양수발전

정의

양수발전은 높이가 다른 두 저수지 사이에서 물로 전기를 저장하는 설비다.

전력이 남는 야간에는 물을 위로 퍼 올리고, 전력이 모자라는 주간에는 물을 떨어뜨려 발전한다.

쉽게 말해 전기를 물의 위치에너지로 바꿔 높은 곳에 보관하는 방식이다.

구성요소

양수발전소는 두 저수지, 수로, 가역 수차와 발전기, 변전설비로 구성된다.

가역 펌프수차는 회전 방향을 바꿔 발전 때는 수차, 양수 때는 펌프로 작동한다.

한 기계가 두 역할을 맡는 것이 이 설비의 특징이다.

원리와 왕복효율

발전출력은 물의 밀도, 중력가속도, 유량, 유효낙차와 발전효율의 곱으로 정해진다.

양수에 투입한 전력 대비 발전으로 회수한 전력의 비율을 왕복효율이라 한다.

기기와 관로 손실 때문에 왕복효율은 100%에 미치지 못하고 설비 조건에 따라 달라진다.

운전 절차

앞 문제의 정답은 기기와 관로 손실이다.

운전은 잉여전력이 생기는 야간이나 휴일에 물을 상부저수지로 올리는 것으로 시작한다.

가역 수차를 펌프 모드로 바꿔 하부저수지 물을 상부저수지로 양수한다.

주간 피크 시간에는 상부저수지 물을 수압관로로 내려보내 발전한다.

물은 하부저수지에 저장되며, 이 과정이 일간 또는 필요에 따라 반복된다.

형식 비교

양수발전은 상부저수지에 자연 유입이 있는지에 따라 순양수식과 혼합양수식으로 나뉜다.

순양수식은 상부와 하부 사이에서 물을 순환시키고, 혼합양수식은 하천 물을 함께 쓴다.

두 방식 모두 가역수차발전기를 쓰며, 물 수지나 유입 예측을 따로 관리한다.

장단점과 현황

국내에는 7개 양수발전소가 14호기로 운영 중이며 총용량은 4,700MW다.

장점은 기동이 빠르다는 점이다. 밸브를 열면 곧바로 발전할 수 있다.

한계는 입지 조건이 까다롭고 건설 기간이 길며 투자비가 크다는 점이다.

제10차 전력수급기본계획은 장주기 백업설비로 1.75GW가 필요하다고 보았다.

흔한 실수와 정리

흔한 실수는 세 가지다. 첫째는 양수발전을 에너지원으로 설명하는 것이다.

둘째는 야간 전력을 수요가 많은 시간으로 착각하는 것이다.

셋째는 왕복효율을 빼먹는 것이다. 설비 조건에 따라 달라진다고 쓴다.

양수발전은 잉여 전력을 위치에너지로 저장해 첨두 수요에 대응하는 설비다.