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3 발간사 세계각국은중국등이머징마켓의성장으로에너지소비급증에따른온실가스감축과대체에너지개발을위해신재생에너지기술개발투자를확대하고있습니다. 수력에너지는지형이나기후등자연적인조건과조화를이루며햇빛, 바람과함께지구가태고적부터가지고있는잠재성이무한한에너지입니다. 우리나라는산과계곡이많은지역적특성으로댐이나소하천을활용한소수력발전은활용가치가높은것으로평가받고있습니다. 최근에정부의신재생에너지보급정책에따른지역에너지보급사업, 신재생에너지의무공급제도 (RPS) 등의도입으로소수력발전개발의필요성이커지고있습니다. 과학기술정책기획및 R&D평가전문연구기관인 KISTEP 은 녹색기술연구개발종합대책, 녹색기술개발과상용화전략 등녹색기술 R&D전략을수립한바있습니다. 또한 녹색기술사업실 을신설하여녹색위 국과위의녹색기술예산배분방향설정, 녹색기술정책및동향분석등의업무를수행하고있으며, 그일환으로주요녹색기술에대한동향분석리포트인 Green-tech RESEARCH 를발간하게되었습니다. 본 Green-tech RESEARCH 는주요녹색기술별로국내외기술, 정책, 산업및시장동향을분석하고이에따른국내 R&D 전략에대한시사점을제공하고자합니다. 보고서발간을위해 Green-tech 전략 SEMINAR 의발표및토론에참여해주시고, 그결과를원고로작성해주신송윤호박사등에게깊은감사를드립니다. 또한본분석자료가녹색기술정책및전략수립에유용한정보로활용되기를기대합니다 년 11 월 한국과학기술기획평가원원장이준승 2011 년 7 월 3

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5 녹색기술의국내외기술정책및동향을파악하여정책수립에반영하고자녹색기술동향분석리포트형식으로매월발간되고있습니다. Contents 07 소수력발전의국내외현황과활성화방안 Ⅰ. 소수력발전개요 / 7 Ⅱ. 해외소수력발전동향 / 15 Ⅲ. 국내소수력발전현황 / 18 Ⅳ. 소수력발전의현황진단 / 26 Ⅴ. 소수력발전활성화방안 / 년 7 월 5

6 6 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

7 소수력발전의국내외현황과활성화방안 Ⅰ 소수력발전개요 1. 개념및구성요소가. 개념 수력발전 (hydropower generator) 은높은위치에있는하천이나저수지의유량 (Q) 을유도하여위치에너지인낙차 (H) 를이용, 수차의회전력을발생시키고수차와직결되어있는발전기에의해서전기에너지로변환하여전력을생산하는발전방식 낙차 (H) 는상부에서하부로이용가능한최대수직거리이며, 손실로인하여감속한낙차를정격낙차 (Net Head) 라하고, 유량 (Q) 은초당지나가는물의양 ( m3 /sec) 으로수차를회전시키는물의유량이많고, 낙차가클수록발전설비용량이커지고전력량도많아짐 11개신재생에너지의한분야인수력은 1987년이전에는 소수력발전개발방안 업무처리지침에의거설비용량 3천Kw를기준으로일반수력 (hydropower) 과소수력 (small hydropower) 으로구분 2003 년에동법이개정되어설비용량 1만Kw로변경, 2005 년에신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법으로개정되어수력설비용량기준을삭제하여 물의유동에너지를변환시켜전기를생산하는설비 로양수를제외한모든수력설비를일원화하여신재생에너지로분류하고있음 소수력부분의연구개발및보급대상은주로발전설비용량 1만Kw 이하를대상으로하고있으며, 발전차액지원제도는소수력발전설비용량 5천Kw 이하만지원하고있음 2011 년 11 월 7

8 나. 구성요소 수력발전시스템구성은하천이나수로에댐이나보를설치하고발전소까지물을유동하는수압관로, 물이떨어지는낙차로전기를생산하는수차발전기, 생산된전기를공급하기위한송 변전설비, 출력제어를위한감시제어설비, 유수를차단하기위한밸브설비로구성 [ 그림 1] 수력발전시스템구성도 2. 수력의분류 가. 출력규모에의한분류 발전설비용량의출력규모에따라수력을분류하고있음 < 표 1> 출력규모에의한분류규 모 설비용량기준 대수력 (large hydropower) 100,000Kw 이상 중수력 (medium hydropower) 10,000Kw 100,000Kw 소수력 (small hydropower) 1,000Kw 10,000Kw 미니수력 (mini hydropower) 100Kw 1,000Kw 마이크로수력 (micro hydropower) 5Kw~100Kw 피코수력 (pico hydropower) 5Kw 이하 8 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

9 소수력발전의국내외현황과활성화방안 나. 시설물의이용에의한분류 시설물의이용여부에따라일반하천을이용한분류와기존시설물을이용한수력으로분류하고있음 < 표 2> 시설물의이용에의한분류 분류 종 류 하천의이용 기존시설물의이용 댐식 (storage type) 수로식 (run of river type) 댐수로식 터널식 (tunnel type) 하수처리장의방류수이용 상수도의수도관로이용 농업용수로및저수지의농업용수의이용 농업용보의이용 다목적댐의여수로와조정지의이용 양수발전소의하부댐이용 3. 수력발전의특징가. 청정에너지 (clean energy) 수력발전은이산화탄소 (CO2) 배출량이가장적어범세계적인환경규제에대비하는친환경청정에너지로지구온난화방지에공헌 수력발전은발전중에질소산화물 (NOx), 유황산화물 (SOx) 을배출하지않을뿐만아니라이산화탄소배출량도석유나석탄등의다른에너지원에비해매우적음 < 표 3> 1Kwh당 CO 2 배출량 구 분 1Kwh당 CO 2 배출량 [g-co 2/Kwh] 석탄화력 석유화력 LNG화력 LNG 원자력 28.4 태양광 53.4 풍력 29.5 지열 15.0 수력 11.3 자료 : 일본 NEDO, Micro 수력발전도입 Guide Book(2003) 2011 년 11 월 9

10 나. 순국산에너지 수력은지형이나기후등자연적인조건과조화를이루며국내부존잠재량이많아보급효과가큰분야로에너지밀도가높아타에너지원에비해꾸준한발전공급이가능한반영구적인에너지자원으로에너지안전측면에서우수다. 전력공급량조정기능 수력발전은전력을생산하는데 5분이내로짧아전력수요량의변화에가장민첩하게대응이가능한피크시간대발전이가능하여주파수조절을담당함으로써전력수요의변화에가장민첩하게대응할수있음 유입식은기저 ( 基底 ) 전력공급용으로사용하고조정지식, 저수지식, 양수식은첨두 (peak) 부하공급용으로사용라. 발전단가의장기안정성 수력발전의원가구성은자본비가대부분이라서인플레이션이나연료가격변동이거의없으므로타전원에비교하여발전단가는싸고장기적으로안정되어있음 수력이발전하고있는시간에는수력에서생산된전력량만큼비싼화력발전소가가동되지않기때문에전력가격이하락하는현상이발생 유가폭등으로화력발전의발전원가가상승하고있는가운데수력발전이유가변동에따른영향을받지않아전력요금의안정화에기여마. 높은에너지변환효율 열효율이최고 40 50% 정도인화력발전에비교하여수력발전은수차 발전효율이 80 90% 정도로약 2배가될만큼에너지변환효율이높음바. 지역에너지공급 수력발전소는외딴지역에위치하기때문에전력계통운용상지역의에너지수요에대처하는분산전원으로서의기능을할수있으며, 자연재해등에따른광역정전발생시필요최소전원으로전력공급이가능 10 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

11 소수력발전의국내외현황과활성화방안 사. 사회교육기회의제공 청정에너지인수력발전을개발하여지역주민이나아이들에게에너지 환경에관한교육의장을제공할수있고, 일상적인에너지활동이나신재생에너지의보급촉진을통해지역주민에게홍보및계도활동아. 지역발전에공헌 수력발전을위한저수댐은치수, 관개용수, 상수도, 공업용수등으로사용이가능한지역사회의기반시설로지역주민에게고품격문화관광장소를제공하고문화적행사등각종행사의장소를제공할수있어지역사회에친수공간을통한여가활동에기여 4. 소수력발전시스템기술가. 수차 수차란물이가진위치에너지를기계적에너지로전환하는기계 수차는회전력을발생시키는회전차 (runner) 를말하나, 일반적으로회전차와회전차를둘러싼케이싱 (casing) 과그내부에장치된부속기기들을일괄하여말함 수차의종류는에너지발생면에서대별하면충동수차 ( 衝動水車 ) 와반동수차 ( 反動水車 ) 로구분 충동수차 (impulse turbine) 는유수의속도수두를이용하고, 반동수차 (reaction turbine) 는압력수두를이용 충동수차는펠턴 (Pelton) 수차, 횡류 (Clos-flow) 수차, 터고 (Turgo) 수차등이있고, 반동수차는프란시스 (Francis) 수차, 프로펠러 (Propeller) 수차, 카플란 (Kaplan) 수차, 튜브라 (Tubular) 수차, 벌브 (Bulb) 수차, 사류수차, 펌프수차등이있음 2011 년 11 월 11

12 펠턴수차 프란시스수차 프로펠러수차 벌브수차 펌프수차 [ 그림 2] 수차의종류 소수력발전개발지점, 지형에따라낙차나유량이다르기때문에다양한형식의수차적용이필요하며수력개발지점에맞는효율이높은수차형식선정이필요 잘못된수차를선정할경우수차의효율이저하되고, 진동이나소음이커지고수명이단축 12 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

13 소수력발전의국내외현황과활성화방안 나. 발전기 소수력발전에사용되는발전기는유도발전기와동기발전기가있음 설비용량 3천Kw 이하인소수력은구조가간단하고별도의제어장치를필요로하지않는유도발전기를많이선정 설비용량 3천Kw 이상인소수력발전소의경우한전의계통운영및전압강하기준에문제가없도록부수적인운전제어설비인자동전압조정장치및동기투입장치가필요한동기발전기를선정다. 친환경적인자원조사및활용기술 친환경적으로개발가능한미활용소수력에너지개발을위하여발전가능량평가, 주변입지환경조사, 전력계통연계성및기존시설물을이용한소수력개발지점조사등제반자원조사및이에따른활용기술라. 수차발전설비의국산화및표준화기술 수차발전설비는소수력발전소의핵심설비로서발전소건설비의 30% 정도를차지하여투자비중이크고, 준공후에도지속적으로운영관리하여야하는가장중요한설비 수차의형식별, 비속도별표준화및유도발전기와동기발전기의표준화설계기술을통하여저렴하고신뢰성있는소수력발전설비를제작, 보급하기위한기술마. 계통보호및자동화기술 소수력발전은전력계통에연계운전되는다른에너지원과동일하게계통연계에관련된전력계통보호의국내 외표준및기술기준을준수해야함 소수력발전소에적용된정보통신기술 (ICT 기술 ) 은발전소의원격감시, 운전성능종합관리기능을구비하여설치및운영, 유지보수비용의최소화를목표로하고있음 효과적이고경제적인운영을위해도입되는발전소자동제어기술, HMI(Human Machine Interface) 기술 운전방식의다양화및운전신뢰성을높이기위해적용되는디지털화기술은기확보하고있는기술들이며이를구현하는수단인 PLC(Program Logic Controller) 등제어기기부분도국산화되어보다콤팩트한시스템기술임 2011 년 11 월 13

14 자동화및무인화기술은소수력발전소를안전하게운영하기위하여수차발전기와변압기, 차단기등의송 변전설비, 출입자감시, 원격감시제어설비등발전설비운영상태를점검하고고장에대한신속한조치와복구를스스로판단하고결정할수있는체계적이고과학적인실시간상태감시및원격감시제어시스템기술임바. 수차발전설비성능평가기술및현대화기술 성능평가기술은발전설비별주요성능항목, 수차발전기효율평가및전력품질평가를위한기준수립으로선진국과상호인증제도를실시할수있도록국제규격의성능평가표준화를기하도록하며, 이를기반으로성능시험센터를구축운영할수있는기법을말함 수차발전설비는설계및제작기술등이제작업체마다다양하여품질이나성능보증에대한객관적검증이필요하여이에대한체계적인기술기준과평가기법확립이필요함 소수력발전설비제작, 준공시험및운영중 ( 대점검, 정밀분해점검 ) 에필요한설비의정밀진단을통해취득자료를분석하고개선방안을제시함으로서설비신뢰성을유지함 현대화기술은설비노후화에따라성능이떨어진기존설비를새로운설비로개 대체하여발전소의성능을향상시키고가치를최대화하는기술임 발전소가건설운영된이후, 준공당시와는상당한차이가발생하므로발전설비진단기법및평가기술을활용하여보다체계적이고과학적인방법으로노후설비의열화경향을조사하고어느시설의어느개소를수리할것인가를예측하여계획적인보수 (maintenance service) 를하는기술로발전설비를최적으로운용함으로써생산성을높이는기술임 14 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

15 소수력발전의국내외현황과활성화방안 Ⅱ 해외소수력발전동향 1. 시장및산업현황 선진국에서는소수력개발의사회 경제적중요성을인식하고수문학적자료등기초통계자료의확보와기술개발및보급에힘을기울여에너지원으로서뿐만아니라주요에너지산업으로자리를잡아가고있음 소수력개발을위한자원의타당성평가기법, 발전소의최적설계기법, 수차발전시스템의간소화및표준화, 자동제어시스템의개발및최적운용기법개발등을통하여국가차원에서기술을개발하여소수력발전소가전세계적으로매우광범위하게가동중임 아시아권에서는중국이 38,500Mw, 일본이 1,700Mw 유럽의경우독일 1,600Mw, 프랑스 1,956Mw, 이태리 2,233Mw, 스웨덴 935Mw, 스페인 1,618Mw, 노르웨이 806Mw 등으로매우많은소수력발전소가건설, 운영되고있음 선진국의소수력발전소 1개소당평균발전설비용량이약 1,000Kw이나, 우리나라의경우에는약 1,400Kw로상대적으로큼 소수력발전소의발전용량이증가할수록경제성이향상되므로외국의경우에는저낙차소용량이면서대용량에비하여경제성면에서뒤떨어지지않는저낙차용수차를개발, 보급하여경제성을향상시키고있음 독일의경우는소수력발전소 1개소당평균발전설비용량은 58Kw 로이용가능한소수력자원을적극적으로개발하여운용하고있음 < 표 4> 국가별소수력발전보급현황 국명 용량 (Mw) 국명 용량 (Mw) 국명 용량 (Mw) 아르헨티나오스트리아브라질캐나다중국체코핀란드프랑스독일인도인도네시아 ,056 38, ,956 1,600 1, 이태리일본한국노르웨이파키스탄페루루마니아스페인스웨덴터키미국 2,233 1, , ,420 벨기에룩셈부르크포르투갈영국그리스아일랜드말레이시아볼리비아베트남콩고스리랑카 자료 : 신재생에너지 R&D 전략 2030(2007) 2011 년 11 월 15

16 2. 기술개발현황 선진국의경우 1970 년대에두차례의석유파동이후정부가소수력기술개발에집중적으로투자하여 1990년초에낙차와유량에따른표준범위에적합한수차를형식별로표준화하고, 대량생산에의한수차건설비용을절감하여경제성을향상시켰으며가능한자원개발을강력하게지원 2000년대부터기후변화협약에따른환경문제와신재생에너지이용의중요성이강조되면서청정에너지인소수력을개발하는국가들이증가되었고, 국가별활성화정책을통해수차발전기의표준화기술향상과시스템운용자동화기술개발로경제성이확보되어보급이확대되어가는추세 소수력발전은다른신재생에너지에비해개발역사가오래되었으며, 가동실적도많고축적된기술력도높은편임. 소수력발전은신재생에너지원중에서에너지변환효율이가장높으나, 지속적인기술개발을통해발전효율이 3% 정도높아질것으로전망되고있음 유럽 : 발전설비, 시스템감시및성능평가우세 일본 : 수차설계, 제작, 시스템감시및성능평가우세 미국 : 다양한수차개발 3. 정책및제도현황 세계각국은소수력보급확대정책을공급측면과수요측면, 발전설비용량과발전량을고려한다양한제도를도입시행 가장보편적으로시행되고있는시장확대정책의수단으로많은국가에서시행중인기준가격의무구매제 (FIT) 는소수력의기술개발을촉진하고, 투자자의관심을유도하여지난수년간독일과스페인, 덴마크에서소수력보급확대에크게기여 신재생에너지의무할당제 (RPS) 는미국과캐나다, 인도를중심으로확산되고있음 유럽연합 (EU) 은재생에너지개발보급활성화정책의일환으로소수력발전개발장려책을실시하고있지만, 실제소수력개발에는규제나환경측면의장애요인들이남아있음 유럽연합의수질보존에관한기본법령과재생에너지이용확대에관한법령의상충으로인해개발에어려움을겪고있어소수력발전설비용량의증가는미미함 16 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

17 소수력발전의국내외현황과활성화방안 중국은소수력보급율이세계최고이지만, 지속적으로소수력발전소를개발하고있음. 이는풍부한자원량을이용하되, 대용량보다는소용량의발전소라도설치가능한곳이라면어디든지설치할수있도록법적, 제도적장치를마련하고있음 일본은 NEDO 를중심으로에너지안전측면과환경측면에서우수한특징을가지고있는소수력개발을활발하게추진하면서친환경적인개발에중점을두고있음 개발지점의경제성확보와개발가능지점을확대해가기위해비용요인을고려한전략적기술개발을진행 소규모수력개발을위한경제성확보를위해발전설비의간소화, 표준화, 유지보수간소화등을위한기술개발 개량형런너와가변속수차발전기를개발하여발전효율향상을통해 Kw당경제성을확보하고미활용된자원을지속적으로개발하여발전설비용량에구애받지않고청정에너지개발이가능한범위에서마이크로급 (100Kw이하 ) 및피코급 (5Kw 이하 ) 소수력을개발하고있음 2011 년 11 월 17

18 Ⅲ 국내소수력발전현황 1. 시장현황 소수력발전소현황은 2010년말기준 68개소, 설비용량 95,220Kw이며 2010년도소수력연간발전량은 339백만Kwh 의전력을생산 한국전력공사및발전회사 13개소, 민간발전사업자 18개소, 한국수자원공사 19개소, 한국농어촌공사 11개소, 지자체 7개소 ( 하수종말처리장 5개소, 정수장 1개소, 하천 1개소 ) 가운영중에있음 소수력발전소의평균설비용량은 1,400Kw 으로 1990 년이전의평균설비용량인 1,648Kw 보다작은소수력을개발하고있음 < 표 5> 소수력발전소현황 구 분 설비용량 (Kw) 점유율 (%) 68개소 95, 한전및발전회사 (13개소) 33, 민간발전사업자 (18개소) 30, 한국수자원공사 (19개소) 18, 한국농어촌공사 (11개소) 10, 지자체 (7개소 ) 2, 년도이전에건설된소수력발전소는민간발전사업자가다수를차지하였으나, 2001년도이후지역에너지보급사업과발전차액지원제도가시행된이후개발된소수력은대부분지자체및정부투자기관등공공기관이건설 ( 경기도연천군소재의고문소수력발전소는유일하게민간발전사업자가개발 ) 소수력의발전차액지원금은약220 억원이지원됨. 전체신재생에너지발전량중에서소수력발전량이차지하는비중은 05년 19% 에서 10년 7% 로점진적으로감소하고있음 소수력발전량점유률이감소한이유는매립발생가스재이용시설 (LFG), 풍력, 태양광등타신재생에너지원의보급확대에따른것으로분석됨 소수력발전량은 10년도신재생에너지발전량의 7% 를점유하고있으나, 발전차액지원금은 1.2% 에불과 18 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

19 소수력발전의국내외현황과활성화방안 < 표 6> 소수력발전거래량현황 신재생에너지 소수력 ( 발전량 :Mwh, 금액 : 백만원 ) 구분계 ʼ05 년이전 ʼ06 년 ʼ07 년 ʼ08 년 ʼ09 년 ʼ10 년 발전량 14,691,568 2,553,773 1,025,824 1,655,836 1,926,486 2,641,208 4,888,441 거래대금 1,402, ,390 83, , , , ,390 기반기금 771,225 20,734 9,962 26, , , ,800 발전량 1,572, , , , , , ,987 거래대금 133,643 24,739 11,606 15,728 22,434 20,060 39,077 기반기금 22,045 11, ,105 2,213 3,996 발전차액지원비율 2.86% 53.09% 6.64% 7.75% 1.76% 0.84% 1.20% 자료 : 소수력설비용량 5 천 Kw 이하만지원 2. 산업현황 국내수력발전산업은다목적댐개발에따른대형발전소위주로개발되었으나, 입지조건이유리한개발지점이적고또남아있는지점도소규모일뿐만아니라환경보호문제로대형수력개발은점차어려워지고있음 최근에는유가상승과기후변화협약등에따른신재생에너지개발이적극장려되어소수력개발이활발하게추진되고있으나, 국내시장이협소하여관련기업의참여가저조함 국내소수력에너지는부존잠재량에비해개발량은부진한실정이며, 특히환경친화적인청정에너지로서수도관로, 화력발전소온배수, 농업용저수지, 하수종말처리장등에도소수력을개발할수있으므로적용범위가급격히확대되고있음 최근에는 RPS 제도도입으로소수력발전사업의경제성이높아개발욕구가증대되고있음 3. 기술개발현황 소수력발전기술개발은제1차석유파동이후에너지개발의필요성을절감한정부에의해추진 1974년 소수력개발입지및자원조사연구 1975년 시범소수력발전소의연구조사설계 2011 년 11 월 19

20 소수력에대한관심은 1978년제2차석유파동이후더욱고조되면서 1982년 소수력발전개발방안 을마련하여민간자본에의한소수력발전소건설을장려하고, 이와병행하여소수력개발에수반되는기술적인사항에관한연구를지원 1987년부터 대체에너지개발촉진법 에의거정부주도로소수력기술개발에관한연구를지원하여주로자원조사, 수차개발, 운용기술등의설계기술을확보하고실증연구를추진 1988년부터 2010년까지소수력분야지원내역은총 14개과제에 71억원을지원하여 1년에 1~2개과제로신재생에너지분야전체예산 (12,007 억원 ) 의 0.8% 에불과 가. 국내기술의상용화율 (1) 수차 수차부분은수차본체, 입구밸브, 유압장치, 소내배수장치, 운전제어장치등으로구성 국내에서운영중인수차는대수력의경우거의대부분이외산인반면, 소수력은정부의기술개발지원에따라 1986 년에가동된임기소수력부터국산수차가채용되어최근에건설되고있는소수력은국내에서제작한수차를사용 수차의일부형식은중소업체에서설계기술과제작기술의국산화및실증이완료되어보급하고있으며, 국내자본력과기술력이축적되어있는대기업에서발전설비를국산화하기위한기술개발에착수 수차및관련요소부품개발을위해서대양전기, ( 주 ) 일진전기, 효성에바라, 신한정공등에서외국업체와기술제휴로기술개발에참여 한국에너지기술연구원주축으로카플란수차, 튜블러수차, 프란시스수차국산화및수차실증연구를완료하여보급중 사류수차, 횡류수차, 펠톤수차등은국산화기술개발필요 수차개발은처음부터실물수차로개발하기어렵기때문에작은규모의모형수차를설계, 제작하고주로유체학적인성능실험을통하여설계특성을분석 20 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

21 소수력발전의국내외현황과활성화방안 국산수차는프로젝트별맞춤작업이요구되는협소한시장규모로인해기술인력양성에어려움이있으며, 전산유체해석도구를이용한모델테스트등체계적인기술개발과기술력부족 외국에서제작한수차와비교하여수력학적인성능은대등하지만설계및제작품질, 수차설계 ( 개도조절장치, 수밀장치, 냉각설비, 제어설비등 ) 와해석기술미흡 다양한수차형식과용량별수차개발경험부족으로수차효율이약 84% 정도로선진국에비해수차효율이낮아수차효율향상을위한지속적인기술개발이필요 선진국의경우수차형식에따라차이가있지만, 약 88%~92% 로서높은효율을보장하도록설계하고있으며, 대형수차는소형수차에비해효율이상대적으로높음 국내에설치보급된수차설치대수 159 기중국산수차는 90기가설치 운영중이며, 국산점유율은 57% 를차지하고있음 4대강살리기사업과관련한 16개보의소수력발전소는수차효율보증문제로선진국에서제작한수차를선정 4대강사업을계기로수차발전기공급업체인대양전기, 금성E&C에서는선진국업체와의기술제휴를통하여수차발전기를설치하고있음. 향후수차제작사의기술경쟁력향상으로해외시장진출을모색하고있음 < 표 7> 국내수차발전기제작회사현황 제작회사주생산품목과특징비고대양전기 소수력수차발전기제작 ( 체코 Mavel 사와기술제휴 ) 2010 년 소수력수차발전기제작 ( 주 ) 일진전기 2008년 ( 캐나다의 Dependable 사와기술제휴 ) 효성에바라 소수력수차발전기제작 2009 년 신한정공 소수력수차발전기제작 2009년레네텍 독일 Ossberger 수차발전기수입판매 HLSECO 오스트레일리아 Andritz 수차발전기수입판매 2010 년 금성 E&C 소수력수차발전기수입판매 ( 오스트레일리아 Gugler 사와기술제휴 ) ( 주 ) 두산중공업 대수력수차발전기제작 현대중공업 ( 주 ) 발전기제작 2010 년 2011 년 11 월 21

22 (2) 발전기 발전기의효율향상과표준화및콤팩트화에대한기술개발은거의이루어지지않았으나, 선박용발전기및디젤발전기등산업용발전설비의국산화개발로발전기기술은상당한기술적성과를확보하고있음 소수력발전소에주로사용되고있는유도발전기의제작기술은선진국과비슷한수준이거나높은수준에도달한상태이나, 개발지점에의한주문생산에의존하고있는중 소형발전기는기술력이낮은편임 소수력은주문에의한설계제작으로보급이활성화되지않은상황에서효율을향상시키기위한기술개발부분은상대적으로낮음 국내에서는소수력개발에따른인 허가의어려움, 정부의기준가격지원제도, 한전의송배전선로연계제한등으로인하여대부분설비용량 3,000Kw 이하로개발되고있어소수력은주로유도발전기를채용하고있음 유도발전기제작기술은베어링을제외하고는 90% 이상이국산화되어있으나, 국산발전기는외산에비해고정자권선절연과효율등이다소미흡 국내에서운영중인소수력발전기는주로유도발전기와동기발전기가사용되고있고발전기설치대수 159기중에서동기발전기는 21기이고유도발전기는 138기가운용중이며, 국산발전기는 110기가설치되어국산점유율은 69% 를차지하고있음 설치운영중인발전기의상당부분은국내기술로설계제작된것이지만표준화가되어있지않고현장의필요조건에따라설계제작되어높은효율을보장하기위한제반여건이다소미흡함나. 기술선도국과의비교 국내소수력발전시스템의기술수준은선진국에비해전반적으로뒤져있고소수력자원조사및활용기술은기술격차는작고, 핵심소재, 수차설계제작기술, 성능측정및인증시험분야는선진국과의기술격차가더크게나고있음 22 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

23 소수력발전의국내외현황과활성화방안 선진국의경우원천설계기술은물론오랜운전경험과풍부한제작, 건설경험을보유하고있으며최근에는환경적인 허가규제강화등으로다양한분야의기술개발이검토되고있음 1980년대초에건설된수력발전의수명연장, 성능개선등의구체적인경험과사례를통해데이터취합및해석, 잔여수명평가, 설비및구조물현장검사등을통한발전소개발, 운영방법, 노동력및정비계획, 위험도분석및생산포트폴리오향상전략등많은노하우를축적하고있음 선진국은전세계수력발전소시장을분할선점하고있어관련산업이번창하고지속적인기술개발과인력양성이가능한선순환구조를가지고있음다. 주요핵심기술개발 소수력발전소는 30년정도사용가능한반영구적인설비로써개발입지의선정, 발전가능량평가, 주변입지, 환경조사및전력계통연계성등사전조사가필요 이를위해서각지역의수계에산재되어있는부존자원을효율적으로이용하고, 관련산업을육성하기위하여개발지점을세밀히조사하여경제성있는입지가선정되도록국가주도의사전조사와기술지원정책필요 소수력분야의기술개발은국내부존자원의최대활용과소수력발전기술확보, 수차발전기국산화및표준화로보급활성화, 소수력발전원천기술확보를기본방향으로설정 다양한자원조건에적용할수있는친환경적인자원조사및활용기술, 발전설비의국산화및표준화기술, 계통보호및자동화기술, 수차발전설비의성능평가및현대화기술등 4개핵심분야에대해단기, 중기, 장기 3단계로나누어추진 단계별기술개발전략을수립하여핵심기술확보를위한기술개발을우선적으로추진하고, 실증연구를통해상용화보급을확대하여시장안정화를추구 2011 년 11 월 23

24 < 표 8> 각단계별기술개발목표구분 단기 중기 장기 단 계 1단계 (2012년까지 ) 2단계 (2020년까지 ) 3단계 (2030년까지 ) 개발목표 기술력상승 보급활성화 안정화 1 단계 4 개의대분야를중심으로세계적인선도기술을발굴하고국내실적에가장적합한기술로 개량하거나원천핵심기술개발 2 단계 1 단계에서개발적용된기술의실용화및실증규모연구를촉진함과더불어개량 보완된기술을 개발하여개발기술의기술경쟁력을국외로보급할수있는보급활성화추진 3 단계 단기및중기기술개발을통해국내에보급된기술의확대보급과더불어세계적으로경쟁력있는 핵심요소기술을발굴하여국가전략기술로발전시켜세계시장으로수출하는소수력안정화추구 4. 소수력개발전망 가. 소수력개발잠재량 국내보급잠재량이가장많은일반하천을이용한소수력개발은하천에친환경보를설치하여하천유지용수와관개용수등으로이용하면서청정에너지메카로개발하면지역경제활성화에기여할수있으므로경제성확보를위한적극적인개발이필요 소수력개발이가능한후보지대상은유효저수량 3백만톤에유역면적 15km2이상의농업용저수지, 2만톤 / 일이상의하수종말처리장, 시설용량 5만톤 / 일이상의정수장, 높이가 3m 이상인농업용보등미활용소규모소수력자원을이용할수있는개발지점은매우다양함 소수력발전소의규모는점차작아지고기존의발전소들보다원거리에위치하며개발비용은점차증가할것으로예상됨. 따라서주위환경과관련된새로운기술개발도입과국가적차원에서재정적지원강화및주변지역민의이해와협력필요 24 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

25 소수력발전의국내외현황과활성화방안 < 표 9> 소수력개발잠재량 구 분 지점수 개발가능량 (Kw) 에너지포텐셜 (Mwh/ 년 ) 비 고 일반하천 , ,380 친환경보 농업용저수지 ,064 92,176 농업용보 , ,137 가동보 3m 이용가정 댐의이용 20 15,800 55,363 양식장이용 129 8,442 66,558 유효낙차 6m 가정 정수장이용 70 17, ,360 유효낙차 10m 가정 하수처리장이용 59 8,385 62,437 유효낙차 5m 가정 화력발전소냉각수이용 6 24, ,785 이용율 60% 가정 계 ,997 1,502,196 자료 : 산업자원부, 환경친화적소수력자원조사및활용기술개발 (2006) 나. 최근시장동향 소수력발전은산과계곡이많은지역적특성을이용하여댐이나소하천을이용한발전방식이주종 개발주변지역의각종민원과강우량의계절별편중에따른경제성부족 ( 가동률 35%) 으로소수력개발이원활하게이루어지지않음 최근에정부의신재생에너지보급정책에따른지역에너지보급사업, 신재생에너지의무공급제도 (RPS) 와발전차액지원제도로소수력개발필요성이증대 공공기관에서민원발생우려가없는기존시설물인댐이나농업용저수지, 하수처리장, 수도용관로, 하수종말처리장, 화력발전소의냉각수등을이용한소규모수력개발이활발하게추진 한탄강유역의일반하천에농업용보를이용하여 07년 08월에상업발전을개시한경기도연천군소재의고문소수력발전소 ( 설비용량 1,500Kw, 신에너지 ( 주 )) 가가동중이며, 덕치 ( 설비용량 800Kw), 분천 ( 설비용량 1,500Kw) 등 2개소가건설중에있음 국가하천인 4대강살리기프로젝트사업과관련하여친환경보와연계한 16개소에 41기, 51Mw 소수력을건설중에있으며, 2012년초부터상업발전예정임 2011 년 11 월 25

26 Ⅳ 소수력발전의현황진단 1. 경제성부족 소수력은초기투자비의과다와민원문제로경제성이낮아계획대비설치비율은타신재생에너지에비해계속낮아지고있음 소수력의이용형태, 개발지점의여건및발전설비용량에따른건설투자비용이다르므로발전차액기준가격으로는경제성이확보되지않아계획된지점은물론미활용잠재소수력개발에어려움이발생 일반하천의경우환경피해를염려한환경단체와지역주민의인식부족, 마이크로급 (1백Kw급이하 ) 소수력자원의활용을위한제도적지원책이전무 소수력발전소의평균가동율은 35% 정도이고, 설비용량이작아져유량확보를위한토목공사와어도설치를위한개발비용증가로현재의발전차액지원제도로는경제성확보에어려움있음 * 2000년이후공공기관에서기존시설물 ( 댐, 저수지, 하수종말처리장, 수도관로, 화력발전소 ) 을이용한소수력발전소를건설하여보급 해외에너지의존도를저감시키고, 국내부존자원의활용을촉진하기위해서는경제성확보를위한발전차액기준가격의현실화가필요함 2. 투자규모의절대적부족 소수력은 1987년부터기술개발을시작하였으나, 1990년대저유가시대를거치면서기술개발에대한관심과투자가저조하여경제성확보를위한상용화에어려움발생 일부수차발전기의국산화성과도있었으나, 타에너지원에비해적은예산으로분산지원함으로써초기시장형성에실패 발전사업자가소수력발전소건설에투자하여운영하기에는경제성이없는에너지라는부정적인식이팽배 산 학 연기술개발, 실증연구지원, 발전사업자에대한설치비융자, 지자체지원사업, 발전차액지원제도등을확대해왔으나, 발전사업자의소수력개발동기부여가부족함 26 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

27 소수력발전의국내외현황과활성화방안 3. 국내산업기반의취약 소수력은국내시장이협소하고산업기반이취약하여연구인력, 연구기반등인프라가열악하여기술개발및대량생산에의한저가화에어려움이있음 발전기, 제어장치, 전력변환장치등보다전문적인기업에의한요소기기의최적성능구현및가격저하가필요 강우량이홍수기 (6월 9월) 에집중되어개발지점의기상상황에따라가동율의편차가발생하므로소수력자원잠재량에비해자연여건도선진국에비해유리하지않음 소수력개발에따른입지선정문제로개발지점이제약되어시장창출에애로 소수력은시장이협소하여발주처의시방조건인개발지점의유량및낙차에따라수차 ( 허브, 날개 ) 의설계조건에의한주문제작으로표준화가되어있지않음 소수력의기술수준및국산화율은선진국의 80% 수준 소수력설비의핵심이되는수차설계기술은 65% 수준이며, 특히주요시스템기술, 수차효율은선진국에비해서약 6% 정도낮음 소수력발전설비는설계기술및제작기술의국산화가일부완료되어상용화되고있으나, 국내의자본과기술력이있는대기업에서소수력발전시스템을국산화하여국제경쟁력을갖출수있는시장활성화정책이미흡함 4. 인 허가에따른갈등가. 사업추진을위한인 허가절차복잡 소수력개발을위한인 허가절차는하천법에의한하천점용허가, 전기사업법에의한전기사업허가와개발을위한도시계획시설결정, 개발행위허가, 건축허가등지자체허가행위가있음 소수력개발지점에따라사업추진을위한각각해당되는개별법에의거인 허가를진행함에따라절차가복잡하고시간이많이소요되며, 이해관계자와의협의또는지역주민의동의과정에서과도한민원요구로사업추진이보류또는중단 2011 년 11 월 27

28 나. 소수력개발갈등사례 수자원과관련된갈등은물의이용 개발 보전을둘러싼갈등과하천, 저수지및지하수와같은자연공물을대상으로하는갈등이있음 소수력개발에따른갈등유형은이수측면, 치수측면, 환경측면에서의갈등 이수측면갈등 : 수리권 (water right) 문제로갈등이발생하며, 특히유역변경식으로개발할경우하류지역에극심한유량감소및하천의건천화초래가능성이있어갈등발생 치수측면갈등 : 소수력댐으로인한홍수피해의가중으로인한갈등발생 환경측면갈등 : 수질오염, 생태계파괴, 기상및기후변화로인한갈등발생 < 표 10> 소수력개발갈등사례 갈등유형갈등요인주요갈등사례 이수측면 치수측면 환경측면 수리권 홍수소통 수질오염생태계파괴기상및기후변화 홍천소수력발전소건립반대 용담댐건설에따른전북권과충청권의갈등 연천소수력발전소붕괴로인한법적소송 영월소수력댐철거논란 한석소수력의어도관련갈등 주천강수질오염과안흥소수력발전소와의상관성논란 곡성소수력개발추진중어도설치로인한경제성미흡으로철회사례 28 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

29 소수력발전의국내외현황과활성화방안 Ⅴ 소수력발전활성화방안 1. 정책방향설정 정부의전략적인소수력개발정책방향설정필요 소수력자원의적극적인개발은사장되는에너지원의개발차원뿐아니라경제 사회적으로전력수요급증시의부하평준화효과, 석유수입대체및민간주도의반영구적사업으로서환경친화적인에너지원의개발과부수적으로지역개발의촉진과경제적파급효과, 관련기술의수출산업화등의효과를거둘수있음 수력발전의저변과역량확충을실질적으로뒷받침할수있도록시장창출및 R&D 등의정책적연계고리강화 제한적인시장수요의난제를극복하기위해서는잠재적인소수력을개발하는적극적인발상의전환이필요 현재국내에서는친환경보와연계한소수력개발과미활용소수력개발최적지를찾아개발하는것도하나의대안이될수있음 일반하천이나소하천의하천유지용수, 상수도의수도관로, 양어장의순환수, 하수처리장의방류수및공장의공업용수등낙차는높지않지만일정한유량을확보할수있는장소는이용률이높아경제성을확보가용이하여소수력개발이가능 소수력자원조사및활용기술의국가주도정책강화 태양광, 풍력, 수소연료전지등 3대핵심분야에정부는집중하고있지만환경친화적이고지구온난화가스를배출하지않는소수력발전은사업모델의확장, 환경파괴요인을최소화하는설계기술등기술개발을통해서시장을확대하면타에너지원과경쟁력이있음 2011 년 11 월 29

30 2. 보급기반구축 일관성있는소수력보급정책을통해안정적인투자환경조성 소수력은 30년간의반영구적인설비로써시장형성이중요하므로개발입지의선정, 발전가능량평가, 주변입지, 환경조사및전력계통연계성등의사전조사등을통해초기시장창출지원 각지역의수계에산재되어있는부존자원을세밀히조사하여경제성있는입지가선정되도록국가주도의소수력자원조사및활용기술지원 소수력개발투자지원제도강화와제도개선필요 소수력은초기투자비에비해발전차액기준가격이타신재생에너지원에비해낮게책정되어있어투자결정을위한경제성확보에어려움발생 소수력개발이경제성을확보할수있도록적정수준의투자지원제도를개선하여보다많은발전사업자가증가하는유도정책이필요 소수력부품및설비국산화를통한산업인프라확충 발전소가건설되는주변지역의실질적이고심리적피해에대한충분한보상이나유인책강구 3. 주요핵심기술개발 소수력발전핵심기술을개발하고시스템을국산화하도록정책적인지원필요 소수력개발지점의특성에적합한발전설비및발전소건물의간소화 표준화기술을개발하여건설비용을절감시켜경제성을향상시키면소수력보급량목표는희망적임 국내부존자원의최대활용과소수력발전기술확보 산학연협력네트워크구축을통해선진국수준의핵심기술확보 발전설비핵심및기반기술육성으로국제적인경쟁력확보 사업밀착형기술개발을통해기술의효용성및실용화위주의소수력발전원천기술확보 ICT 기반의원격통합운영및관리능력고도화 30 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

31 소수력발전의국내외현황과활성화방안 수차발전기국산화및표준화로보급활성화 산학연네트워크를통한신기술개발및상품화촉진으로기술개발활성화및실용성제고 국내외연구기관, 기업과의전략적제휴를통한핵심기술개발 수요지향적인맞춤형기술개발로제작기술국산화조기달성 소규모 ( 미니 / 마이크로 / 피코급 ) 수차발전설비패키지제작기술확보 표준화된수차발전설비설계및제작기술국산화 수차및발전설비성능인증센터구축 ( 효율및성능국제공인평가 ) 소수력발전설비전문교육기관구축 표준화, 고효율화제품의개발실증을통해납품실적및운영노하우확보로세계시장진입 세계수준의기술력제고를위해기존수차발전시스템의고효율화및표준화가가능하도록전략적인기술개발 4. 인 허가절차개선 인 허가절차를획기적으로간소화하기위한제도도입 (one stop service) 소수력발전사업을하기위해서는하천법, 전기사업법, 건축법, 산림법, 환경법등 10 여개의법령으로얽혀있는인 허가사항을모두해결해야하고관련부처도중앙및지자체, 정부산하기관, 협회등다원화되어있음 발전사업자가복잡한행정절차를거쳐신규로사업허가를받는데에많은시간이소요되고, 제반비용이발생하므로발전사업자들이소수력발전사업을용이하게할수있도록다양한법과제도등을통합하는관련법의절차간소화 (one stop service) 제도도입이필요함 개별법에의해진행되고있는인 허가사항에대한일괄의제처리가가능하도록행정절차를간소화하는제도개선이필요함 2011 년 11 월 31

32 5. 개발에따른분쟁해소방안 수리권분쟁에따른이해관계조정절차보완이필요 소수력개발로인해훼손될수있는자생동식물의서식지를보존하고, 서식지간단절을예방하기위한어도와생태통로 (eco-corridor) 를설치 발전소주변에자연학습의기회를부여할수있는친환경고품격문화공간을조성하며, 주변자연의특성과지역의사회, 문화, 역사적특수성이조화를이룰수있는경관을조성하고, 방문객의레크리에이션활동으로인한 2차적인자연훼손및환경오염을예방하기위한대책마련이필요 일반하천의소수력개발잠재량을에너지원으로활용하기위해서는지역여건과연계하여환경친화적으로개발하고, 공익적인차원에서운영관리가될수있도록국가또는공공기관이하천의순기능을보장하는측면에서검토되고체계적인계획에의거개발할수있는정책적대안이필요 32 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

33 소수력발전의국내외현황과활성화방안 인용문헌 [1] 제3차국가에너지기본계획, 지식경제부, [2] 日本新 Energy 産業技術綜合開發機構 (NEDO : New Energy and Industrial Technology Development Organization), Micro 水力發電導入 Guide Book, pp.5~54, [3] 박완순, 이철형 소수력발전소의경쟁력강화에의한개발활성화방안연구 산업자원부, 1999-N-SH08-P-06, pp.30 37, [4] 소수력기술연구회 신재생에너지 RD&D 전략 2030, 산업자원부, pp [5] 신재생에너지발전차액지원제도개선및 RPS 제도와연계방안, 산업자원부, 2004-N-PS04-P-04, p.128, [6] 박완순, 이철형 환경친화적소수력자원조사및활용기술개발 산업자원부, [7] 이강후, 새로운성장동력대체에너지, 북스힐, pp.333~348, [8] 2010년신 재생에너지백서, 지식경제부, 년 11 월 33

34 2010 Green-tech 리서치발간현황 차수발간일기술명내용및필자 1 호 호 호 호 호 호 호 이차전지 CCS 그린카 고효율원자력 태양전지 연료전지 고도수처리 LED 조명 친환경저에너지건축 폐기물재활용 스마트그리드 기후변화영향평가및적응 개량형경수로 바이오에너지 석탄가스화복합발전 유해성물질모니터링 친환경식물성장촉진기술 핵융합로설계및건설기술 수계수질평가및관리 지능형교통물류기술 수소제조및저장 Non-CO 2 생태공간및도시재생 기후변화예측모델링 가상현실 그린프로세스 이차전지기술개발동향및과련이슈 - 조재필교수 ( 울산과기대 ) 지속가능발전을위한 CCS 기술 - 박상도단장 (CDRS 사업단 ) 그린카관련국내외기술동향및주요이슈 - 강건용박사 ( 한국기계연구원 ) 친환경핵비확산성고속로및순환핵주기시스템 - 김영일부장 ( 한국원자력연구원 ) 태양전지산업의해외시장현황및전망 - 유권종단장 ( 한국에너지기술연구원 ) SOFC 기술분석보고서 - 이해원박사 ( 한국과학기술연구원 ) 고도수처리분야의기술, 시장및정책동향 - 이석헌박사 ( 한국과학기술연구원 ) LED조명기술관련국내외기술동향및주요이슈 - 조용훈교수 ( 카이스트 ) 저탄소녹색성장의실현을위한제로카본그린빌딩동향 - 이건호박사 ( 건기연 ) 국내유기성폐자원에너지화 - 엄태인교수 ( 한밭대 ) 한국의스마트그리드기술개발추진정책 - 엄영민팀장 ( 한국스마트그리드사업단 ) 기후변화영향평가및적응관련동향 - 김연주박사 ( 한국환경정책평가원 ) 개량형경수로개발동향 - 백세진처장 ( 한국전력기술 ( 주 )) 수송용바이오연료생산기술현황및전망 - 김용환교수 ( 광운대 ) 석탄가스화복합발전 (IGCC) 의기술동향과이슈 - 윤용승박사 ( 고등기술연구원 ) 유해물질모니터링분야기술개발현황및전망 - 구만복교수 ( 고려대 ) 식물공장자동화시스템및기술동향 - 김유호박사 ( 국립농업과학원 ) 핵융합로설계및건설기술현황및전망 - 장한수팀장 ( 국가핵융합연구소 ) 국내외수계수질평가및관리기술의현황과고찰 - 김익재박사 ( 물환경연구실 ) 지능형교통체계 (ITS) 의소개및국내외현황 - 이재준박사 ( 교통연구원 ) 수소에너지제조및저장기술동향및이슈 - 김종원박사 ( 수소에너지사업단 ) Non-CO 2 온실가스저감기술의동향및주요이슈 - 문승현박사 ( 에너지기술연구원 ) 생태공간및도시재생기술 - 오충현교수 ( 동국대 ) 기후변화예측모델기술 - 조천호과장 ( 국립기상연구소 ) 가상현실기술관련동향및이슈 - 김동현교수 ( 세종대 ) 그린프로세스기술현황및전망 - 김상용박사 ( 한국생산기술연구원 ) 34 Korea Institute of S&T Evaluation and Planning

35 소수력발전의국내외현황과활성화방안 2011 Green-tech 리서치발간현황 차수발간일기술명내용및필자 4 월 스마트그리드 고온초전도전력케이블 국내외기술개발현황과한국형스마트그리드구현방안 - 유남철 ( 한전 KDN) 국내외기술개발동향과기술개발시사점및정책제언 - 심기덕 ( 한국전기연구원 ) 5 월 해상풍력발전 국내외발전현황과해상풍력발전산업활성화방안 - 김석우 ( 한국에너지기술연구원 ) 6 월 태양광발전 태양광발전 R&D 현황분석과정책방안 - 윤재호 ( 한국에너지기술연구원 ) 천세봉, 홍정석 (kistep) 7 월 지열에너지 지열에너지활용의국내외동향과발전전략 - 송윤호 ( 한국지질자원연구원 ) 8 월 조류발전 조류발전의국내외동향과향후발전전략 - 조철희 ( 인하대 ), 천세봉 (kistep) 9 월 해양바이오에너지 해양바이오에너지의국내외동향과발전방안 - 이철균 ( 인하대 ) 2011 년 11 월 35

36 저자소개 이경배 - 수자원공사물관리센터발전사업팀장 - 전화 : leekb@kwater.or.kr

37 KISTEP Green-tech Research 발행 / 2011 년 11 월 발행인 / 이준승 발행처 / 한국과학기술기획평가원사업조정본부녹색기술사업실서울특별시서초구마방길 68( 양재동 ) 동원산업빌딩 8~12층전화 : 02) / 팩스 : 02) 본자료의내용은필자의개인적견해로 KISTEP 의공식적인의견이아닙니다.

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