정책

아리수 소수력 발전소

등록일 2014-05-18 분류 물관리 글쓴이 ssunha
소속
상수도사업본부 생산부 기전설비과
작성일
2014-05-18
최종수정일
2018-01-29

아리수 소(小)수력발전시설 도입

  • 소수력발전은 물의 낙차와 유량을 이용하여 발전을 하는 신재생에너지의 한 종류로서 기존 수력발전 중에서 약 10,000kW 이하로 전력을 생산하는 발전방식이다. 오염물질을 배출하지 않고 지속적으로 전력생산이 가능하다는 장점이 있지만 초기 투자비용이 높고 부지 선정에 어려움이 있어 국내에서도 확대·보급하는데 어려움이 있다.

  • ‘아리수소수력발전소’는 서울시 상수도사업본부에서 암사정수센터와 노량진배수지의 자연유하의 위치에너지(표고차24m)를 이용, 국내 최초로 수돗물 송수관로에 수차를 설치하여 현재 전력(103MWh/월)을 생산하여 한국전력으로부터 월16백만원의 발전 판매수익을 내고 있다.

  • 정부의 신재생에너지 보급 확대를 위한 정책, 서울시 ‘원전 하나 줄이기 사업’ 등과 연 계하여 앞으로 국가의 전력난을 해결하고 CO2 배출량 저감을 통하여 환경보호에도 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있다.

 

<아리수소수력발전소 시행전 VS 시행후>

정책시행 전

정책시행 후

암사정수센터에서 자연유하로 노량진
배수지에 유입

암사정수센터에서 자연유하로 유입되는
위치에너지를 이용하여 전력생산

정책개요

  • 소수력 발전기 설치: 300kw(100kw×3대)

    • 암사정수센터와 노량진 배수지의 자연유하를 이용, 국내 최초 송수관로에 수차 설치

    • 전력(103MWh/월) 생산으로 월16백만원의 발전 판매 수익 창출

<소수력(Small Hydro Power)발전소 위치도>

<그림출처: 서울시 보도자료> 

추진 배경

  • 점점 증가하는 전력수요량에 미치지 못하는 공급능력

    • 최근 기록적인 한파와 폭염 등 이상기후에 의한 이상고온, 이상저온 현상의 빈번한 발생으로 전력 수요가 급변동하는 상황에서 예비 공급량이 부족한 실정이다. 또한 우리나라의 GDP대비 총 전력소비량은 0.44kWh/$(OECD 평균 0.25kWh/$)로 매우 높은 편이다. 그러나 2011년 3월 일본 후쿠오카에서 발생한 원전사고, 최근 우리나라 원전의 불량부품 사용에 따른 가동중단 사태로 원자력발전에 대하여 반(反)사회적인 분위기가 조성되어 발전설비의 확충이 굉장히 어려워지고 있다.

  • 신재생에너지 보급 확대를 위한 정책

    • 우리나라는 전력생산을 화력, 원자력 등에 의존하는 비율이 91.9%인 상황이다. 현재 주요 선진국에서 안정적인 에너지원을 확보하기 위하여 신재생에너지 개발 및 보급에 노력을 펼치고 있다. 이런 세계적인 기류에 편성하여 산업통상자원부에서는 신재생에너지 보급확대를 위하여 주택지원사업, 건물지원사업, 지역지원사업 등 많은 정책과 투자를 실시하고 있다.'아리수 소수력발전소'도 이런 정책(지역지원사업)에 지원·선정되어 추진된 사업이다.

  • 환경보호에 대한 사회적 문제로의 중요성 대두

    • 지구온난화, 해수면의 상승, 환경호르몬 등의 환경오염은 인간의 직·간접적인 생활에 영향을 미치는 사례가 언론을 통하여 자주 보도됨으로써 시민들의 환경보호의 중요성에 대한 인식이 날로 커져가고 있다. 이런 사회적 분위기에 편성하여 시민들의 행정적인 요청 사항도 날로 증가하고 있는 상황이다.

소수력발전 동향

국내 동향

  • 소수력발전소 현황은 2010년말 기준 68개소, 설비용량 95,220kW이며, 2010년도 소수력 연간 발전량은 339백만kWh의 전력을 생산 중이다.

 

<국내 소수력 발전소 현황>

구 분

설비용량(kW)

점유율(%)

68개소

95,220

100

한전 및 발전회사(13개소)

33,573

35.2

민간 발전사업자(18개소)

30,559

32.1

수자원공사(19개소)

18,054

19.0

농어촌공사(11개소)

10,659

11.2

지자체(7개소)

2,375

2.5

    • 2000년도 이전에 건설된 소수력발전소는 민간 발전사업자가 다수를 차지하였으나, 2001년도 이후 지역에너지보급사업과 발전차액지원제도가 시행된 이후 개발된 소수력은 대부분 지자체 및 정부투자기관 등 공공기관이 건설하였다.

    • 국내 소수력 에너지는 부존 잠재량에 비해 개발량은 부진한 실정이며, 특히 환경 친화적인 청정에너지로서 하수종말처리장, 농업용 저수지 등에도 소수력을 개발할 수 있으므로 적용 범위가 급격히 확대되고 있다.

    • 최근에는 RPS제도 도입으로 소수력발전사업의 경제성이 높아 개발욕구가 증대되고 있다.

해외 동향

  • 선진국에서는 소수력 개발의 사회·경제적 중요성을 인식하고 수문학적 자료 등 기초 통계자료의 확보와 기술개발 및 보급에 힘을 기울여 에너지원으로서 뿐만 아니라 주 요 에너지산업으로 자리를 잡아가고 있다.

  • 소수력개발을 위한 자원의 타당성 평가기법, 발전소의 최적 설계기법, 수차 발전시 스템의 간소화 및 표준화, 자동제어시스템의 개발 및 최적 운영기법 개발 등을 통해 국가차원에서 기술을 개발하여 소수력발전소가 전 세계적으로 매우 광범위하게 가동 중이다.

    • 아시아 : 중국 38,500MW, 일본 1,700MW

    • 유 럽 : 독일 1,600MW, 프랑스 1,956MW, 이탈리아 2,233MW 등

  • 발전설비용량이 우리나라에 비해 상대적으로 적어 저낙차 소용량이면서 대용량에 비 해 경제성 면에서 뒤떨어지지 않는 저낙차용 수차를 개발·보급하여 경제성을 향상 시키고 있다.
    ​※ 발전용량이 증가할수록 경제성이 향상됨. 우리나라(약 1,400kW), 외국(약 1,000kW)

  • 정책 및 제도현황

    • 세계 각국은 소수력 보급 확대 정책을 공급측면과 수요측면, 발전설비용량과 발전량을 고려한 다양한 제도를 도입·시행하고 있다.

    • 각국의 지원제도 사례(아래 표 참조)

나라별 소수력발전소 지원제도 비교

국 가

지원제도

비 고

독일

스페인

덴마크

기준가격의무구매제(FIT) 시행

※ FIT(Feed In Tariff) : 신재생에너지 발전에 의하여 공급한 전기의 전력거래가격이 정부 고시가보다 낮은 경우 그 차액을 지원하는 제도

 

미국

캐나다

인도

신재생에너지의무할당제(RPS) 시행

※ RPS(Renweable Portfolio Standard) : 일정규모 이상의 발전사업자에게 총 발전량 중 일정량 이상을 신재생에너지 전력으로 공급토록 의무화하는 제도

 

중국

대용량보다는 소용량의 발전소라도 설치가능한 곳이라면 어디든지 설치할 수 있도록 법적, 제도적 장치를 마련하고 있음

 

일본

청정에너지 개발이 가능한 범위에서 마이크로급(100kW이하) 및 피코급(5kW) 소수력을 개발하고 있음

기술개발중점

국가별 소수력발전 보급현황

국가별 소수력발전 2030 목표치(2007)

국가 용량(Mw) 랭킹
중국 38,500 1
미국 3,420 2
이태리 2,233 3
프랑스 1,956 4
스페인 1,700 5
일본 1,700 5
인도 1,694 7
독일 1,600 8
캐나다 1.056 9
스웨덴 935 10
출처: 신재생에너지 R&D 전략 2030 목표치(2007)

추진 과정

  • 2012. 02. 25 : 시장님 일본 순방결과 조치계획보고(소수력1개소, 태양광1개소 시범사업 추진)
  • 2012. 03. 13 : 상수도 신재생에너지(소수력) 도입방안 보고
  • 2012. 04 ~ 05 : 소수력발전시설 기술검토 및 타당성 조사
  • 2012. 10. 10 : 투자재원 국비확보(지경부의 지방보급사업 대상선정으로 국비 1,231백만원 확보)
  • 2013. 04. 04 : 실시설계용역 착수
  • 2013. 07. 02 : 용역성과품 준공
  • 2013. 08 ~ 2014. 1 : 소수력 발전소 공사시행
  • 2014. 01. 29 : 공사준공(소수력 발전소 전기생산)

정책 소개

  • 아리수 소수력 발전기 설치

  • 사업개요

    • 위 치 : 서울시 동작구 노량진로 247 노량진배수지

    • 송수관로 : 암사정수장 ~ 노량진배수지 간, 23.2km, D2,200mm

    • 정수장 수위(상류) : 37.79m

    • 배수지 수위(하류) : 12m

    • 수차 현황

      • 형식 및 발전용량 : 펌프터빈, 정격용량 94kW, 최대출력 107kW

      • 설치대수 : 3대

    • 발전기 : 3상 유도발전기, 100kW × 3대

    • 운영방침 : 노량진배수지 중앙제어실에서 원격 무인운전

  • 소요예산 : 2,341백만 원(국비 50%, 시비 50%)

  • 사업 후보지 특징

    • 암사정수장에서 공급되는 상수에 의해 자연적으로 10m 정도 낙차가 발생됨

    • 일평균 약 300,000m3의 풍부한 유량이 지속적으로 배수지로 유입되는 점

    • 별도 건축물의 신축이나 토목구조물의 공사 없이 공동구내에 수차발전기를 설치하고 전력을 생산할 수 있는 점

    • 주변 환경에 피해(소음, 진동, 기타 환경오염)가 없어 민원발생의 요지가 없다는 점

정책 실행경험 및 노하우

  • 발전기 설치장소 선정의 어려움

    • 당초 배수지 유입당초 배수지 유입관로 2200mm에 설치하려고 하였으나 선정한 장소가 올림픽대로와 고가도로 교각 밑에 있어 토목공사시 교각구조물 위험, 설치장소 협소, 공사비 과다로 장소선정 부적당하였음. 또한 배수지내 분기관로 1650mm 설치시 이중화관로 운영에 따른 유류방향 변경으로 발전기 운전이 불가하여 장소선정 부적당하여 예상하였던 설치장소를 변경으로 다른 장소선정을 위하여 전문가 자문회를 거쳐 지(池) 유입관로에서 분기하여 발전기를 설치하였다.

  • 발전기설치 및 운영에 따른 수질이상

    • 수차에 있는 오일 누유시 수질오염으로 80만 세대 급수중단발생이 예상되어 수질오염을 방지할 수 있는 수차선정을 위하여 수차례 걸쳐 전문가 자문회의 실시하였고 20차례 이상 현장조사 및 해외사례 조사하여 사전에 철저한 사전점검을 통하여 윤활유가 들어가지 않는 비부식성 수차를 선정하였다.

    • 상수도관로(송수관로)에 설치시 관로의 급격한 압력변동으로 송수관로벽의 슬라임(Slime)의 박리 등에 따른 수질이상이 우려되었고, 발전기 운전에 따른 압력손실로 기존 암사정수센터에서 공급받던 유량으론 압력이 부족하여 유량증가를 위한 중간밸 브 개방에 따른 급격한 유속변화로 수질이상이 우려된다.

      • 수차발전기 시운전과 동시에 현장의 수질시험을 추진하여 수질변화 실시간 감시

      • 시험운전 및 가동 시에는 밸브 동작을 2분→10분으로 자동시스템을 구축

      • 급수부, 관할 사업소와 T/F팀을 조직하여 급수 공급량 부족을 막기 위한 노량진 배수지 초입의 중간밸브 조절

  • 시공상의 난제 해결

    • 공사기간 중단수없이 원활한 수돗물 공급을 위해 부단수공법(4개소)을 이용하여 배관작업 실시하였으며 수충격 발생에 따른 배관의 밀림현상 방지를 위해 밸브 접합 슬리브형 신축관은 고정하고, 수충격 시뮬레이션 실시 및 방지를 위해 지지대 보강을 실시하였다. 
      ※ 부단수공법 : 유체(물)의 공급을 중단시키지 않은 상태에서 배관의 유지보수를 하는 작업

    • 작업공간의 협소하여 자재가 펌프장 이동시에는 2인 운반조를 구성하였고 운반 전문 목도(도비)사에 의뢰하여 자재를 운반하였고 안전사고 방지를 위하여 공사감독관이 직 접 상주하며 공사 지시‧감독하였다.

지(地)유임배관 작업을 위한 천공작업

지(地) 유입밸프 작업

천공작업 모습

지 유입밸프 작업 모습

  • 대관업무의 어려움

    • 태양광 등 기타 발전설비는 있었으나 서울지역에서는 최초로 수력으로 발전하여 한국전력에 전기를 판매하는 사례로 한국전력과 업무처리에 이견발생으로 업무 협의를 위하여 수차례 현장방문 및 회의실시하여 문제를 해결하였다.

아리수 소수력 수리통계도

노량진 배수지 일 30만 세제곱미터, 소수력 발전설비 EL 12.0m 반포지구(한강둔치), 자연유하, 암사아리수정수센터 EL 36.0m. 노량진 배수지에서 암사아리수 정수센터까지 총 거리 23Km, D2200mm

서울시의 소수력발전소는 국내 최초로 시도된 것으로 하루 평균 30만t의 수돗물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 수돗물 공급관로를 이용하여 지대가 높은 암사아리수정수센터에서 지대가 낮은 노량진배수지로 수돗물을 공급하는 송수관로의 유량과 낙차를 이용해 연간 2286MWh의 전력을 생산할 수 있다. 이 전력은 4인 가정(평균 연간 4.9MWh 사용) 466가구가 1년간 사용할 수 있는 규모로 시는 소수력발전으로 생산되는 전력 전량을 한국전력공사에 판매해 연간 3억 3600만원의 수익을 창출할 계획이다.
 
특히 이번 소수력발전소 설치로 온실가스 1032t에 해당하는 이산화탄소(CO2)를 줄이는 한편 482TOE의 에너지 대체 효과를 얻게 돼 서울시 원전하나줄이기 정책에 큰 역할을 할 것으로 기대된다. TOE(Ton Of Equivalent·석유환산톤)란 국제에너지기구(IAEA)에서 정한 단위로 석유환산톤을 일컫는다. 기존의 열량 계산법이 에너지원별 발열량이 달라 이해와 환산에 어려움이 있었던 점을 감안해 원유(석유) 1톤의 발열량인 107Kcal를 1TOE로 표준화했다. 즉 각각 다른 종류의 에너지원들의 에너지 사용량을 원유 1톤의 발열량인 107kcal를 기준으로 표준화한 단위다.
 
암사아리수정수센터에서 노량진배수지로 공급되는 수돗물은 하루 평균 30만t이다. 약 24m의 낙차에 의해 자연유하(自然流下)로 공급되고 있어 충분한 유량과 낙차가 확보돼 소수력발전에 적정한 여건을 갖추고 있다. 이와 같은 여건에 착안해 노량진배수지(동작구 소재) 유입 송수관로에 소수력발전시설을 설치하기로 하고, 지식경제부(현 산업통상자원부)에 ‘신재생에너지 지방보급사업’ 지원을 신청해 총 사업비 22억 원 중 절반인 11억 원의 국비를 지원받아 100kW 수차발전기 3대를 설치 완료, 시험운전을 거쳐 정상가동 중이다.
 
시는 이번에 설치된 소수력발전소를 시민에게 공개해 인근에 위치한 영등포아리수정수센터를 방문객 및 친환경에너지에 관심 있는 시민들에게 소수력발전시설을 견학할 수 있게 해 신재생에너지 및 아리수 홍보·교육의 장으로도 활용할 뿐만 아니라 앞으로 발전에 필요한 유량과 낙차가 발생하는 관로를 지속적으로 발굴해 소수력발전소를 설치함으로써 친환경 에너지 개발에 더욱 박차를 가할 계획이다. (예: 영등포아리수정수센터, 북악터널배수지, 삼성배수지 등)

출처: YTN"서울시 ‘수돗물 공급관로’ 이용 소수력발전소 국내 첫 설치(2014)"

정책실행 결과

  • 정부 및 서울시 정책과 연계한 기여도

    • 소수력발전설비를 통하여 전력을 생산하여 탄소배출량 1,032ton 저감 및 482TOE의 에너지 대체효과를 높였다.
      ※ TOE(Ton of Oil Equivalence, 석유환산톤) : 석유 1톤에 해당하는 열량(107kcal)

    • 소수력발전을 통하여 연간 2,286MWh의 전력을 생산하여 한국전력에 판매함으로서 연간 5억원의 수익을 창출하였다.

  • 신재생에너지 교육 및 홍보의 장 마련

    • 전국 중·고등학교 학생 대상 다양한 에너지 및 에너지의 중요성 영상교육자료로 활용하였다.

    • 방송사 및 신문사 등 언론보도를 통하여 신재생에너지 홍보를 하였다.

적용 가능성

  • 국내 최초 상수관로를 이용한 소수력발전설비로서 타 지자체에 적용·보급에 영향

  • 상수도 송수관로내 잔류수두를 활용한 무공해 청정에너지 개발

  • 신·재생에너지 보급 확대를 통한 저탄소 녹색성장의 정부시책에 부응

  • 환경 친화적 에너지 생산을 통한 에너지수입 대체효과와 CO2 절감에 기여

  • 상수도사업의 경영수익 증대에 기여

  • 유엔 청정개발체계(CDM), 탄소배출권 거래 등 향후 신․재생에너지사업 다각화의 교두보 마련

참고문헌

FAQ

  • Q.향후 소수력발전 확대보급 예정후보지
    A. 답변내용
    • 영등포정수장(40kW), 북악배수지(30kW), 삼성배수지(30kW)

    ※ 저낙차(2m이상) 대상지점을 추가적으로 발굴하여 사업추진 예정

추진조직 및 연락처

  • 상수도사업본부 생산부 기전설비과  /  02-3146-1332
  • 해외도시협력담당관  /  02-2133-5264  /  policyshare@seoul.go.kr
  • 서울연구원 도시외교연구센터  /  02-2149-1418  /  ssunha@si.re.kr

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