강은 수천 킬로미터를 흐르며 막대한 에너지를 품고 있습니다. 이러한 자연 수력 에너지를 개발하고 활용하여 전기를 생산하는 것을 수력 발전이라고 합니다. 수력 에너지를 구성하는 두 가지 기본 요소는 유량과 수두입니다. 유량은 강의 흐름 자체에 의해 결정되며, 강의 모든 구간에 수력 터빈을 설치하는 것은 불가능하기 때문에 강물을 직접 이용할 경우 운동 에너지 이용률은 매우 낮습니다.
수리적 이용은 주로 위치 에너지를 이용하는데, 위치 에너지 이용에는 불가피하게 낙차가 발생합니다. 그러나 하천의 자연 낙차는 일반적으로 하천 흐름을 따라 점진적으로 형성되며, 비교적 짧은 구간에서는 자연 낙차가 상대적으로 작습니다. 따라서 적절한 공학적 조치를 통해 인위적으로 낙차를 증가시켜야 하는데, 이는 분산된 자연 낙차를 집중시켜 활용 가능한 수두를 형성하는 것을 의미합니다.
수력 발전의 장점
1. 수력 에너지 재생
수력 에너지는 자연적인 하천 유출수에서 발생하며, 주로 천연가스와 물의 순환으로 구성됩니다. 물의 순환 덕분에 수력 에너지는 재활용 및 재사용이 가능하므로 "재생 에너지"라고 불립니다. "재생 에너지"는 에너지 건설 분야에서 독보적인 위치를 차지합니다.
2. 수자원을 종합적으로 활용할 수 있습니다.
수력 발전은 물의 흐름에 있는 에너지만을 이용하고 물을 소비하지 않습니다. 따라서 수자원을 종합적으로 활용할 수 있으며, 발전 외에도 홍수 조절, 관개, 선박 운송, 용수 공급, 양식업, 관광 등 다양한 분야에서 동시에 혜택을 누리며 다목적 개발을 실현할 수 있습니다.
3. 수력 에너지 조절
전기 에너지는 저장할 수 없으며 생산과 소비가 동시에 이루어집니다. 반면 수력 에너지는 저수지에 저장할 수 있으며, 발전 시스템의 수요에 따라 저수지를 조성할 수 있습니다. 이 저수지는 발전 시스템의 에너지 저장소 역할을 합니다. 저수지 관리를 통해 발전 시스템의 부하 조절 능력이 향상되어 전력 공급의 신뢰성과 유연성이 증대됩니다.
4. 수력 발전의 가역성
높은 곳에서 낮은 곳으로 물을 보내는 수력 터빈은 전기를 생산하고 수력을 전기 에너지로 변환할 수 있습니다. 반대로, 낮은 곳에 있는 물은 전기 펌프를 통해 높은 곳의 저수지로 보내져 저장되는데, 이 과정에서 전기 에너지가 다시 수력 에너지로 변환됩니다. 수력 발전의 가역성을 활용하여 양수 발전소를 건설하는 것은 전력 시스템의 부하 조절 능력을 향상시키는 데 있어 독특한 역할을 합니다.
5. 장치 작동의 유연성
수력 발전 설비는 장비가 간단하고, 유연하고 안정적인 운영이 가능하며, 부하 증감에 매우 유리합니다. 사용자의 요구에 따라 신속하게 가동 및 정지할 수 있고 자동화 구현도 용이합니다. 전력 시스템의 피크 부하 저감 및 주파수 변조, 비상 예비, 부하 조정 등의 기능을 수행하는 데 가장 적합하며, 뛰어난 동적 성능 향상 효과를 통해 전력 시스템의 신뢰성을 높일 수 있습니다. 수력 발전소는 전력 시스템에서 동적 부하를 처리하는 주요 주체입니다.
6. 수력 발전의 저비용 및 고효율
수력 발전은 연료를 소비하지 않으며, 연료 채굴 및 운송에 필요한 많은 인력과 설비 투자가 필요하지 않습니다. 장비가 간단하고, 운영 인력이 적으며, 보조 전력도 적게 필요하고, 장비 수명이 길며, 운영 및 유지 보수 비용이 낮습니다. 따라서 수력 발전소의 전력 생산 비용은 화력 발전소의 1/5에서 1/8 수준으로 매우 낮습니다. 또한 수력 발전소의 에너지 이용률은 85% 이상으로 높은 반면, 화력 발전소는 약 40%에 불과합니다.
7. 이는 생태환경 개선에 도움이 된다.
수력 발전은 환경을 오염시키지 않습니다. 넓은 수면적의 저수지는 지역의 미기후와 수량의 시간적, 공간적 분포를 조절하여 주변 지역의 생태 환경 개선에 기여합니다. 반면 석탄 화력 발전소는 원탄 1톤당 약 30kg의 SO2와 30kg 이상의 미세먼지를 배출합니다. 전국 50대 대형 및 중형 석탄 화력 발전소 통계에 따르면, 90%의 발전소에서 SO2 농도가 860mg/m3를 초과하는 것으로 나타나 매우 심각한 환경 오염을 초래하고 있습니다. 환경 문제에 대한 관심이 높아지는 오늘날, 중국에서 수력 발전 건설을 가속화하고 수력 발전 비중을 높이는 것은 환경 오염 감소에 매우 중요한 의미를 지닙니다.
수력 발전의 단점
수력 발전소 건설에는 막대한 일회성 투자, 즉 대규모 토공사 및 콘크리트 공사가 필요합니다. 또한, 상당한 홍수 피해와 막대한 이주 비용 부담이 수반됩니다. 건설 기간 역시 화력 발전소 건설보다 길어 건설 자금 회전율에 영향을 미칩니다. 수자원 보존 사업 투자의 일부를 여러 수혜 부서가 분담하더라도, 수력 발전의 킬로와트시당 투자액은 화력 발전보다 훨씬 높습니다. 그러나 향후 운영 과정에서 연간 운영비 절감 효과가 매년 상쇄될 것입니다. 최대 보상 기간은 국가의 발전 수준과 에너지 정책에 따라 결정됩니다. 보상 기간이 허용치보다 짧을 경우, 수력 발전소의 설치 용량을 증설하는 것이 합리적이라고 여겨집니다.
댐 붕괴 위험 – 홍수, 자연재해, 인위적 손상, 건설 부실 등으로 인해 댐이 붕괴되면 하류 지역과 기반 시설에 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 이러한 붕괴는 전력 공급, 동식물에 영향을 미칠 뿐만 아니라 막대한 인명 피해와 재산 손실을 야기할 수 있습니다.
생태계 피해 – 대형 저수지는 댐 상류에 광범위한 홍수를 일으켜 저지대, 계곡림, 초원을 파괴하기도 합니다. 동시에 댐 주변의 수생 생태계에도 영향을 미쳐 어류, 물새, 기타 동물들에게 심각한 피해를 줍니다.
게시 시간: 2023년 4월 3일
