APEC

회사소개
Green 에너지사업
전력사업
스마트네트워킹
R&D
사업실적
고객지원

Asian Power & Energy Corp

고객의 생각을 존중하며
새로운 가치를 창조하는 기업

Green에너지사업

소수력발전

회사소개
Green에너지사업
전력사업
스마트네트워킹
R&D
사업실적
고객지원

소수력발전
풍력발전
태양광발전
ESS

소수력발전

수차

Hydro-ekids

인허가 사항

설치사례

소수력 발전이란?

소수력발전은 물의 낙하차를 이용한 시설용량 10,000kW 이하의 수력발전을 말하며, 국내 보급현황은 '82년 이후 정부의 지원으로 현재까지 30여개의 지역에(용량 약 43,000kW) 설치되었고 연간 전력생산량은 약 1억 kWh에 달한다.

소수력발전은 전력생산외에 농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장, 다목적댐의 용수로 등에도 적용할 수 있는 점을 감안할때 국내의 개발잠재량은 풍부하며, 청정자원으로서 개발할 가치가 큰 부존자원으로 평가 받고 있다.

수력발전의 원리 및 구조

댐 취수구 수로
수압관로

수차발전기
제어시스템

변압기

한전계통선

수요자

수력발전 시스템 구성

수차의 종류 및 특징- 소수력의 가장 중요한 설비는 수차(Turbine)이며, 설비별 특징은 다음과 같다.

수차의 종류			특징
충동수차	펠턴(Pelton)수차 터고(Turgo)수차 오스버그(Ossberger)수차		- 수차가 물에 완전히 잠기지 않음 - 물은 수차의 일부 방향에서 공급, 운동에너지만을 전환
반동수차	프란시스(Francis)수차		- 중저낙차에 이용가능하며 가장 널리 사용
반동수차	프로펠러수차	카플란(Kaplan)수차 튜블러(Tubular)수차 벌브(Bulb)수차 림(Rim)수차	- 수차의 축방향에서 물이 공급 - 저낙차 고유량 조건에 적합

수력발전의 분류

분류			비고
설비용량	Micro hydropower Mini hydropower Small hydropower	100kW 미만 100~1,000kW 1,000~10,000kW	국내의 경우, 대부분 토건비 부담으로 터널식보다 경제성이 있는 댐식을 주로 이용
낙차	저낙차(Low head) 중낙차(Medium head) 고낙차(High head)	2~20m 20~150m 150m 이상
발전방식	수로식(run-of river type)	- 하천경사가 급한 중.상류지역
	댐식(Storage type)	- 하천경사가 작고 유량이 큰 지점
	터널식(Tunnel type)	- 댐식과 수로식을 혼합한 방식 - 큰 낙차를 얻을 수 있는 곳 - 하천의 형태가 오메가(Ω) 인 지점

※소수력발전은 하천이나 저수지의 물을 낙차에 의한 위치에너지를 이용하여 수차의 회전력을 발생시키고, 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해서 전기에너지를 생산하는 방식으로 설비용량, 낙차 및 발전방식에 따라 분류

국내 소수력 발전 현황

- 국내 수력발전소의 총 발전설비 용량은 6,517MW(2023년 기준)이며, 이중 대형 수력발전소는 5,000MW, 중형 수력발전소는 1,000MW, 소형수력발전소는 203MW를 차지하고 있고
수력발전소의 수는 약 200개소 입니다.
- 2023년기준 국내 발전설비 현황은 약 150,037MW 입니다.

No	구분	설비용량(KW)	점유율(%)
1	k-water(48개소)	45.8	93
2	발전회사(26개소)	29.6	60
3	KHNP(13개소)	4.9	10
4	한국 농어촌 공사(35개소)	8.4	17
5	기타(71개소)	11.3	23
6	합계(200개소)	100.0	203

국내 현황

- 신.재생에너지 의무할당제(RPS)로 수력개발 필요성이 증폭되면서 농업용 저수지, 하수처리장, 수도관로, 하수종말처리장, 화력발전소의 냉각수 등을 이용한 소수력개발이 활발하게 추진
- 수차 기술개발은 소수력 분야의 경우 정부의 기술개발 지원 및 제작사의 노력으로 활동요가 높은 카플란 수차, 튜블러 수차, 프란시스 수차는 국산화가 완료되어 현재 상용화 단계
- 수차 및 관련 수요 부품을 국산화 개발하기 위해 대양전기, (주)일진전기, 효성에바라, 신한정공 등에서 외국업체와의 기술제휴로 기술개발에 참여

각 단계별 개발 목표

구분	단기	중기	장기
단계	1단계(2015년까지)	2단계(2020년까지)	3단계(2030년까지)
개발목표	기술력 상승	보급 활성화	안전화

1단계

4개의 대분야를 중심으로 세계적인 선도기술을 발굴하고 국내실적에 가장 적합한 기술로 개량하거나 원천핵심기술을 발굴, 개발

2단계

1단계에서 개발 적용된 기술의 실용화 및 실증규모 연구를 촉진함과 더불어 개량,보완된 기술을 개발하여 개발기술의 기술경쟁력을 국외로 보급할 수 있는 보급 활성화 추진

3단계

단기 및 중기 기술개발을 통해 국내에 보급된 기술의 확대 보급과 더불어 세계적으로 경쟁력 있는 핵심 요소기술을 발굴하여 국가 전략기술로 발전시켜 세계시장으로 수출하는 소수력 안정화 추구

국내 보급 현황

연도별 설치 현황(대수력 포함)

구분	2018	2019	2020	2021	2022	2023
설치용량(MW)	6,490	6,508	6,506	6,541	6,513	6,517

※자료 : 2023 한국 전력 통계 자료 (한국전력)

연도별 수력 발전량(대수력 포함)

구분	2014	2015	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
발전량(GW)	489	437	509	386	436	383	516	511	465	536

※자료 : 2023 한국 전력 통계 자료 (한국전력)

국내 소수력발전 시장 전망

1. 환경적 이점

한국의 평균 강수량 1,250mm 정도로, 이는 소수력 발전으로 연간 약 1,500MW의 전력을 생산할 수 있는 유량에 해당됩니다. 현재 국내 소수력 시설용량 93,732kW로 부존 잠재량의 약 6.25%에 불과하여 개발의 여지가 많이 남아 있습니다.

2. 시설지점의 다양성

소수력 개발이 가능한 곳은 유효저수량 200만 톤에 유역면적 15㎢ 이상의 농업용 저수지, 20,000톤/일 이상의 하수종말 처리장, 시설용량 50,000톤/일 이상의 정수장, 높이가 2m이상인 농업용 보 등으로, 미활용 소수력 자원을 이용할 수 있는 설치지점은 매우 다양합니다.

3. 저탄소 녹색성장 전략에 따른 정부 지원 강화

정부지원으로 인한 신재생에너지사업에 대한 투자가 꾸준히 늘어날 전망으로, 금년부터 향후 4~5년간 소수력발전사업의 시장규모는 급격히 증가할 것으로 예상됩니다.

국내 소수력 발전 에너지 보급 잠재량

No	운영기관	설치장소 개소	잠재량	비고
1	일반하천	120	1,412,500
2	하수처리장	63	5,300	사용률 70~80%
3	정수장	58	2,500	사용률 90%
4	농업용 저수지	163	48,000	3,000,000 이상
5	농업용 댐	18.252	5,000	사용률 40%
6	다목적 댐의 용수로	6	6,744	사용률 60%
7	양수발전소 하부댐 이용 화력발전소 냉각수 이용	25~30	19,956
합계			1,500,000

수차

카플란(Kaplan)

- 저낙차, 대유량에 적합하므로 일반적으로 증속기(Grar Box)를 사용합니다.
- 소형인 경우, 증속기(Gear Box) 대신에 Belt로 동력을 전달하는 경우도 있습니다.
- Guide Vane과 Runner Blade의 각도를 조절하는 유압 및 제어 장치가 필요합니다.
- 대용량인 경우, 캐비테이션(Cavitation) 방지를 위한 기초굴착 작업이 필요합니다.
- 발전기 및 증속기 설치 방식에 따라 피트(Pit), 벌브(Bulb) 및 에스(S) 타입이 있습니다.

프란시스(Francis)

- 중낙차, 중유량에 적합합니다.
- 카플란에 비해 고낙차에서 사용하며 수차의 회전수가 높아 증속기를 사용하지 않는, 수차와 발전기 직결형이 일반적입니다.
- Runner Blade의 각도는 고정이고, Guide Vane의 각도만 조절하여 유량을 조절합니다.
- 설치공정은 다소 복잡하나, 유지보수가 비교적 간단합니다.

펠톤(Pelton)

- 고낙차, 저유량에 적합한 수차입니다.
- Nozzle에서 유출하는 수류(Jet)가 Runner 주변의 블레이드(Blade)에 충돌하는 구조입니다.
- 수차의 회전수가 높아 증속기를 사용하지 않는, 수차와 발전기 직결형이 일반적입니다.
- 설치공정이 비교적 단순하고, 유지보수가 용이합니다.

크로스플로우(Cross Flow)

- 중낙차, 중유량에 적용되는 수차입니다.
- 유량변동이 큰 발전소에 적합합니다.
- 설치공정이 비교적 단순합니다.
- 유지보수가 간단하나, 수시 점검이 필요합니다.

수중터빈(Submersible Turbine Generator)

- 수차, 증속기, 발전기가 일체형으로 동일 축 선상에 일직선으로 배열됩니다.
- 증속기가 필요한 경우, 유성치차(Planetary Gear) 증속기를사용합니다.
- 설계단계에서 최적의 Guide Vane각과 Runner Blade 각을 설정하여 제작합니다.
- 수로(수압철관) 내에 수직으로 설치되므로, 별도의 건축물이 불필요하여 공사비가 절감됩니다.
- 수차 발전기 일체형으로 설치 및 보수가 용이합니다.

수차의 결정

구분	Kaplan	Francis	Pelton	Cross Flow	Submersible
낙차범위	2~30m	2~300m	100~800m	10~150m	3~20m
유량범위	1~60㎥/sec	0.3~20㎥/sec	0.03~10㎥/sec	0.3~8㎥/sec	0.8~12㎥/sec
축방향	수직형/수평형	수직형/수평형	수직형/수평형	수평형	수직형

Hydro-ekids란?

5~200kW의 넓은 출력 범위

3개의 표준 프로펠러 터빈과 2~15m의 유효 낙차를 갖추고 있습니다.

다양한 유형의 사이트에 대한
유연한 적용

더 큰 배출을 위해 병력 배열을 하고, 더 높은 효과적인 헤드를 위해 계단식 배열을 합니다.

작고 컴팩트한 패키지

운송 및 취급을 용이하게 하기 위해

건설 비용 절감

터빈 물 통로에 직선 파이프 형태를 채택하여 건설 작업을 간소화했습니다.

기초용 콘크리트 부피 감소

터빈 구조물에 발전기를 장착하여 달성됩니다.

주요 부품

런너 & 가이드 베인

최적의 터빈 설계는 러너 블레이드 개수, 조정 가능한 러너 블레이드 및 가이드 베인의 개방 정도를 조합하여 이루어지며, 이는 낙차, 유량, 공동 현상 등 현장 조건에 따라 조정됩니다. 런너 블레이드와 가이드 베인은 스테인리스강 주물로 제작됩니다.

터빈 베어링

베어링 시스템은 축 방향 추력과 반경 방향 하중을 견디는 테이퍼 롤러 타입과 반경 방향 하중을 위한 원통형 롤러 타입을 결합한 것입니다.베어링은 VG-46 또는 이에 상응하는 유압 오일로 윤활됩니다.

샤프트 씰

샤프트 씰은 기계식 타입으로, 물로 자가 윤활됩니다. 재료는 세라믹 또는 탄소로 제작됩니다.

발전기

최적 선택은 발전기가 그리드에 연결되는지 또는 독립적으로 운전되는지에 따라 유도 발전기와 동기 발전기 사이에서 이루어집니다. 베어링은 표준 롤러 타입이며 그리스로 윤활됩니다.

터빈 샤프트

터빈 샤프트는 스테인리스 강으로 제작됩니다. 터빈 샤프트는 진동 해석(FEM)과 정적 강도 해석을 통해 설계되어 대형 용량 터빈과 동일하게 비상 회전 속도에 견딜 수 있도록 설계되었습니다.

배치도

병렬 배열

이 배치는 물의 방출량이 단일 유닛의 용량을 초과할 때 병렬로 설치된 여러 유닛을 사용합니다.
유입되는 유량에 따라 각 유닛을 개별적으로 시작하거나 정지시킬 수 있습니다.

캐스케이드 배열

캐스케이드 배열은 사용 가능한 수두가 단일 장치의 최대 수두를 초과할 때 여러 장치를 직렬로 설치하는 방식입니다.
직렬로 배열된 각 장치는 수두를 고르게 나누어 가집니다.

인허가 필요성

최소한의
안정성 확인
인허가 검사

- 계기교정
- 경보회로 시험
- 보호계전기 시험
- 안전밸브 시험
- 열교환기 시험

자주적
안전관리

발전소의
건전성 확보

전력계통
안전성 확보

인허가의 의미

구분	인가	허가	신고
용어설명	제3자의 법률행위를 보충하여 그 법률상 효력을 완성시켜 주는 행정행위	법령에 의하여 일반적으로 금지되어 있는 행위를 특정의 경우에 특정인에 대하여 해제하는 행정처분	법령의 규정에 따라 행정관청에 일정한 사실을 진술,보고함
의미	당국의 인가없이 영업, 계약등을 하게 되면 해당 영업이나 계약제차가 무효가 됨.	당국의 인가없이 영업, 계약등을 하게 되면 해당 영업이나 계약자체는 유효하나 벌금등의 형벌을 받는다. 계속 벌금 내면서 영업 지속 가능	신고는 당국에 영업한다고 신고만 하고 영업하면 됨. 허가, 인가와 같이 증명서를 받지 않고도 영업할 수 있음
예시	공사계획 인가(1만 kW이상)	전기사업허가, 건축허가, 하천수 사용허가	공사계획신고(1만kW 미만)발전사업 개시 신고

소수력 인허가 사항

구분	추진시기	인.허가	관련법령	유관기관
착공전		전기사업허가	전기사업법 7조 동법 시행규칙 4조	지경부(3MW초과) 지자체(3MW이하)
		하천점용(공장물설치)허가	하천법 33조 1항	국토 관리청
		하천점용(유수사용)허가	하천법 50조	홍수 통제소
		건축허가/신고	건축법 8조	지자체(군청)
		감리원 배치 신고	전력기술관리법 12조의 2	전력기술인협회
		공사계획 인가 공사계획 신고	전기사업법 61조 동법시행규칙 29조	지경부(10MW초과) 지경부(10MW이하)
		소방착공시공 신고 소방감리 신고	소방시설공사업법 13조	소방서
착 공 . 상 업 발 전 개 시	계통 병입 6개월전	배전용전기설비 이용 신청	배전용전기설비 이용규정	한전지점
	계통 병입 6개월전	발전기 등록신청, 가압일정 제출, 전력설비 변경예정서 기술적 특정자료 제출	전력시장운영규칙 122조, 5.8.5조, 별표 15, 별표 21	전력거래소
	사용전 검사 신청전 (2개월전)	전기안전관리사 선임 신고	전기사업법 73조 동법시행규칙 40조	전력기술인협회
	사용전 검사 2개월전	사용전검사신청(수압관로)	전기사업법 73조 동법시행규칙 40조	한국전기안전공사
		사용전검사신청(송수반전)
		사용전검사신청(발전설비)
	최초가압(계통병입)1개월전	계통병입(최초가압)승인요청	전력시장운영규칙 별표15"기기번호 부여절차 7.3.2"	전력거래소
	계통병입 1개월전	병렬운전 조작합의서 합의	계통연개운전지침 7.2	한전지점
	계량기 봉인일 최소 30일전	계량기 봉인 신청	전력거래소 발전기 등록 업무 처리절차	전력거래소
	거래 10일전	계량설비 설치	전력시장 운영규칙 별표7	전력거래소
상 업 발 전 개 시 후	사용전 검사 합격 후	발전사업 개시 신고	전기사업법 9조 동업시행규칙 8조	지자체(도청)
	사용전 검사 합격 후	발전사업 개시 통보	시장운영규칙 5.8.5	전력거래소
	사용전 검사 합격 후	발전차액 신청	신재생에너지 발전차액 지원제도 운영규정 3조	에너지관리공단
	준공후	감리결과 보고	전력기술관리법 12조 동법시행규칙 21조	전력기술인협회
	준공후	소방관공 검사	소방시설공사업법 14조	소방서

하천

개요

강이나 하천의 물줄기를 보로 막아 물의 흐름을 막고, 보의 상부 수위와 보의 하부 수위 간의 낙차를 활용하여 전기를 생산합니다.

특징

- 하천의 낙차 및 유량에 따라 다양한 형태의 수차발전기가 활용됩니다.
- 완만한 흐름의 저낙차,대유량인 경우에는 카플란 수차가, 고낙차.저유량인 경유에는 펠톤 수차가, 그리고 중낙차, 중유량 경우에는
프란시스 수차 및 크로스플로우 수차가 활용됩니다.

활용분야 및 적용사례

- 4대강사업 16개공구의 소수력발전소 : 전 공구 카플란 수차
- 산청양수 발전소 내 소수력 발전소 : 크로스플로우 수차

하수처리장

개요

공장폐수 및 생활 용수의 처리 후, 하천으로 방류하는 처리수의 낙차를 이용하여 전기를 생산합니다.
국내 하수처리장은 약 500여 개소가 운영되고 있으며, 이 중 소수력발전으로 활용이 가능한 하수처리장은 약 60여 개소로 개발의 여지가 큰 편입니다.

특징

- 낙차가 낮은 경우가 일반적이므로 발전용량은 크지 않으나, 년간 매일 가동이 가능하므로 수익성 측면에서는 양호합니다.
- 낙차 및 유량 변동이 적은 관계로 수중형 수차(Submersible Turbine Generator)가 일반적으로 사용됩니다.

활용분야 및 적용사례

- 아산, 천안, 진해, 울산, 대구, 석수 등 지자체 운영 하수종말처리장
- 파주 LCD 폐수종말처리장(예정), 청주시 하수종말처리장(예정)

해수

개요

화력발전소로부터 방출되는 냉각수를 이용하여 전기를 생산합니다.

특징

- 냉각수로 해수를 상용하기 위해 해변에 설치되어 있는 화력발전소가 많은 관례로, 일반적으로 해수의 낙차를 이용하여 전기를 생산합니다.
- 최대 낙차가 10m이내이며, 조수 간만의 차로 인해 낙차 변동이 심합니다.
- 주로 저낙차, 고유량에 활용되는 카플란 수차가 이용됩니다.

활용분야 및 적용사례

- 당진 화력 소수력발전소
- 보령 화력 소수력발전소
- 영흥 화력 소수력발전소
- 삼척 화력 소수력발전소
- 태안 화력 소수력발전소
- GS동해 화력 소수력발전소

조류

개요

바닷물의 흐름을 이용하여 수차를 회전시켜 전기를 생산하며, 특히 육지와 섬, 섬과 섬 사이의 조류의 흐름이 빨라지는 곳이 적당합니다. 낙차를 이용하지 아니하고 조류의 흐름만을 이용하여 전기를 생산합니다.

특징

- 일반 수력에 사용되는 수차보다는 별도로 고안된 수차를 활용합니다.
- 조류의 흐름만을 활용하므로 수차는 풍력과 유사한 형태가 됩니다.
- 장기적인 안정 운전을 위해서는 이물질 제거 대책 등이 고려되어야 합니다.

활용분야 및 적용사례

- 울돌목 조류 발전소
- 대방수로(계획중)

조력

개요

조수간만의 차이가 크고 내륙 깊숙이 해수가 밀려들어오는 곳이 좁은 입구에 수차를 설치하여, 밀물 또는 썰물 시에 해수의 이동에너지를 활용하여 전기를 생산합니다.

특징

- 밀물 시 전기를 생산하는 방식과 썰물 시 전기를 생산하는 방식이 있습니다.
- 갯벌 생태계 파괴 등에 대한 환경대책이 필요합니다.

활용분야 및 적용사례

- 시화조력발전소(2011년)
- 가로림만 조력발전소(계획중)
- 인천조력발전소(계획중)
- 강화조력발전소(계획중)

저수지

개요

농업용 저수지의 농업용수 공급 시, 압류되는 물을 활용하여 전기를 생산하는 방식입니다. 전국에 산재한 농업용 저수지는 18,034개소에 이르며, 이 중 소수력개발이 가능한 15㎢ 이상인 저수지는 180개 지점에 달합니다.

특징

- 농업용수 공급시기에 맞추어 발전하게 되므로, 1년에 약 3개월 정도만 전기 생산이 가능합니다.
- 다른 경우와 비교하여 수익성이 낮으므로, 가격이 저렴한 프로펠러 타입 수차가 활용됩니다.

활용분야 및 적용사례

- 장성댐 소수력발전소
- 무주 소수력발전소
- 정읍 소수력발전소
- 임하 소수력발전소
- 나주 소수력발전소