[수력발전]
수력발전 (水力發電, hydroelectric power generation)이란 높은 곳에 위치하고 있는 하천이나 저수지의 물을 수압관로를 통하여 낮은 곳에 있는 수차로 보내어 그 물의 힘으로 수차를 돌리고, 그것을 동력으로 하여 수차에 직결된 발전기를 회전시켜 전기를 발생시키는 일. 즉 물이 가지는 위치에너지를 수차를 이용하여 기계에너지로 변환시키고, 이 기계에너지로 발전기를 구동시켜 전기에너지를 얻게 되는 것이다.
모형적으로 말하면, 하천을 상류에서 막아 물을 수로로 유도하고, 경사도가 낮은 곳에서 물을 하류시켜, 처음 하천과의 사이에 나타나는 수위차를 이용한 철관에 의해 발전소로 물을 떨어뜨려 수차를 회전시켜 발전기를 구동시키는 것이다. 이밖에 수로로 물을 유도하여 수위차를 얻는 대신 대규모의 댐을 건설하여 저수된 수위차를 이용하는 경우, 혹은 양자를 병합하는 경우 등이 있다. 수력발전은 미국ㆍ유럽 등지에서는 1882년경에 극히 소규모적으로 시작되었는데, 1982년 세계 최대의 수력발전소는 미국의 그랜드쿨리 발전소(7,460MW)이나 브라질과 파라과이에서 공동으로 개발중인 이타이프 발전소는 최종출력 1만 2,600MW이다.
1987년말 한국의 수력발전 시설용량은 총 2,233MW로, 총발전시설용량(1만 9,021MW)의 11.7%를 차지하고 있다(석유 38.7%, 원자력 30.1%,유ㆍ무연탄 19.5%). 수력발전은 공해가 없고 연료의 공급이 없이도 오래 사용할 수 있다는 장점이 있지만, 건설하는데 경비가 많이 들고, 댐을 건설할 수 있는 지역이 한정되어 있다는 단점이 있다.
[수력발전소의 종류]
1. 낙차(落差)를 얻는 방법에 의한 분류
1) 댐식
하천 본류에 커다란 댐을 가로막아 댐의 상.하류에 생기는 수위차를 이용하여 발전하는 방식으로서 계절에 관계없이 하천유량의 변화를 평균화 할 수 있어 홍수조절, 관개용수 등 다목적 댐으로 이용되기도 한다. 우리나라의 대부분의 댐은 이와같은 방식이다.(운전중인 발전소 - 춘천, 의암, 청평, 팔당수력)
2) 수로식
경사가 급하고 굴곡이 심한 하천의 굴곡부 상류측에서 완만한 경사의 직선 수로를 설치하여 발전하는 방식으로 하류측에서 비교적 짧은 거리에 큰 낙차를 얻을 수 있다. 한 편 하나의 하천이 상류측에서 타하천으로 접근하면서 표고가 높은 위치를 흐르고 있는 지형에서는 분수령을 관통하여 낮은쪽에 있는 타하천으로 새로운 수로를 설치하여 연결시키는 유역변경식이 유리하다.
3) 댐수로식
댐식과 수로식의 기능을 혼합한 것으로 하천의 중.상류지역에 적합하다. 하천이 완만한 경사로부터 급한 경사로 또한 굴곡이 많은 하천 유로로 바뀌어지는 지점에 설치되는 댐으로부터 수로로써 물을 취수하여 댐과 수로의 낙차를 함께 이용하여 발전하는 방식이다. (운전중인 발전소 - 화천, 소양강, 안흥, 강릉수력)
4) 양수발전
전력소비가 가장 적은 심야에 값싼 전력을 동력으로 이용하여 하부저수지에 저수되어 있는 물을 높은곳에 자리잡은 상부저수지에 양수하였다가 주간 또는 야간의 첨두부하시 즉, Peak Time에나 계통고장때 이 물을 다시 하부저수지에 유하시켜 발전하는 방식으로 첨두부하 운전과 대형화력, 원자력 발전소의 효율향상 및 예비전력으로서 전계통의 신뢰도 향상에 기여한다. (운전중인 발전소 - 무주양수, 청평양수, 삼랑진양수)
2. 유량에 의한 분류
1) 저수지식 발전소
하천의 유량은 계절에 따라 다르므로 풍수기의 잉여수량을 저수지에 저수해 놓고, 이것을 발전에 이용하는 방식의 발전소. 즉 연간 하천의 유량을 조정하여 사용할 수 있고, 수력자원을 충분히 활용할 수 있는 이점이 있다. 대출력 발전소에 많다.
2) 조정지(調整池)식 발전소
부하(負河)의 변동에 따라 하천의 유량을 1일 또는 수일간 조정할 수 있는 용량의 조정지를 갖추어 놓은 방식의 발전소, 첨두부하용(尖頭負河用)발전소로 이용된다.
3) 역조정지(逆調整池)식 발전소
첨두부하용 발전소에서 방출한 물을 저수하여 하류로 일정하게 흘려 보내기 위한 조정지를 역조정지라 하는데, 이 역조정지에 설치하는 발전소이다.
4) 양수식 발전소
하천에 물이 많을 때 또는 심야의 경부하시에는 전력계통에 잉여전력이 생기므로, 이것을 이용하여 발전용수를 양수 펌프로 하부저수지에서 상부저수지로 양수해 놓았다가 주간의 중부하시(첨두부하시)에 이 물을 이용하여 발전하는 방식의 발전소. 혼합양수식 발전소와 순양수식 발전소로 구별되며, 또 기계의 배치에 따라 별치식ㆍ직결식ㆍ가역식으로 분류된다.
[수력발전소의 출력]
수차에 유량 Q(㎥/s)인 물이 유효낙차 H(m)에 의해 유입된 경우, 이론출력은 = 9.8QH(kW)로 정의된다. 유효낙차란 취수구 수위와 방수구 수위의 차(총낙차)에서 이 사이의 수로ㆍ수압관로 등에서의 손실수두(水頭)를 뺀 것으로서, 수차에 유효하게 사용되는 낙차이다.
수차 및 발전기의 효율은 각각 ,라 하면 발전기 출력은 ㆍ9.8이며, 여기에 발전기의 대수를 곱한것이 발전소의 출력이다. 보통 =0.9 전후, =0.97 전후이다.
그런데 하천의 유량은 유역내의 비나 눈에 의존되고 계절적으로 변동되므로 발전소의 최대사용수량은 연간을 통하여 발전이 가장 경제적으로 될 수 있도록 결정된다. 또 댐식의 경우, 수위는 하천의 흐르는 상황과 발전소의 사용수량에 의해 상하로 변동되므로, 발전소의 여난 운용을 검토하여 수위의 변동범위를 정하고, 그 사이의 변동에 대해 발전소의 운전에 지장이 없도록 설계된다.