소수력발전

정의

소수력발전은 소규모 하천이나 수로의 물이 가진 낙차 에너지를 전기로 바꾸는 발전이다.

물을 저낙차 수차로 돌리고, 수차와 연결된 발전기가 전기를 만든다.

댐을 크게 막지 않고 하천 흐름을 일부 끌어들인다는 점이 대규모 수력과 다르다.

출력 공식

소수력의 출력은 낙차와 유량의 곱에 비례한다. 그래서 낙차와 유량이 작은 곳에서 성립한다.

식은 P = ηρgQH 이다. 여기서 η는 수차와 발전기를 합친 종합 효율이다.

ρ는 물의 밀도, g는 중력가속도다. Q는 유량, H는 유효낙차다.

ρgQH는 W 단위가 되므로 1,000으로 나눠 kW로 환산한다.

계산 예제

Q는 2.0m³/s, H는 10m, η는 0.85인 소수력 발전소의 출력을 구한다.

값을 공식에 대입하면 9.8 × 2.0 × 10 × 0.85 = 166.6kW가 된다.

따라서 출력은 약 167kW다. 단위는 kN/m³ × m³/s × m 이므로 kW가 된다.

낙차 10m, 유량 2m³/s 규모는 수백 kW 이하라 상식 범위의 값이다.

낙차 구분

낙차에 따라 소수력 설비는 초저낙차, 저낙차, 중낙차, 고낙차로 나뉜다.

낙차 20m 이하는 초저낙차, 250m 이상은 고낙차로 나뉜다.

소수력은 주로 저낙차 설비에 해당한다.

저낙차의 상한은 문헌마다 달라 답안에는 구간 이름과 대략의 크기만 쓴다.

유량 방식

소수력은 유량을 이용하는 방식에 따라 자류식과 저수지식으로 나뉜다.

자류식은 하천의 자연 유량을 그대로 써서 갈수기에 출력이 줄어든다.

저수지식은 댐에 물을 저장해 발전량을 조절할 수 있다.

정답과 쟁점

앞의 문제 정답은 자류식이다. 하천 자연 유량을 쓰므로 갈수기에 출력이 줄어든다.

같은 하천에 소규모 시설이 연속으로 들어서면 하천 연결성이 훼손될 수 있다.

그래서 개별 사업뿐 아니라 하천 단위의 누적 영향 평가가 필요하다.

대응으로 생태유량을 확보하고 어도를 설치해 하천 연결성을 유지한다.

정리

정리하면 소수력발전은 낙차와 유량으로 출력을 얻는 저낙차·소유량 발전이다.

장점은 친환경과 저유지비, 단점은 초기 투자비와 입지 제한이다.