로 운용하기 위한 분산형으로 적합하다.
마이크로 수력발전 설치 장소
- 홍수나 가뭄이 적은 곳으로서 연중 유량이 일정한 곳.
- 댐이 필요 없이 자연의 낙차를 이용할 수가 있거나, 물살이 빠른 곳.
- 물에 침전물이 적은 곳.
활용
한국
마이크로수력발전은 발전용량이 100kw 미만으로 낙차가 작아도 설치가능하고 친환경적이며, 기술적으로도 비교적 복잡하지 않은 것이 장점이다. 국내에서는 처음으로 아파트의 상수도 시설을 이용한 마이크로수력 발전시스템을 2010년 롯데건설이 기술을 개발, 특허를 출원했다.
물의 낙차에서 얻는 위치에너지로 전력을 생산하는 수력발전은 발전용량에 따라 대·중·소·마이크로수력으로 구분한다.
롯데건설은 아파트 단지 내로 들어오는 상수도 공급관에 소형 터빈발전기를 설치해 전기를 생산, 낙차에너지와 수압을 전기로 변환시키고 이를 아파트 공용부에 사용할 수 있도록 개발한 것이다.
보통 3~5Kgf/㎠(가로 1㎝, 세로1㎝ 단위 면적당 3~5㎏의 무게를 올려놓을 때 받는 힘)의 압력으로 들어오는 상수를 지하물탱크에 채울 때 낙차가 발생한다는 점에 착안, 공급관 중간에 터빈을 설치함으로써 버려지는 낙차에너지와 수압을 전기로 변환시키고 이를 아파트 공용 용도로 사용할 수 있도록 한 것이다.
1000세대 규모의 단지를 기준으로 200mm 상수도 공급관에 설치할 경우 연간 약 200만원의 관리비 절감이 가능하다고 롯데건설측은 설명했다. 이는 30년생 소나무 1600그루를 심는 효과(연간 9000kg CO₂절감)와 맞먹는다. 또한 최근 일부 아파트 단지에 적용되고 있는 태양광발전이나 지열냉난방시스템 보다 에너지 활용 효율이 약 15%가 높다는 분석이다.
일본
일본에서도 수도관 등 다양한 수로를 흐르는 물을 활용하는 마이크로 수력발전의 도입이 증가하고 있다. 교토 나가오카쿄시의 펌프장에 있는 수도관이 2018년 4월에 발전소로 변모하였다. 비밀은 수도관과 수도관을 연결하도록 설치한 다이킨 공업의 마이크로 수력발전 시스템이다. 수도관 속을 흐르는 물의 힘으로 수차를 돌려 연간 18만4,000KWh의 전력을 생산한다. 이 설비에서만 일반가정 56세대의 전력을 공급할 수 있다는 계산이다.
마이크로수력발전의 특징
하나는 기존의 수력발전과 비교하여 발전가능 장소가 현격하게 많다는 점이다. 마이크로 수력발전의 도입대상은 수도관만이 아니다. 공장의 배수 설비나 공업용수 등 지금까지 버려졌던 수류도 대상이 된다. 당연히 댐 등과 비교하면 흐르는 물의 양과 힘은 떨어지기 때문에 출력은 한정적이다.
마이크로 수력발전의 구조는 풍차나 화력발전소용 터빈과 거의 동일하다. 하천이나 수도관 등을 흐르는 물을 수차의 날개로 받아 회전 에너지로 변환한다. 이 힘으로 발전기 내부의 코일을 회전시키며 '자연유도'의 원리로 전기가 발생한다. 중요한 것은 마찰이나 저항 등의 손실을 억제하여 효율적으로 에너지를 추출하는 일이다.
마이크로수력발전이라면 전선을 끌어오는 것이 곤란한 깊은 산속에서도 독립적인 전원으로서 설치 가능하며 전등이나 스마트폰 충전 등에 사용할 수 있다.
태양광발전은 비오는 날이나 해가 없는 야간에는 발전할 수 없다. 풍력의 경우도 바람 강도나 방향은 전혀 예측할 수 없다. 그러나 강이나 수도관은 낮에도 야간에도 일정량이 흐르고 있기 때문에 마이크로수력발전은 가동률이 높 아진다.
참고자료
- 양원모 기자, 〈<수력발전 산업분석②> 댐 없는 수력 발전, 소수력 발전은 무엇〉, 《이넷뉴스》, 2021-07-20
- 남수정 기자, 〈"우리 아파트에 마이크로수력 발전소 있어요"〉, 《한국에너지》, 2010-05-11
- 배원숙 기자, 〈롯데, 아파트에서 전기 만들어 쓴다〉, 《데일리경제》, 2010-05-11
- 〈마이크로 수력발전〉, 《해동일본기술정보센터》, 2018-04-23
같이 보기
