KR20070102644A

KR20070102644A - 친환경 하천 및 호소 수력발전용 메탄 포집수조

Info

Publication number: KR20070102644A
Application number: KR1020070098974A
Authority: KR
Inventors: 차대욱; 양준현; 김태형; 서춘석
Original assignee: 현대엔지니어링 주식회사
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2007-10-19
Also published as: KR100797559B1

Abstract

본 발명은 수력발전소의 방류구에 연결된 밀폐형 수조로서, 수력발전소를 통하여 방류되는 발전방류수를 소정시간 저류하면서 발전방류수 내에 포함된 메탄을 포집함으로써, 메탄이 제거된 발전방류수를 하류로 배출할 수 있도록 한 것이다.

본 발명을 통하여, 대기중에 방출되는 발전방류수 내 메탄을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 이로써 메탄으로 인한 온실효과 및 환경오염을 저감할 수 있을 뿐 아니라, 포집된 메탄을 에너지로 활용함으로써 에너지 확보의 효과도 얻을 수 있다.

수력발전, 메탄(methane), 포집(捕執), 수조

Description

친환경 하천 및 호소 수력발전용 메탄 포집수조{Nature friendly methane collecting water tank for river and lake waterpower plant}

수력발전은 물의 위치에너지를 이용하여 발전기를 구동하는 발전방식으로서 기본적으로 발전용수가 확보되어야 발전이 가능한 바, 댐의 건설을 통하여 인공저수지를 형성하는 방식으로 발전용수를 확보하게 된다.

이렇듯, 인공저수지를 통한 수력발전은 댐의 제체(堤體)를 통과하는 취, 배수 시설 및 수차를 설치하는 방식, 하류로 별도 유로(流露)를 형성하는 방식 등 다향한 방식이 있으나, 기본적으로 저수지에 저류된 발전용수를 저수지 외부로 배출하는 과정을 전제로 하며, 저수지내 용수를 최대한 활용하기 위하여 발전용수의 취수구가 가능한한 저수지의 하부에 위치하도록 건설된다.

도 1은 댐을 통한 수력발전의 원리를 설명한 모식도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 발전용수의 취수구(210)가 댐 제체(100)의 하부에 위치하게 되는데, 이는 저수지의 저류수를 최대한 이용하기 위한 것이며, 도시된 예에는 발전용수가 제체(100)를 통과하는 것으로 묘사되어 있으나 취수구(210)를 저수지 하부에 위치시키는 것은 발전용수가 제체(100)를 통과하지 않는 형식의 수력발전에서도 공히 적용되는 원칙으로서, 자연 또는 인공저수지의 용수를 도수터널을 통하여 타 유역으로 방류함으로써 낙차를 확보하는 유역변경식 발전이나, 심야의 잉여전기를 이용하여 하류의 물을 양수하였다가 전력수요가 큰 시간대에 발전에 사용하는 양수발전 등에도 동일하게 적용되는 것이다.

도 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 취수구(210)를 통하여 취수된 발전용수는 수차(221)를 돌려 발전기(222)를 구동하게 되고, 수차(221)를 거친 발전용수는 방류구(230)를 통하여 하류로 방류된다.

수력발전은 화석연료 사용하는 화력발전과 비교할 때 연소과정에서의 온실가스가 전혀 배출되지 않으므로 친환경적인 발전방식으로 알려져 있으나, 실제로는 저수지에 수몰(水沒)된 초목(草木) 등의 부폐과정에서 생성된 메탄(methane)이 발전방류수와 함께 배출되는 과정에서 공기중으로 방출되는 문제점이 있다.

메탄은 대표적인 온실가스로 알려져 있는 이산화탄소에 비하여 무려 20배 이상의 온실효과를 가진 물질로서, 산소가 희박한 환경에서 유기물이 미생물에 의하여 분해될 때 발생되며, 댐의 건설로 수몰된 초목 등의 유기물이 분해되는 과정에서 다량 발생한다.

이러한 메탄은 수력발전과정에서 발전용수와 함께 유입되어 수차 등의 유체기계를 통과하면서 물과 분리되어 발전방류수와 함께 대기중에 방출되는 것이다.

특히, 우리나라와 같이 강수량이 계절적으로 편중되어 저수지의 수위변화가 심한 경우, 저수지 수위의 하강에 따라 노출된 저수지 저면에 식물이 서식하게 되고, 이후 저수지 수위가 상승하게 되면 수몰되는 과정을 반복하면서 지속적으로 유기물을 공급하게 되는 바, 메탄 또한 지속적으로 발생하게 된다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 밀폐된 포집수조를 구성하되, 이 포집수조의 일단에는 수력발전소의 방류구를 연결하고 타단의 하부에는 배출구를 형성하며 상부에는 가스펌프가 연결된 흡기구를 형성함으로써, 발전방류수 내의 메탄을 포집하여 연소시키거나 재처리시설로 이송할 수 있도록 한 것이다.

또한, 포집수조 내부에 수조를 횡단하는 격벽을 설치하거나, 포집수조의 상부를 투명판으로 구성함으로써 더욱 효과적인 포집이 가능하도록 한 것이다.

본 발명의 상세한 구성 및 작용원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 2는 본 발명의 기본적인 구성을 도시한 것으로, 발전소의 방류구(230)에 포집수조(捕執水槽)(300)가 연결되어 설치되어 있음을 알 수 있다.

포집수조(300)는 상, 하, 좌, 우가 밀폐된 구조로서, 전방측 즉 상류측에 방류구(230)가 연결되고, 후방측 즉 하류측에는 배출구(320)가 형성된다.

배출구(320)는 수조의 하부에 구성하여 배출구(320)에 자유수면이 형성되지 않도록 함으로써 수조 내측 상부에 형성된 가스층이 노출되지 않도록 한다.

포집수조(300)의 상부, 즉 천장에는 흡기구(311)를 구성하고, 이 흡기구(311)에는 가스펌프(310)를 연결하여 발전방류수 내 메탄의 원활한 포집 및 이송이 가능하도록 하였다.

가스펌프(310)에는 이송관(312)이 연결되어 포집된 메탄을 별도의 처리장치 또는 처리설비로 이송하게 되는데, 대표적인 처리방법으로는 메탄을 연소시키는 방법을 들 수 있으며, 메탄의 연소과정에서는 물과 이산화탄소가 생성되는 바, 이산화탄소는 메탄에 비하여 온실효과 및 대기오염의 유발강도가 미미하므로, 온실효과 및 대기오염을 저감시킬 수 있다.

또한, 메탄의 연소과정에서 발생되는 열을 이용한 발전이나 기타 에너지원으로의 활용이 가능하다.

도 3 및 도 4는 포집수조(300) 내부에 다수의 격벽(baffle)(301)을 형성하여 발전방류수의 수조내 유동을 활성화 함으로써, 발전방류수 내 메탄의 방출을 촉진할 수 있도록 한 것으로, 동 도면에 도시된 실시예에서는 수조 바닥 및 천장으로 부터 격벽(301)이 돌출되어 있으나, 이 밖에도 측벽에서 돌출되도록 구성하거나 경사지게 구성하는 등 다양한 형태로 변형이 가능하다.

한편, 도 5 및 도 6은 포집수조(300)의 상부 일부가 투명판(302)으로 구성되어 있는 실시예로서, 투명판(302)을 투과한 태양광을 통하여 포집수조(300)내 수온을 상승시킴으로써, 포집수조(300)내 발전방류수의 기체 용해도를 저하하고, 발전방류수 내의 기체를 활성화함으로써 더욱 효과적인 포집이 가능하도록 한 것이다.

또한, 발전소에서 방류되는 발전방류수는 일반적으로 농업용수로 공급되는 바, 저수지 하부에서 취수된 저온의 발전방류수가 농업용수로 직접 공급될 시, 냉해의 우려가 있으므로, 도 5의 실시예에서와 같이 수온을 상승시킬 경우 농업용수로서의 조건 또한 간편하게 확보할 수 있게 된다.

도 1은 수력발전소 모식도

도 2는 본 발명의 일 실시예 종단도

도 3은 격벽이 형성된 본 발명의 일 실시예 종단도

도 4는 도 3의 실시예의 부분절단사시도

도 5는 투명판이 설치된 본 발명의 일 실시예 종단도

도 6은 도 5의 실시예의 분해사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

100 : 제체(堤體)

210 : 취수구

221 : 수차

222 : 발전기

230 : 방류구

300 : 포집수조

301 : 격벽

302 : 투명판

310 : 가스펌프

311 : 흡기구

312 : 이송관

320 : 배출구

Claims

밀폐된 수조로서,

일단에는 수력발전소의 방류구(230)가 연결되고;

타단의 하부에는 배출구(320)가 형성되며;

상부에는 가스펌프(310)가 연결된 흡기구(311)가 형성됨을 특징으로 하는 친환경 하천 및 호소 수력발전용 메탄 포집수조(300).
제1항에 있어서, 포집수조(300) 내부에는 수조를 횡단하는 격벽(301)이 설치됨을 특징으로 하는 친환경 하천 및 호소 수력발전용 메탄 포집수조(300).
제1항에 있어서, 포집수조(300)의 상부가 투명판(302)으로 구성됨을 특징으로 하는 친환경 하천 및 호소 수력발전용 메탄 포집수조(300).