다양한 형태의 수차 적용
[한국에너지신문] 소규모 수력의 경우 적용지를 살펴보면 다음과 같다. 먼저 하수처리장 및 물 재생센터, 정수장의 유입과 유출 위치에너지 등을 활용하는 방식들이 있으며 건물의 배출수를 낙차로 활용하는 방식의 배관설비기술과 접목하여, 연결 수로간의 낙차를 활용하는 차압 에너지 활용법이다.
이어 수문으로 형성된 낙차를 에너지로 활용하려는 수문 매입식 수차와 이송용 수로나 관로에 연결하여 용수공급이나 배출시 낙차를 활용하는 저낙차 수차, 그리고 일정이상의 제방을 활용해 물을 끌어 들이는 방식의 사이폰 수차, 관로를 이용하여 중간에 잉여된 에너지 회수를 목적으로 삽입하여 설치하는 방식인 관로형 수차가 있다. 또 낙차로 인한 유체의 흐름을 이용한 수류식 발전, 해양 및 방류수를 이용한 해양발전 등의 기술들이 접목된 수차 등의 방식이 있다.
이 같은 수차들의 적용에는 오일을 사용하지 않는 베어링, 수윤활 장치, 영구자석발전기(PMG), 차압 에너지 활용 설비, 수차와 발전기의 구동방식에 대한 개량 및 단순화 등의 새로운 개발 기술들이 사용되어지기도 한다.
이런 소규모 자원들을 활용해 에너지를 회수하는 마이크로 시장의 경우 수차 설비는 제어 및 전기 설비의 간단한 구성과 무인 자동화, 관리 근접성과 환경성이 우수하여 초기 경제성 및 개발여건이 좋은 편이다.
하지만 유지관리의 타당성도 고려하여 검토되어져야 한다고 본다. 실제 개발되어지고 설치된 대부분의 경우가 간단한 구조에 무인 형식으로 운전되어지고 있으며 장기간 사용의 수력기기 특성상 초기 비용과 설비의 보수나 장기간 사용에 의한 동력전달 및 구동설비, 부속설비의 대체 및 조달 및 보수, 교체 등의 운용하는 유지보수 방식도 검토가 필요하다.
수력 검증용 기술 개발
중·대규모 수차의 경우 실증에 앞서 실물 수차의 성능을 파악 할 수 있는 수력성능에 관한 효율, 캐비테이션, 맥동, 진동, 수류 등 수차 특성을 사전에 예측할 수 있는 시험을 수행하여 검증하는 방법이다.
수력 성능검증 시험은 IEC 60193에 의해서 보편적으로 적용되고 있으며 이를 통하여 실물 수차에 대한 신뢰성을 예측하거나 확보 할 수 있게 한다.
모델수차의 경우 기본적으로 수차의 설계는 물론 마찰을 최소화 할 있는 베어링, 수차의 정압을 측정할 수 있는 민감도 측정 장치, 러너 및 가이드 베인 등의 성능 측정과 자체 변형 양을 측정 할 수 있는 스트링게이지의 적용이 있다. 또 설비의 구동을 위한 유압장치에 이르기까지 수력의 소형 축소판으로 상사법칙에 의하여 검증하는 방법으로 고정밀 성능 검증용 정압베어링 기술을 국내 중소기업과 함께 한국기계연구원에서 국산화를 연구 개발하고 있다.
모델수차는 수력성능을 측정 할 수 있는 수력설비 검증을 위한 시험장치가 갖추어진 조건하에서 수행한다는 전제이며 2014년에 이미 한국수자원공사 연구소에 건설되어 수력성능 검증을 위한 시험이 진행되고 있다. 이에 실물 수차의 사전 수력성능 검증을 위한 선행 기술로서 모델 수차의 설계, 제작, 성능 검증 기법의 개발이 촉진 될 것으로 기대된다.
맺음말
수력 기술은 이제 단순히 성능 개선을 위한 연구에만 국한되는 것이 아니라 다양한 자원조건에 적용할 수 있는 친환경적인 자원조사 및 활용기술, 발전설비의 국산화 및 표준화, 창의적인 연구 개발과 개발된 기술의 체계화, 자동화 및 감시진단 기술, 송배전 계통 및 저장기술, 수차발전설비의 성능평가 및 현대화 기술 등을 동시에 진행해야 한다.
실제 해외의 사례에서도 배우는 것도 중요하겠지만 우리 스스로가 저낙차와 수자원의 부족을 기술적으로 극복하려는 의지와 우리의 여건과 상황에 맞는 새로운 방향을 설정하고 창의적인 실험정신으로 새로운 방법과 적용을 고려해 본다면 다양한 변화가 도출 될 것으로 보인다.
이 같은 발상으로 소규모 분산형 전원의 독창적인 모델과 스마트 그리드의 ICT 기술 활용으로 새로운 기술의 접목과 연구의 기회로 바꿀 수 있고, 다양성 있는 수력의 적용 기술 활성화, 나아가 수력의 기술을 토대로 중규모 이상의 수력 현대화와 국산화, 해양의 무한한 자원을 물 에너지로 융합함으로서 기대 이상의 시너지 효과를 얻을 수 있을 것이다.
