<목차>
1. 수력발전이란?
2. 수력발전의 원리 및 종류
3. 수력발전의 장단점
4. 수력발전 현황
수력발전이란?
수력발전이란 하천 또는 호소 등에서 물이 갖는 위치에너지를 수차를 이용해 기계에너지로 변환하고 이것을 다시 전기에너지로 변환하는 발전방식입니다.
물이 떨어지는 힘으로 수차를 돌리면 수차의 축에 붙어있는 발전기가 돌아 전기가 발생하고, 이때 발전기 출력은 낙차와 수량과의 곱에 비례하기 때문에 수차에 큰 낙차가 작용하도록 인공적으로 댐을 만들기도 합니다.
P[kW] = 9.8 x Q x H
(P= 발전기 출력, Q= 사용수량, H= 유효낙차
수력발전은 물을 이용해 전기를 생산하기 때문에 친환경 에너지이며, 화석연료 발전에 비해 부하 변동에 대한 반응이 우수해 전력공급의 질이 양호하다는 장점이 있습니다.
수력발전의 원리 및 종류
수력발전은 흐르는 물의 운동에너지를 이용해 수차를 돌려 전기를 얻는 방식으로 위치에너지를 기계에너지로, 기계에너지를 다시 전기에너지로 변환하여 전기를 만들게 됩니다.
위치에너지 → 기계에너지 → 전기에너지
수력발전은 댐 [취수구 수로/수압관로]에서 물을 떨어트려 위치에너지를 발생시키고 [수차발전기/제어시스템]에서 위치에너지로 터빈을 돌려 기계에너지를 발생시킨 뒤 전기를 생성하고 [변압기/한전계통]을 통해 수요자에게 전력을 공급합니다.
수력발전에서 가장 중요한 부분은 위치에너지를 기계에너지로 변환시키는 수차(터빈)입니다. 댐의 규모, 낙차에 따라 사용하는 수차가 다르고 수차는 날개를 회전시키는 방법에 따라서 충동/반동 수차로 구분됩니다.
- 충동수차: 노즐에서 분사된 물을 날개에 뿜어 그 충동력으로 날개를 회전시킴
- 반동수차: 날개에 떨어지는 물의 속도와 압력에 의해 회전시킴
| 구 분 | 저낙차 | 중낙차 | 고낙차 | |
| 낙 차 | 15[m] 이하 | 15~130[m] | 130~300[m] | 300[m] 이상 |
| 수차의 종류 | 원통형수차 튜블러수차 |
프로펠러수차 카플란수차 |
프란시스수차 사류수차 |
펠턴수차 |
| 반동수차 | 충동수차 | |||
수력발전은 물의 낙차를 이용하기 때문에 경사가 필요하며 이러한 낙차를 만드는 방식에 따라 취수방식과 유량을 얻는 방식으로 구분할 수 있습니다
- 취수방식: 수로식, 댐식, 댐수로식, 유역변경식
- 유량을 얻는 방식: 저수지식, 조정지식, 양수식, 조력식
- 댐식: 가장 기초적인 형태로 하천의 경사가 큰 구간에 댐을 설치한 뒤 가둔 물을 떨어트려 그 낙차로 터빈을 돌림
- 수로식: 감입곡류하천에서 사용할 수 있는 방식으로 댐을 설치하고 그 지점보다 아래 특정 지점까지 수로를 직선으로 연결하여 곡선으로 돌아가도록 하여 원래 하천보다 낙차가 더 증가함
- 유역변경식: 경동지형에서 자주 사용하는 유형으로 고지대에 댐을 설치하고 도수터널을 통해 산 너머 급경사 저지대로 떨어트려 그 낙차로 터빈을 돌림
- 댐수로식: 댐식과 수로식을 합한 유형
- 양수식: 다른 발전소와 유기적으로 작동해 손실되는 전기를 줄이는 방식
- 저수지식: 저수지에 물을 저장하고 이것을 갈수시에 하천 자류로 보급해 사용
- 조정지식: 경부하시 물을 저장했다가 단시간 피크 부하 시에 자연 유량 이상의 유량을 발전에 이용
- 조력식: 만의 입구에 댐 등을 만들어 조수간만의 차를 이용해 발전
수력발전의 장단점
<수력발전의 장점>
1. 다른 신재생에너지와 마찬깆로 친환경적이며 별도의 연료가 필요하지 않음
2. 댐이나 저수지에 물을 저장해두기 때문에 홍수나 가뭄이 발생할 경우 이를 활용
3. 태양광이나 풍력 대비 높은 효율
수력발전의 장점
수력발전의 장점은 다른 신재생에너지와 마찬가지로 친환경이라는 점입니다. 발전 원료로 물을 사용하기 때문에 탄소 배출이 없고 별도의 연료를 구할 필요가 없습니다.
또한, 수력발전소를 설치한 곳에는 댐이나 저수지를 함께 구성하기 때문에 저장된 물을 홍수나 가뭄이 발생할 경우 이를 활용해 해결할 수 있습니다.
태양광발전 또는 풍력발전의 효율이 10~40%인 것에 비해 매우 높은 효율인 80%가량의 효율을 가지고 있기 때문에 타 신재생에너지보다 발전효율이 높다는 장점도 있습니다.
<수력발전의 단점>
1. 건설 시 매우 큰 비용이 소모된다
2. 물이 있는 곳에만 설치가 가능해 설치장소의 제약이 크다
3. 기상의 영향을 많이 받는다
수력발전의 단점
수력발전의 단점은 댐, 저수지등이 필요하기 때문에 규모가 크고 비용이 많이 소요된다는 점입니다. 타 신재생에너지원에 비해 발전소의 규모가 크고 물이 있는 곳에만 설치할 수 있기 때문에 장소의 제약도 큰 편입니다. 또한, 가뭄등으로 강수량이 거의 없는 경우 발전에 필요한 충분한 양의 물을 확보하지 못해 발전에 어려움을 겪을 수 있습니다.
국내 수력발전소 현황
국내 수력발전소는 한국수력원자력에서 관리하며 10개의 수력발전소를 운영중입니다. 한수원 홈페이지에서 제공하는 설비 자료를 살펴보면
화천수력(1~4호기)
화천발전소는 건설 치후 오랜기간 운영하면서 노후된 설비들이 많아 연차적인 보수공사와 설비를 현대화하고 있으며, 하류의 여러 발전소와 함께 전력공급 및 전력계통 시송전을 담당하는 중요한 역할을 수행하는 댐수로식 발전소입니다.
춘천수력(1~2호기)
춘천수력발전소는 춘천시 서북방 12km 지점의 북한강 본류를 횡단하는 중력식 콘크리트 댐과 일부 콘크리트코어의 토댐 및 댐좌안 직하부에 총 건평 1,696㎡로 구성된 댐식 발전소로서 연간 145GWh의 전력을 생산함과 동시에 하류 의암, 청평, 팔당 발전소의 발전량을 증가시킬 수 있게 되었습니다. 또한 경인지구를 연결하는 154kV 송전선로에 의해 인근 수력발전소와 함께 수도권 전역에 전력을 공급하는 중요한 역할을 하고 있습니다.
강림수력
강림소수력발전소는 강원도 횡성군 강림면 월현리에 위치하며 한강수계 남한강 지류인 주천강 상류에 취수댐을 축조하고 도수터널, 수압관로를 지나 시설용량 480kW의 입축프로펠러 수차발전기를 설치한 댐수로식 소규모 수력발전소입니다. 발전소 건설로 농촌전화와 지역사회개발에 기여를 하게 되었으며, 기자재의 국산화로 기술축적을 도모하여 지속적인 소수력개발의 바탕을 조성하는 등 다목적 효과를 기하였습니다.
의암수력(1~2호기)
의암수력발전소는 북한강과 소양강이 만나는 곳으로부터 약 8.5km 하류에 위치하고 있습니다. 의암수력은 상, 하류의 발전소들과 연계하여 연간 약 160GWh의 전력을 생산하고 있으며, 이때 생산된 전력은 청평 수력발전소와 연결되어 있는 154kV의 송전선로를 지나 경인지역으로 공급되어 수도권 전력공급의 일부분을 담당하고 있습니다. 또한, 상류에서 흘러들어오는 수량을 조절하여 강물이 줄어드는 시기에 용수공급, 여름철 수량이 불어나는 시기에는 홍수조절 역할을 담당하고 있습니다.
청평수력(1~4호기)
청평수력발전소는 댐 좌안 직하부에 위치한 댐식 발전소로서 북한강 본류 및 소양강으로부터 풍부한 수량을 받아 연 271.5 GWh의 전력을 생산, 경인지역에 154kV로 송전하고 있으며, 상류의 화천, 춘천, 의암발전소 송, 전선이 모이는 옥외변전소를 가진 시, 송전 발전소로서 전력계통의 기준점으로 중요한 역할을 담당하고 있습니다.
팔당수력
팔당수력발전소는 남, 북한강의 합류지점 하류 5km, 서울 동북방 약 35km 지점인 경기도 남양주시 조안면 능내리 822번지에 위치하고 있습니다. 전력생산뿐만 아니라 용수공급이라는 막중한 임무도 수행하고 있습니다.
괴산수력
괴산수력발전소는 높이 28m, 길이 171m의 콘크리트중력댐을 축조하고 총저수량 1,533만㎡의 저수지를 조성하여 댐좌안 직하부에 설비용량 2,800kW의 수차발전기를 설치한 댐식 발전소입니다.
칠보수력(1~3호기)
칠보발전소는 전북 정읍시 칠보면 시산리 210번지에 위치하고 있으며 댐은 발전소로부터 약 16km 칠보 상류로부터는 82km 지점인 전북 임실군 강진면 옥정리에 중력식 콘크리트댐으로 축조되어 있고 발전용수는 정읍군 산내면 능교 2리 용암부락의 취수구에서 유입되어 약 6.2km의 압력수로를 이용 도수하여 발전한 후 동진강에 방류함으로써 농업용수 및 광역상수를 공급하는 최초의 유역변경식 발전소입니다.
보성강수력
보성강수력발전소는 칠보 지류인 보성강을 보성군 겸백면 용산리에서 댐을 막아 2,202m의 터널식 수로를 통해 득량면으로 유역변경 445.85m의 수압 철관을 거쳐 2대의 수차발전기에서 4,500kW 전력을 생산하는 발전용수로 이용하고 그 물을 다시 관계 수로를 통해 1,700여 정보의 득량만 간척지와 500 정보의 기설 농토의 농업용수로 이용된 뒤 득량만으로 흐르는 유역변경식 다목적 댐 수로식 발전소입니다.
강릉수력
강릉수력발전소는 서해로 흐르는 남한강 상류의 송천을 막아 태백준령을 뚫어 강릉의 남대천으로 흐르게 한 유역변경 댐수로식 발전소로서 수로터널은 길이 15.6km로서 국내 수력발전소 가운데 가장 길며, 수차는 국내에서 처음으로 시공된 종축펠톤 수차로서 고도의 기술이 투입되었고, 낙차는 국내 최고높이인 640m입니다.
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