K10(케이 일공)조력발전소에 관한 연구

수문변경 복류 조력발전 시스템- 에너지 혁명

발명자: 문 제 경, 이 한 석

■ 목 차

․요약	1
제 1장 서론..................................................................................................................	2
1. 연구배경...................................................................................................................	2
2. 연구목적...................................................................................................................	2
3. K10조력발전소 소개................................................................................................	3
제 2장 K10조력발전소 기본계획..................................................................................	4
1. 조석현상...................................................................................................................	4
2. 조력발전방식............................................................................................................	4
제 3장 조력발전 건설 운영시 환경영향.......................................................................	8
1. 일반적으로 제기되는 문제점...................................................................................	8
2. 해외건설 운영사례를 통한 영향파악........................................................................	10
제 4장 여러 조력발전소와 K10조력발전소의 경제성과 환경영향평가 비교................	13
1. 경제성과 환경영향 평가 비교..................................................................................	13
2. 해외 주요국의 조력에너지 보급추이 및 정책동향...................................................	15
제 5장 도면의 설명과 기대효과...................................................................................	18
1. 기대효과...................................................................................................................	21
2. 도면의 설명..............................................................................................................	25
․참고문헌.......................................................................................................................	26
․부록	27
1. 총 발전량과 발전시간 비교......................................................................................	28
2. 건설단가 비교..........................................................................................................	35
3. 수차/수문특성 곡선식...............................................................................................	36
1)수차 배수특성곡선.....................................................................................................	37
2)수문 배수특성곡선.....................................................................................................	37
-i- ․표목차
[표1-1] 2020년 조력․조류에너지 총가용잠재량..........................................................	17
[표1-2] 현재가동중인 조력발전소...............................................................................	17
[표2-1] 항목별 단위공사비.........................................................................................	37
[표2-2] 수차 배수특성곡선식......................................................................................	37
․그림목차
[그림1-1] 전 세계 주요조력․조류에너지 개발 후보지.................................................	16
[그림2-1] (a)낙조식 단류발전.....................................................................................	30
[그림2-2] (b)K10조력발전소 복류식 발전..................................................................	30
[그림2-3] (c)3~4m 수위차 변동곡선..........................................................................	31
[그림2-4] (d)6~7m 수위차 변동곡선..........................................................................	33
[그림2-5] 수차 수문의 배수특성곡선(수차1기/수문1량 기준).....................................	38
․도면목차
[도면1-1] 해수(외해)만조시 .......................................................................................	19
[도면1-2] 해수(외해)간조시 .......................................................................................	19
[도면1-3].....................................................................................................................	20
[도면1-4].....................................................................................................................	20

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■ 요 약

매조석마다 전체발전량은 조위의 크기와 호수의 용적에 따라 결정되고 동일한 용적 및 조위조건에서도 기동낙차가 변할 경우 발전량의 차이가 생기게 된다.

기동대수변화와 강우유입량도 최적발전개시낙차에 많은 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 또한 관리수위기준에 따라 발전량생산증감이 발생하고 수차와 수문의 점검정비조합대수에 따라 발전량생산증감이 발생할 수 있다는 것을 알 수 있다.

단류식에는 창조식과 낙조식이 있으며 저수조구분에 따라 단조지식과 복조지식이 있다. 복조지식에 대한언급은 폐위하고 단조지식이 주로계획 되어있는 단류식중 낙조식(한 방향)과 수차변경으로 복류발전(양방향)하는 랑스조력발전소, 단조지식이며 수문변경으로 복류발전(양방향)하는 K10조력발전소에 경제성과 환경영향에 비교평가방식으로 연구하였다.

K10(케이일공)조력발전소는 K10형, KOREA의 첫 글자 k, 10은 완성, 완결의 의미이다. 일명 케이일공, 케이 텐 형식 조력발전소로 명칭을 붙였다.

케이일공형식은 수문변경, 수문운전, 한 방향(복류식)이며 단조지식이다.

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제 1장 서론

1. 연구배경

단저수지(단조지식) 복류식은 저수지는 하나지만 밀물 때와 썰물 때 모두 발전이 가능한 방식으로 단저수지 단류식보다 발전시간을 증가시킬 수 있다.

즉 밀물 때와 썰물 때 양방향에서 발전이 가능하기 때문에 약6시간마다 반복되는 양방향흐름을 이용하여 발전이 가능하다.

밀물 때는 저수지의 수위와 상승하는 해수면수위와 낙차로 발전하며, 썰물 때는 단방향과 같은 방향으로 발전하기 때문에 발전량은 단방향발전방식의 2배로증가하나, 양방향으로 회전과 발전 가능한 터빈시설이 요구되므로 시설용량이나 제작비용이 단류식보다 증가한다.

K10조력발전소는 터빈을 양방향으로 회전 없이 수문을 이용하여 양방향으로 발전이 가능하다.

조력발전소의 건설에 있어서 또 하나의 해결과제는 방조제와 조력발전소 완공후의 자연환경에 대한영향에 많은 연구와 피해에 대하여 우려를 하고 있다.

2. 연구목적

막대한 비용이드는 해양토목공사이므로 경제성과 자연생태계의 피해를 최소화하여 기후온난화와 에너지원자재의 고갈로 인한 대체에너지개발이 시급한 상황에서 조력발전소의 상용화가 매우 중요한 시점에 도달하였다.

신재생에너지로 대체해야 할 가장 시급한 문제는 대체해야할 에너지의 경제성과 대량으로 대체 할 수 있는 신재생에너지는 경제성과 대량으로 생산할 수 있는 기술이 아직은 현실단계에 이르지 못했다.

그러나 경제성과 대량생산 이 두 가지 요건을 충족할 수 있는 조력발전에 가능성을 두고 K10조력발전소는 경제성, 자연환경피해 최소화, 대체에너지대량생산에 충족할 수 있는 가능성이 매우 높다.

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3. K10조력발전소 소개

K10조력발전소는 단조지식, 한 방향으로 복류발전, 수문변경발전방식이다.

터빈과 수문은 단조지식, 단방향(단류)에서 사용하는 방식과 동일하다.

단, 수문의 수량이(수문설비) 증가하고 발전소와 수문위치가 단방향(단류)발전소와 다르다.

발전량은 단조지식 단방향(단류)보다 2배로 증가한다. K10조력발전소는 단조지식 단방향(단류)보다 배수, 충수가 신속하게 이루어지며 저수조의 해수교환의 유량이 단조지식 단방향(단류)보다 증가된다.

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제 2장 K10조력발전소 기본계획

1. 조석현상

조석현상은 지구, 달 그리고 태양의 인력과 지구자전에 의한 구심력의 평형에 의하여 만조와 간조를 포함하는 해수면조석파동의 완전한 사이클이다.

기조력은 지구의 자전으로 인해 시간에 따라 변하므로 각 지점에서는 하루에 2번 연간 705주기가 발생하며 1회 조석주기는 12시간25분정도이고 조석시간은 매일 50분씩 늦어진다.

2. 조력발전 방식

조석간만의 차를 이용하는 조력발전의 기본원리는 비교적간단하며 수력발전과 유사한 점이 많아 저 낙차 수력발전에 몇 가지 복잡한 요소들을 추가하여 고려한다.

바다에서 일어나는 조석현상의 가장 큰 특징은 지역적으로 차이는 있으나 가장 규칙적으로 일어나는 해양현상중 하나로 예측이 가능하다는 점이다. 이러한 주기성과 예측가능성 때문에 조력이 에너지원으로 주목을 받아왔다.

조력발전은 발전과 관련된 조수량이 비교적 일정하며 계절적 변화나 연변화가 거의 없다는 점이 수력발전에 비해 유리한 점이며, 또한 미소한 기상영향이 오차 등을 제외하고는 월간 또는 연간발전량이 가능하다.

단조지 단류식은 하나의 조지를 조성 창조시에 수문을 개방하여 조지내에 해수를 만조수위까지 채운 후 수문을 닫고 조지와 외해조위간의 수위차가 생길 때 그 낙차를 이용하여 발전하는 낙조식 발전방식이 일반적이나 이와는 반대로 낙조시에 수문을 개방하여 조지수위를 간조수위까지 낮춘 후 외해수위가 어느정도 상승하면 조지로 물을 채우면서 발전하는 창조식 발전도 가능하다.

어느 경우이든 발전을 함에 있어서 한 방향의 흐름만을 이용하므로 단류식이라 한다. 운전방식은 발전-대기-충수-대기의 사이클을 계속반복 하므로 발전출력의 단속이 불가피하다.

그러나 발전방식이 가장 간단하고 발전설비의 가격도 저렴하여 가장 실용적인 조력발전방식이다.

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단조지 복류식은 창조 및 낙조 모두 발전이 가능하며 따라서 단조지 단류식에 비해 발전시간이 연장될 수 있다.

그러나 이 경우에도 역시 조지와 외해와의 수위차가 발전가능낙차에 이를 때까지 대기해야 하기 때문에 발전은 단속적이다. 또한 수차발전기도 양방향발전이 가능해야 한다.

복류발전 가능한 방식은 랑스조력발전소의  복류식과 수문변경으로 발전소구조물통로를 한 방향(단방향)복류발전하는 K10(케이일공)형 조력발전소 인데 랑스의 발전소구조물통로를 양방향 복류발전 하는 복류식은 1975년에 중단되어 현재 단류식으로 운전하고 있다.

현재 발전소구조물통로를 한 방향으로 복류발전운전이 가능한 공법은 K10(케이일공) 조력발전공법만이 유일하다.

이미 1975년 수차날개변형 양방향발전이 실패하였기에 실험으로 발전하는 몇몇 나라도 오래전에 단류식 발전방식을 이용하는 실험용 조력발전소만 남은상태이다.

시설용량 1만Kw/h 랑스조력의 수차날개변형방식의 복류식 발전의 결정적인결함으로 단류방식의 저 낙차 터빈용량을 확장하는 기술력경쟁에 돌입했으며 시화조력발전소의 2만5,000Kw/h터빈 발전기만 해도 무게가 880톤에 이르며 이미 3만Kw/h, 4만Kw/h등 더욱 용량과 무게가 확장되는 추세이며 수차변형으로 복류발전방식은 결함을 극복할 기술의 한계에 부딪쳐 이미 퇴보되었다.

조력발전소의 환경문제해결 없이 조력발전소의 르네상스시대에 대한 꿈을 꾼다는 것은 그리 쉬워 보이지 않는다.

조력발전소는 완공 전 환경에 미치는 문제와 완공 후에 미치는 영향으로 구분되어지며 완공 전의 환경문제는 K10(케이일공)방조제구축 공법에서 언급하기로 하고, 완공후의 환경문제의 초점은 자연상태의 조류현상으로 근접하지 못하는 조간대의 면적변화가 가장 큰 이슈이며 그 외에 수위 차 감소, 탁도 감소, 염도구배 변화, 퇴적물침전 등 이러한 현상의 해결문제 또한 정상적인조류교환이 원활하게 근접되어야 최소화가 가능하다.

조간대란 밀물이 최대로 들어오는 백중사리시 와 간조시점에 갯벌이 형성된 면적을 말하며 이러한 갯벌지역을 조간대라 한다.

전 세계 조력발전소가 최대 132만㎢(평방킬로미터) 저수조가 만들어져 연간 세계 총발전량보다 많은 22조Kwh가 생산된다고 하면 조간대의 면적은 전 세계 바다면적의 0.001이며 조간대면적 변화가 일어날 수 있는 조간대면적의 20%가 변화가 일어난다면 0.0002에 불과하며 어마어마한 바다에 영향을 미치기에는 기우라 생각하지만 그래도 만약을 대비해 환경변화에 대한대처를 소홀히 할 수는 없다.

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K10(케이일공)조력발전소와 단류식(낙조식)의 발전방식별 수위변동곡선을 비교하면 단류식은 하루2회 발생하는 썰물(낙조식)을 이용하기 때문에 1주기(밀물, 썰물)에 1회, 하루에 2회 발전하는 방식이다.

[그림2-1] (a) 단류식(낙조식)변동곡선에서 충수되어 있는 저수조수위곡선 상승부에서 썰물 때 빠지기 시작하는 바다수위의 최적발전수두발전이 가능한 2m이상의 차이가 발생할 때 발전이시작하고 하루이용시간을 최대로 증가하기위하여 최저발전수두 2m이하 발생하는 시점까지 발전하고, 발전을 멈춘다.

그 후 수차구조물과 수문구조물을 통하여 충수를 하고 다음발전주기까지 대기한다.[그림2-1] (a) 낙조식 단류발전수위변동곡선을 분석하면 발전시간을 최대로 늘리기 위하여 간조 시 2~3m이상 저수조에 해수가 잠겨 정체되어 10~20%이상 조간대면적 변화가 생성 될 수 있음을 알 수 있다.

물론 1주기에 5시간여 발전이 가능하나 그렇다고 해서 총발전량이 증가하는 것은 아니다.

[그림2-2] (b) K10(케이일공)복류발전 수위변동곡선은 밀물 만조가 시작되는 시점에 충수를 하고 저수조최고수위에 썰물이 발생하는 바다(외해)의 최저발전수두 2m이상 발생하는 시점에 발전을 시작하여 저수조와 외해최저수두 2m이하 발생하는 시점에 발전을 멈추고 배수를 한다. 수문을 닫아 대기하며 다시 밀물이 발생하여 외해와 저수조최저발전수두 2m이하 발생하는 시점에 발전을 멈추고 모든 수문을 개방하여 충수하고 대기시간에 모든 수문을 닫아 다음 발전주기에 대기한다.

[그림2-2] (b)의 K10조력발전소 수위변동곡선에서 만조와 간조시 최대로 충수하고 배수하여 만조와 간조시 조간대의 면적변화는 거의 미미한 변화이며 또한 복류식에 해수가 교류되는 과정이 자연조류, 조석현상 시간에 거의 일치하기 때문에 조력발전소 완공 후에 발생 할 수 있는 자연환경영향에 단류식에 비하여 극히 제한적이다.

다만 1회에 발전시간이 단류식에 비하여 시간이 제한적 일수 있으나 하루발전시간은 단류 식에 비하여 이용시간이 증가된다. 총발전량 또한 시간에 비례하는 것이 아니라 발전가능유량이 좌우하기 때문에 총발전량과 발전시간은 단류식에 비하여 훨씬 증가한다.

15일 보름기간 동안에 조금, 무쉬, 1몰, 2몰은 수위차가 2~4m이하로 형성되기 때문에 발전가동이 어렵다. 단류식(낙조식)은 하루2회 ,한 달22일, 1년에246일 총526회 발전가능하며 K10(케이일공)조력발전소의 한 방향 복류발전은 하루4회, 한 달22일, 1년246일, 연중 총1,056회 발전가능하다.

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[그림2-3] (c) 3~4m이하 수위 차 변동곡선에서 오전06시31분 최저점2.88m 최저발전수두 2m에 근접하는 발전가능시간09시30분에4.79m에 도달하여12시에 발전중단과 동시에 충수한다.

발전가능유량은 1.5m에 발전시간은 2시간20분정도 가능하나 발전할 수 있는 수위 차나 시간상효율이나 이용시간이 부족하다.

또한 충수와 배수가 충분히 가능한 시간대의 기준이 될 수 있는 최고수위6.35m에 머무르는 시간이31분 정도로 나타났다. 그만큼 수위 차가 적으며 만조정점에 머무르는 시간도 적어진다.

[그림2-4] (d)6.7~7m 수위 차 변동곡선에서 알 수 있는 것은 최고점8.08m의 만조대기시간이14:16분에서 15:06분이며 50분 이상 증가된 것을 알 수 있다.

[그림2-4] (d)6.7~7m 수위 차 변동곡선에서 08시35분 최저수위1.32m에서 최저발전수두인 2m이상차가 발생하는3.5m인 9시30분에 발전이 가능하며 최고점에 도달하는 14시경 발전을 멈추고 모든 수문을 개방하여 충수한다.

K10(케이일공)조력발전소의 한 방향 복류식에서 창조시에 4시간 이상 발전이 가능하고 낙조시에도 17시경 최저발전수두 2m이상 발생, 발전을 시작하여 최저 간조1.03m에 도달하는 21시경에 발전을 멈추고 모든수문을 개방하여 배수를 시작한다.

발전시간 역시 최소4시간 발생하게 된다. [그림2-3, 2-4] (c), (d) 수위차 변동곡선에서 알 수 있는 것은 수위차가 증가할수록 만조, 간조 정점 대기시간이 증가하고 발전시간도 증가한다. 충수, 배수시간도 증가하여 더 빠른 해수교류가 가능하다. [그림2-3, 2-4](c), (d) 수위차 변동곡선은 K10조력발전(복류식)비교 곡선임을 전제로 한다.

단류식(낙조식)의 충수와 배수는 수문과 수차구조물을 통하여 이루어지며 K10조력발전소는 단류식의 수문수량의 4배이며 수문1지역, 수문2지역, 수문3지역, 수문4지역을 모두 개방한 상태에서 충수, 배수가 이루어진다. 수차구조물에서 충수, 배수되는 유량은 수문에서 충수, 배수되는 유량의 1/3인 33%정도이며 K10(케이일공)조력발전소에서 조력발전시의 수문1지역, 수문2지역, 수문3지역, 수문4지역에서 유입되고 배출되는 유량이 수차구조물에서 배출하는 1/3의 유량을 충분히 유입하고 배출할 수 있는 용량이 충분하다.

※ 부록 3. 수차/수문 특성곡선식 참조.

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제 3장 조력발전건설 운영시 환경영향

1.일반적으로 제기되는 문제점

가. 수위 차 감소

방조제가 건설되면서 만조 시 최대 해수면의 높이가 낮아지고, 간조 시 최소 해수면의 높이도 낮아지게 되면서 방조제건설 전보다 수위 차가 줄어들게 된다.

랑스 발전소 건설 시에 최대 해수면높이가 13.5m에서 12.8m로 감소하였고, 최소해수면 높이는 발전소건설 전보다 더욱 상승하였다. 방조제로 해수 유통을 차단하면서 조지내부 물의 정체시간이 더욱 증가하게 되었다.

나. 조간대 면적변화

방조제가 건설되면 방조제 안에서 물의 정체시간이 증가하면서 조간대의 면적이 감소한다. 프랑스 랑스 발전소도 70%의 기존 조간대 면적이 발전소 건설 후 50%로 감소한다.

다. 탁도 감소

외해와 방조제 내부의 해수교환이 감소하면서 탁도가 낮아진다. 이러한 현상은 조지내부에 태양광선이 더욱 잘 투과하도록 만들어 식물성 플랑크톤의 번식이 증가할 수 있는 여건을 조성한다.

이러한 변화는 상위 영양단계까지 영향을 끼치게 되고 생태계내의 전반적인 변화를 초래한다.

라. 염도구배 변화

외해와의 해수교환율이 낮아지므로 조수압력이 미치지 않아 해수염도의 변화를 초래하게 되는데, 조지내의 염도는 감소하면서 생태계 전반에 영향을 끼치게 된다.

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마. 퇴적물 침전

강 하구에는 종종 많은 양의 퇴적물이 쌓인다. 하구에 방조제건설로 인해 방조제내부에 침전물이 쌓여 생태계와 발전시설작동 시에 영향을 미치게 될 것이다.

바. 조지 내 동식물상의 변화

조력발전 건설기간동안 수년간 해수흐름을 차단한 채로 공사를 진행하기때문에 조지내부의 동식물상은 거의 사라지게 된다.

방조제건설 후 발전소를 가동하기 시작한 이후부터는 해수의 유통이 일정부분 가능하게 되면서 점차 조지내의 생물 다양성이 증가한다.

조력발전소의 건설로 해수교환율이 감소하고 조상대, 조간대, 조하대면적의 변화에 따라 저서 생물상이 변화한다.

약10년 정도경과 후에는 새로운 생태적 평형을 조성한다. 새로 조성된 생태계는 이전과는 다른 종류의 생물다양성을 가지게 된다.

사. 경제성

Tidal barrage발전계획은 매우 높은 초기자본금이 필요하고 운영비용은 매우 낮다.

결과적으로 조력발전계획은 수년간 초기투자비용을 회수하지 못하게 되어 투자자들이 조력발전사업에 참여하는 것을 어렵게 한다.

정부는 이러한 대규모 조력발전사업에 재정을 보조할 수 있지만 초기투자비용의 회수기간이 너무 길고 사업을 한번 시작하면 되돌릴 수 없기 때문에 재정지원을 꺼린다.

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2. 해외건설․운영사례를 통한 영향 파악

가. 프랑스 랑스조력발전소 운영사례

프랑스의 랑스조력발전소는 세계 최초이자 최대규모의 조력발전소이다.

랑스 조력발전소는 완공 후 20년이 넘는 기간동안 작동하면서 조력발전시스템의 환경영향에 대한 평가가 유일하게 관측된 곳이기도 하다.

1) 해수유통 차단

랑스조력발전소 건설기간동안 약 3년간을 외해와의 교류를 차단하고 공사를 진행하였는데, 해수 흐름이 차단되면서 방조제 내부의 동식물상의 대부분이 사라지게 되었다.

건설 완료 후, 차단되었던 해수가 유통되면서 점차 동․식물상이 증가하였고 새로운 생태계 평형을 조성하였다. 생태적 요소들은 발전소 작동에 따라 영향을 받았다.

2) 염도구배의 변화

조력발전소건설시에는 해수유통이 차단되어 조수의 압력이 미치지 않아 해수 염도에 상당한 변화를 초래하였다.

발전소 건설 이전에는 3개의 maritime downstream, a high salinity middle section, a low salinity sector 생물군집을 이루었으나, 발전소건설 이후 염도구배의 변화로 인해 2개의 marine reservoir, upstream estuary 생물군집으로 변화하였다.

3) 퇴적현상

랑스조력발전소가 건설된 지역은 하천유입이 있는 기수지역으로 조력발전소가 건설되면서 해수유통량이 감소하여 기존에 모래형태의 갯벌이 개흙 형태로 변화하게 되었다.

해수유통이 차단되면서 내부에 퇴적현상이 발생하였으나, 그 영향이 크지는 않았다. 퇴적현상 발생 후 약 5년경과 후에 안정적인 새로운 퇴적층이 형성되었다.

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4) 평균수위 상승

발전소건설 후 조지 내 평균수위가 약2.5m정도 상승하였다. 방조제내부에서 물의 정체시간이 증가하면서 기존 조간대 면적이 70%에서 50%정도 규모로 감소하였다.

5) 수위차 감소

최대 해수면 높이가 13.5m에서 12.8m로 감소하였고, 최소해수면 높이는 발전소건설 전보다 더욱 상승하였다. 방조제가 해수유통을 차단하면서 조지내부물의 정체시간은 더욱 증가하였다.

건설당시 수년 동안 외해와의 해수유통이 차단되면서 인해 방조제내부의 동식물상이 거의 사라지게 되었다. 건설 후 해수유통이 가능해짐에 따라 점진적으로 생물다양성

이 증가하여 약 10년가량 경과한 후에는 새로운 생태계의 평형을 되찾게 되었다. 발전소 작동에 따라 랑스조력발전소 조지내부의 다양한 생태적 요소들이 영향을 받게 된다는 결과를 얻었다.

6) 해수속도 변화

발전시설이 작동되면 수차와 수문 부근에는 해류의 속도가 빨라지는 현상이 관찰되었다. 반면 조류속도가 감소하는 새로운 조석현상으로 인해 flooding, yachting등을 이용하는 사람들의 접근성을 높여주었는데, St, Malo 항구를 지나는 선박의 이용이 용이해졌다. 1968년 5,287대의 선박이 이용하였으나 1973년에는 10,380대로 증가하였다.

7) 생물다양성 감소

가)동․식물 플랑크톤

랑스 조력발전소가 건설되면서 생태계가 파괴되는 여러현상이 나타나게 되었고 이를 계기로 장기 모니터링을 실시하기 위해 연구소가 설립되었다. 동․식물 플랑크톤의 경우 1차 생산성은 adjoining sea의 2배로 증가하였으나, 조간대지역조류의 수직적 분포는 12m에서 5~6m로 그 분포가 감소하였다. 2차 생산성과 생물량의 변동은 있으나 연간 평균2배가 증가하였다.

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나) 어류

조지 내 어류들이 방조제 내에 잔류하는 동안 조류에 쉽게 포획되는 현상이 발생하였으나, 터빈의 지름과 low rotational speed로 어류의 이동에 큰 지장이 발생하지 않았다.

다) 조류

조류의 경우에는 매년 많은 겨울철새가 방조제 근처에 서식하였고 부정적인 큰 영향을 끼치지 않았다.

라) 저서생물

조력발전소 건설에 대한 영향을 파악하기 위해 저서생물은 well-adapted toll로 이용된다. 1971년, 발전소건설 직후에는 매우 낮은 출현종이 발견되었으나 약 5년간의 운영 이후(1976년) 저서생물종이 안정되었다.

1976년, 1995년을 거치며 저서생물군집의 다양성이 증가하였고 20년 후에는 방조제내부의 종 다양성이 polychaetes 110종, decapod crustaceans 37종, fish 70종 풍부해졌다.

수위의 변동은 연안지역 고유한 군집의 번성을 초래하였는데 새로운 환경의 평형을 되찾는데 10여 년 정도 소요되었다.

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제 4장 여러 조력발전소와 K10(케이일공)조력발전소와의 경제성 및 환경평가 비교

1. 경제성 및 환경평가 비교

단류식과 랑스조력발전소 그리고 K10조력발전소에 대한 비교평가는 랑스조력발전소는 1975년부터 발전방식에 큰 변화가 생겼다.

1975년 초에 발전기에 결정적인 결함이 생기게 되는데 발전기에 DOVETAIL wedge로 연결되는 축의 케이싱 고정이 매일 반복되는 비동주기성 시동에 걸리는 응력 결함이 발생되는 판명이 내려졌다. 이 조사는 24개의 1만Kw/h 모든 발전기를 분해해야 하며 당시에 최소3~5년이 더 걸리게 된다.

비동주기시동으로 인한 응력에 대한파손을 방지하기 위해서  단류식 발전만 고려되고 있으며 현재까지 실질적으로 단류식으로만 발전가능하다.

그러므로 수차날개 변형만으로 복류 발전하는 랑스조력발전소는 건설원가뿐만 아니라 기능적인 면에서도 결함이 발생하기 때문에 실질적으로 단류식에 의한 상업발전소만 가동되고 있다.

그러나 K10(케이일공)조력발전소는 수차변경으로 인한 응력에 대한파손의 결함이 발생하지 않으며 수문변경으로 복류발전 하므로 단류발전의 결함인 이용시간과 총 발전량의 감소를 해결하는 방식이다.

일반적으로 제기되는 조력발전에 의한 환경영향은 수위 차 감소, 조간대면적변화, 조지 내외에 변화 및 어업피해 등이 있다. 또한 초기의 높은 건설비용과 투자비용 회수기간 및 환경피해 비용에 비해 낮은 경제성을 거론되기도 한다.

더구나 조력발전소와 방조제건설이 완공 전 까지 발생 될 수 있는 토사유출 및 방조제 유실 가능성 등 주변의 생태계에 영향도 무시 못 하며 조력발전소 가동 후 저수조 내에 원래상태로 회복 할 수 있는 기간도 오래 걸린다.

조력발전소건설과 방조제건설이 완공되기 전까지는 해수의 흐름이 정지되어 담수호로 장기간 방치되는 갯벌생태는 오랜기간 정지된 상태가 되어 여러가지 부작용이 우려되는 것은 사실이다.

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여기서 K10방조제공법이 원하는 것은 조류의 흐름이 멈추지 않게 하여 공사를 마무리하는 것이고, 조류의 흐름을 완화시켜 토사유출과 방조제유실가능성을 최소화하는 것이다.

더불어 환경문제와 건설원가, 건설공기를 줄이는 공법이다.

K10조력발전소는 기본적으로 단류식 발전소에 비하여 해수의 흐름을 결정짓는 수문수량이 최소 2~4배 이상 설치하는 구조이다.

물론 단류식에서도 수문과 수차구조물을 통하여 충수와 배수를 하지만 수차구조물의 배수와 충수는 수문으로 충수, 배수되는 유량의 1/3정도이므로 K10조력발전소의 수문으로 통하는 충수와 배수는 해수의 흐름을 조절하기가 쉽다.

더군다나 단류식은 발전완료 후 발전시간을 늘리기 위해 저수조의 해수를 완전 충수, 배수를 제한하는 발전방식이고, K10조력발전소는 발전이 완료 된 후 최대한 충수, 배수를 신속하게 해수유입 및 배출하는 방식이므로 저수조내의 해수교환 하는 유량이 단류식에 비하여 유리하다.

그러므로 K10조력발전소는 수위 차 감소, 조간대의 면적감소, 탁도 감소, 염도구배 변화 등 여러면에 저수조내에 환경변화에 유리한 조력발전소라 할 수 있다.

가. 수위 차 감소

단류식에 비해 K10조력발전소는 수위 차 감소가 미미하다.

나. 조간대 면적변화

단류식은 조간대 면적변화에 영향을 미치지만 K10조력발전소는 면적변화가 미미하다.

다. 탁도 감소

단류식에 비하여 K10조력발전소는 해수교환율이 원활하여 변화가 거의 없다.

라 염도구배 변화

단류식의 해수교환율보다 수월해 염도구배변화가 미세하다.

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마. 퇴적물 침식

단류식이나 K10(케이일공)조력발전소나 모두 가능성이 있다. 그러나 해결가능한 문제이다.

사. 경제성

랑스조력발전소에 대한 경제성은 더 이상 거론할 필요가 없다. K10조력발전소는 단류식에 비하여 환경성이 탁월해 환경에 대한 비용부담이 적으며 하루에 두 번 가동되는 단류식에 비하여 하루4번 발전가동하여  총 발전량과 발전시간이 증가하여 건설원가 면에서도 총 발전량대비 저렴하다.

2. 해외 주요국의 조력에너지 보급추이 및 정책동향

달과 태양의 인력으로 발생하는 조석에너지의 지구전체 부존량은 1,000~4,000Gw 정도로 추정된다.

지형적인 영향으로 지역마다 조차의 크기가 다르다. 그러므로 조력발전이 가능한 곳도 전 세계적으로 제한적일 수밖에 없다.

(참고)

1 Gw는 1,000,000Kw/h이며 1,000~4,000 Gw는 10억~40억Kw/h이다. 즉, 시화 조력발전소의 연간 총발전량인 5.5억 Kwh의 40,000~160,000배인 연간 22조~88조 Kw/h가 부존하고 있다. 2011년 전 세계 총 전력발전량은 16조~20조Kw/h이다.

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<그림1-1> 전 세계 주요 조력․조류에너지 개발 후보지

자료:신․재생에너지 백서 2008. 지식경제부

1.Siberia, 2. Inchon, Korea, 3. Hangchow, China, 4. Hall's point, Australia, 5. NewZealand, 6. Anchorage, Alaska, 7. Panama, 8. Chile, 9. Punra Loyola. 10. Brazil, 11. Bay of Fundy, Canada, 12. Forbisher Bay, Canada, 13. Wales. UK, 14. Antwerp, Belgium, 15. Le Harve, France, 16. Guinea, 17. Gujarat, India, 18. Burma, 19. Mezen, Russia, 20. Colorado River, Mexico, 21. Madagadcar

2020년까지 실현 가능한 조력․조류에너지에 관한 자료에 따르면 프랑스 조력․조류에너지 발전량은 13.2TWh로 국가 전체 RES-E발전량 중 4.6%를 차지한다. 캐나다는 2.3TWh로 0.3%, 러시아 발전량은 0.2Twh로 0.03%이다. 중국은 0.2TWh로 0.025%, 미국은 2.3T Wh로 전체 1229.6TWh RES-E발전량의 0.2%를 차지한다. 영국은 58.9TWh로 전체 RES-E발전량의 27.7%로 개발 가능한 잠재량이 높은 비중이 차지한다.

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<표 1-1> 2020년 조력․조류에너지 총가용잠재량

(단위: Twh)

항목	프랑스	캐나다	러시아	중국	영국	미국
Tidal and wave energy (Twh)	13.2	2.3	0.2	0.5	58.9	2.3
Tidal RES-E(Twh)	286.8	703.2	608.1	1999.3	212.8	1229.6
비중(%)	4.6	0.3	0.03	0.025	27.7	0.2

자료: Deploying Renewables 2008. OECD/IEA, 2008. pp.65~67재구성

현재 전 세계운영중인 발전소는 4곳이다. 프랑스 Rance(시설용량 240Mw), 캐나다의 Annaplis(시설용량 20Mw), 러시아의 Kislaya Guba(시설용량 400Kw), 중국 Jiangxia(시설용량 3,200Kw)에는 현재 조력발전소가 가동중이다.

중국에는 Jiangxia외에 8개의 조력발전소가 더 가동되고 있으나 그 규모가 작고 발전량이 미미한 것으로 알려져 있다. 이들 4곳의 총 시설용량은 263.6Mw이고, 연간발전량합계는 601.2Gwh이다. 이는 <표 1-2>에 나타내었다.

<표 1-2> 현재 가동 중인 조력발전소

항목	Rance(프랑스)	Annaplis(캐나다)	Kislaya(러시아)	Jiangxia(중국)
최대조차(m)	13.5	8.7	3.9	8.39
시설용량(MW)	240	20	0.4	3.2
연간발전량(GWh)	544	50	1.2	6.0
준공연동	1966	1984	1968	1980
발전방식	복류식(중단)	단류식	복류식(중단)	복류식(중단)

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제 4장 도면의 설명과 기대효과

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1. 기대효과

신재생에너지에 대한 각국의 연구개발투자 및 선점을 위한 각축이치열한 가운데 우리나라에서 세계최초로  수문변경만으로 한 방향으로 복류발전 하는 조력발전 할 수 있는 공법이 개발되어 신재생에너지혁명을 이룩하게 되었다.

더욱이 조력발전계획이 있는 인천만등 해당 지자체나 환경단체들이 우려하고 있는 갯벌 및 생태계 등 환경문제를 최소화할 수 있는 새로운 K10방조제공법을 포함하고 있어 향후 국가적 부가가치창출은 물론이고 전 세계가 직면한 에너지수급과 기후온난화에 크게 기여할 것이다.

특히 신재생에너지중 조력발전분야는 1967년 프랑스 랑스조력발전이후 44년이 넘도록 소규모의 시험발전수준에 머물고 있었으나 세계최대 규모의 시화조력발전소 시공경험을 갖고 있는 우리나라가 K10조력발전소와 K10방조제공법을 상용화할 경우  세계연간 수력발전량의 4배에 이르는 부존량이 존재하는 조력발전수주시장에서 경쟁력을 앞세워 청정에너지혁명을 이끌어 갈 수 있으며 대체에너지 선도국가로 앞서는 쾌거를 이룩할 수 있다.

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2. 도면설명

*k10 조력발전소의 조력발전 공법이란?

일반적인 조력발전이라 함은 방조제를 구축한 뒤 방조제일부에 외해와 내해(저수조)에 수평 되게 발전소를 안치하고 옆으로 수문을 건설하여 밀물이나 썰물시에 조차를 이용하여 발전하는 공법이다.

이와 같은 발전방법에는 밀물과 썰물 각2회씩 하루4회 왕복(양방향)발전이 가능토록 시공된 랑스조력발전소(복류식)와 최근 단류식으로 하루2회 밀물시에만 발전할 수 있도록 건설된 시화조력발전소로 구분된다.

랑스조력발전 방식은 수차날개변형 및 흡입부, 배출부, 발전기위치 등 모든 부분을 변경시켜야 하므로 건설원가부담이 있고, 운영면에서도 효율적이지 못하고, 또한 결정적인 결함이 발생하여(비동주기적 이동으로 인한 연속된 고정으로 케이싱과 축에 무리로 24개의 발전기에 커다란 결함발생) 실질적으로 1975년이후 양방향으로 발전하는 것을 중단하고 현재까지 단류식으로만 발전하고 있다.

한 방향(복류식)으로 복류발전이 가능한 발전공법은 수문변경을 통하여 한 방향으로 진행하여 복류발전하는 K10조력발전소만이 유일한 공법이며 K10조력발전소와 원천기술에 속한다.

세계 최초로 개발한 K10수문변경 복류식 조력발전공법은 [도면1]과 같이 발전소를 외해와 수직으로 안치하여 발전터빈(터빈, 수차날개, 발전기)을 발전소 아래에 안치하고 발전수차를 중심으로 수문, 제 1지역, 제 2지역, 제 3지역, 제 4지역으로 구성된 작은 저수조 2개를 만든 후 밀물(만조)시에 수문 제 2지역, 수문 제 4지역의 수문을 개방하며 이때 수문, 제 1지역, 제 3지역의 수문은 닫혀 있다.

개방된 제 2지역의 수문을 통하여 발전소 아래 안치된 발전터빈을 통과하여 발전가동이 이루어지며 발전터빈을 통과한 해수는 열려있는 수문4지역을 통과하여 비어있는 저수조(호수)로 이동한다.

저수조와 외해의 수위차가 발전할 수 없는 정도 수위차가 2m이내에 도달할 때 발전을 중단하고, 수문, 제 1지역, 제 2지역, 제 3지역, 제 4지역의 모든 수문을 완전히 열어두고 최대한 신속하게 충수하여 저수조(호수)에 최대로 바닷물을 가두어두고 신속하게 모든 수문지역의 수문을 닫는다.

단류식의 창조시의 발전 과정과 같으며 만조정점에 이르는 시점부터 만조정점이 끝나는 시점까지 모든 수문지역 열어 충수하는 과정이 단류식의 창조식과 다르다.

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이때 저수조에 해수는 최고조의 수위로 대기상태이며 썰물로 인하여 외해와 저수조(호수)의 수위차가 발전 가능한 2m이상 일 때 수문 제3지역과 제1지역의 수문을 열어 제3지역의 수문을 통하여 발전소아래 안치한 발전터빈을 통하여 발전가동하고 발전터빈을 통과한 해수는 수문을 열어둔 수문 제1지역을 통과하여 썰물이 진행되는 외해로 빠져나간다.

간조가 시작되는 시점에 발전을 멈추고, 저수조에 정체되어 있는 모든 해수를 모든 수문을 열어 간조가 끝나는 시점까지 신속하게 배수하고, 모든 수문을 닫아 다음 발전주기까지 대기 한다.

밀물과 썰물이 이루어지는 한주기에 2번의 발전이 이루어지고 하루에 2주기 동안 4번의 발전이 이루어지는 K10 조력발전소는 수문4개 지역을 모두 열어 충수와 배수도 신속하게 이루어 질수 있으며 이러한 요인이 외해와 저수조에서 이루어지는 조류의 흐름을 최대한 자연조류, 조석현상에 가까이 접근하는 공법이다.

* K10방조제 축조공법이란?

기존의 방조제에 시공방법은 대부분 국토가 적은 우리나라에 농경지, 공업 용지를 확보하기 위해 조수간만의 차가 발생하여 방조제공사가 용이한 지역을 선택하여 만의 입구를 막는 방조제 시공이었다. 그러한 시공은 선 방조제공사 후 홍수조절용이나 갇혀있는 해수를 점차적으로 조절하여 간척하기 위한 배수갑문용도이다.

이러한 시공으로 조력발전소용 방조제시공을 하게 되면 여러 가지 환경문제의 부작용이 발생되어 우려하는 목소리가 나온다.

이러한 문제는 우리나라뿐만 아니라 영국, 프랑스, 캐나다, 아르헨티나. 중국 등 프로젝트가 이루어지고 있는 국가뿐만 아니라 계획하고, 연구하는 국가들에게도 커다란 난제라 할 수 있다.

방조제구축 공정구간의 80%와 난공사 공정구간 20%의 시공기간이 비슷하게 걸린다.

k10 방조제공법은 결정적인 난공사 구간의 유속을 완화시키고  전 공정이 끝날 때까지 외해와 내해의 해수교류를 지속시키는  공법이다.

우선 기존의 방조제나 배수갑문시공은 우선 만 을 선 차단 후 배수갑문을 설치한 시공이었다.

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K10방조제구축 공법은 조력발전소와 수문의 전 공정과 방조제구축 일부구간을 동시에 시공하고 나머지 유속이 빠른 구간을 K10 조력발전소 및 모든 수문이 완공 된 후 모든 수문지역의 수문을 유속이 빠른 구간의 전 공정이 끝날 때까지 해수유통이 이루어지도록 열어둔다.

좀 더 조류의 유속을 완화하기 위하여 보완적, 부수적으로 방조제 구축구간 아래에 통수가 가능한 고정 홀을 설치하여 유속을 최대한 완화하고, 모든 공정이 마무리되는 시점에 통수가 이루어지는 모든 고정 홀을 막는다.

K10방조제 구축공법은 토사, 사석유출을 최소화 하고, 방조제유실가능성을 최소로 하며 공사기간을 단축하는 경제성이 있지만 이보다 더 확실한 효과는 해수교류를 모든 조력발전소 관련공법이 완공될 때까지 조석․조류의 흐름이 유지되어 자연생태계를 보호하고 복원시킬 수 있는 공법이다.

[도면4]는

인천만이나 규모가 큰 해외 조력발전소에 대규모 수차가 건설되는 지역에 적절한 건설면적을 선정해 병렬식으로 나누어 대규모 조력발전에도 매우 합리적인 병렬식 배치로 조력발전소를 시공할 수 있다.

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■ 참고문헌

숭실대학교 정보과학 대학원 디지털콘텐트학과 최돈출

“의사결정 지원을 위한 건설관리4D시뮬레이션의 주요기능 구성방안”

성균관대학교 일반대학원 건설환경 시스템공학과 전철규

“시화 조력발전해역 조류운동 시뮬레이션”

KIST 부설 해양개발연구소 해양공학 실장 송원오

“랑스 조력발전소의 운전성과”

한국산업기술대학교, 경영대학원 최등호.

“시화호 조력발전소 최적 운영 방안에 관한 연구”

한양대학교 공과대학원(2008) 이태훈.

“조력 발전에 따른 발전량 및 발전시간 비교”

한국해양연구소(1997). “조력발전시스템 최적화 연구”

홍석원, 김현주, 강연구(1998). “해양에너지 공학”

한국해양연구원(2006). “한반도 조력자원 타당성 검토” 산업자원부

(주) 삼안(2006). “시화호 조력발전소 건설공사 수치해석 및 수리모형실험보고서” 한국수자원공사

(주) 삼안(2006). “시화호 조력발전 건설공사 실시설계 보고서” 한국수자원공사

한국해양연구소(2003). “시화호 조력발전 건설사업 타당성조사 및 기본계획보고서”

Thomas Telfer, London(1986). "Tidal Power"

L. B. Bernshtein, E.M. Wilson & W.O.Song(1997). "Tidal Power Plants"

The acadia Univ. Inst(1978). "Fundy Tidal Power and The Environment"

E.R. Funke(1992). "Modeling requirements and techniques for Tidal Power developments in the bay of fundy"

R. H. Clark(1994). "Elemens of tidal electric engineering"

Brooks, D. A.(1992) "Tides and Tidal power in Passamaquoddy Bay: a numerical simulation"

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N&P 연구

문제경 HP:010-3359-2526

이한석 HP:010-5592-4235

E-mail: han4239@hanmail,net

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■ 부 록

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1. 총 발전량과 발전시간비교

-발전대기

수두차가 최적대시 수두 차 이하일 때의 경우이며, 수차 및 수문을 닫고 최적개시 수두 차 발생기까지 대기한다. 이때 통과유량이 없으므로 조지 내 수위는 일정하게 유지되며 time step증가로 외조위 만 변동하게 된다.

한조석주기 동안의 발전량은 발전개시 수두 차에 따라 민감하게 변화하며, 최소 발전가능 수두 차에서 발전하면 발전시간은 길어 질수 있으나. 총 발전량이 최대가 되는 것은 아니다.

본 검토에서는 총 발전량의 산정보다 최대발전 시간을 확보하는 것에 중심을 둔 검토를 수행하여 발전대기시간은 최저발전개시수두차인 2m로 고정하여 검토하였다.

-발전

수두차가 발전대시 수두 차 이상일 때, 수차를 개방하여 발전하며, 수두차가 발전가능 수두 차 이하에 도달하면 발전을 중지하게 된다.

발전 시 수차를 통과하는 유량과 효율은 수차제작사에서 제시한 특성곡선에 손실을 고려하여 산정하며, 발전에 사용된 유량만큼 조지 내 수위는 변동하게 된다.

통과유량: dQture bine = fn(H), Qgate=0

내용적 변화:Vi=Vi-1-Qtur bineX△t

발전량: E=pg∫HQtur bine

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-수문특성곡선

수문은 외조 위와 내수 위가 같아지는 시점이후부터 발전대기시점까지 조지와 외해의 수두차를 이용하여, 조지내측에 해수를 충수, 배수하는 역할을 한다. 수문의 단위기 통수능력과 설치대수가 증가할수록 충수, 배수 시간은 단축되며, 이에 따라 발전시간은 증대된다.

-발전시간

한주기에 한 번의 발전하는 창조식과 낙조 식은 낙조식이 창조식보다 발전시간이 길며 복류식보다 창조식이 길다.

그러나 발전시간이 길다하여 총 발전량이 비례하거나 증대 되는 것은 아니다. 통상 낙조식이나 창조 식은 5시간정도(한주기)가능하며 복류 식은 한번에 4시간정도 하루4번 16시간이상 가능하다.

총 발전량은 발전가능유량으로 산출된다. 발전가능유량은 단류식이 하루 2회 발생하고, 복류식이 4회 발생한다.

총 발전량은 단류 식에 비하여 복류식이 2배가량 발전이 가능하다.

K10조력발전소는 단류 식에 비하여 수문수량이 4배 이상 설치하므로 충수와 배수시간이 빠르고 발전시간도 증대된다.

단류 식에 비하여 총 발전량 대비 건설원가가 최소 30%이상 저렴하므로 수차와 수문을 증가하여 총발전량과 충수, 배수시간을 더 단축시킬 수가 있다.

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(C) 3~4m 수 위차 변동곡선 시간기록

시간	9시50분	10시50분	11시36분	11시56분	12시	12시12분	12시22분	12시32분	12시40분
cm	479	584	624	632	635	635	635	635	632
시간	13시	13시20분	13시30분	13시40분	13시50분	14시14분	14시34분	14시50분	14시59분
cm	624	614	604	594	584	554	524	494	479

2011년 10월 22일(음력9월26일) 2몰

장소:시화 방조제

고조:12시36분 365cm 저조:18시52분 236cm

저조:06시31분 288cm 고조:01시12분 721cm

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(d) 6.7m~7m 수 위차 변동곡선 시간기록

시간	10시25분	12시05분	12시27분	12시48분	13시12분	13시32분	13시50분	14시03분	14시16분
cm	488	588	638	688	739	768	788	798	808
시간	14시30분	14시42분	14시52분	15시02분	15시06분	15시12분	15시22분	15시27분	15시32분
cm	808	808	808	808	808	798	788	788	788
시간	15시37분	15시50분	15시55분	16시18분	16시41분	16시52분	16시55분	17시10분	17시30분
cm	768	758	748	688	638	608	588	538	488

2011년 10월 24일 (음력9월2/일) 4몰 10시~17시30분: 총 7시간30분 조사

장소: 시화 방조제

고조:02시16분 780cm 고조:14시42분 808cm

저조:08시35분 132cm 고조:21시01분 103cm  수위 차: 705cm

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2. 건설단가 비교

단조지식 발전 시에는 낙조 식 발전방식이 창조 식에 비하여 동일한 규모에서 높은 발전량을 나타내었다.

따라서 건설비 비교에 대하여는 낙조 식 발전방식의 수차․수문조합에 대한 공사비를 사용하여 동일한 발전량을 가지고 있는 복조지식 발전기 조합에 대한 비용증가를 비교하였으며, 사용된 공사비는 강화 조력발전소 예비타당성 조사에서 적용된 항복별 단위공사비를 적용하였다.

[표 2-1] 항목별 단위공사비

구분		단위	수량	금액(백만원)
1, 토 목 공 사 비	가. 수차구조물	기	1	3,194
	나. 수문구조물	련	1	1,954
	다. 조력댐	m	1	37
	라. 연결구조물	개소	1	3,839
	마. 날개벽	개소	1	5,184
	바. 가물막이	m	1	39
	사. 통선문	개소	1	28,814
	아. 기초공	식	1	54,993
	자. Apron 및 세굴방지공	식	1	14,591
	차. 부대공	식	1	33,491
2. 기 계 / 전 기 공 사 비	가. 수차발전기	기	1	17,393
	나. 수문설비	문	1	2,095
	다. 수차용 호수측 스톱로그	식	1	9,892
	라. 수문용 호수측 스톱로그	식	1	4,030
	마. 해측 스톱로그	식	1	8,707
	바. 통선문 기전설비	식	1	37,554
	사. 전기설비	식	1	67,655
	아. SCADA 및 전자통신	식	1	7,250
	자. 건축기계설비	식	1	1,654
	차. 송전선로	km	1	2,343

주) 강화 조력발전소 예비타당성 조사 보고서 2007.10

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-건설단가 비교

토목에서 1식이란 처음부터 끝까지 공정을 모두 의미한다. 강화조력 발전소는 32기의 수차(터빈, 발전기)와 32련 의 수문을 예상하고 있다.

단류 식(낙조 식)방식이며 총공사비 2조 3,500억 연간 총 발전량은 15.5억Kw/h로 추정한다.

강화조력발전소를 단류식이 아닌 K10조력발전소로 건설하면 K10조력발전소는 양방향(복류 식)이며 수문 96련 을 증가하여 3,840억의 건설원가 증대하여 2조7,340억으로 늘어난다.

총 발전량은 연간 15.5억Kw/h보다 1.8~2배가 되는 30억~31억Kw/h로 증대된다. 강화조력발전소를 K10방조제구축공법으로 절감하는 공사비용을 제외한 공사비용이다.

전체공사비용의 13~15% 이내로 예상되는 3,840억을 추가하여 연간발전량이 15.5억Kw/h에서 30억31Kw/h발전 할 수 있는 K10형 조력발전소는 단류 식에 비하여 월등하게 총 발전량대비 건설원가가 저렴함을 알 수 있다.

강화조력발전소 단류 식에 추가되는 수문구조물의 단가는 1련 당 19.54억 수문설치 비용은 1문에 20.95억이다. 수문구조물과 수문설비 1련 설치비용은 40억 정도이며 호수 쪽에 설치하는 수문구조물의 단가는 도로가 필요 없기 때문에 수문구조물의 단가는 더 감소 할 수 있다.

여기에 추가되는 비용은 양측에 방조제비용과 수문용 스톱로그 1식비용이 40억이며 4식이면 160억 정도 추가 된다면 대략 3,840억 이내의 비용이 들 것이다.

부록(표2-1 항목별 단위공사비참조)

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3. 수차․수문 특성 곡선식

1) 수차 배수특성곡선

수차 제작사의 수치모형실험 결과를 통한 유량곡선 사용

가) 유량산정 식

Qt=(k6Hg6+k5Hg5+k4Hg4+k3Hg3+k2Hg2+k1Hg1+k0)× Nt

[표2-2] 수차 배수 특성곡선식의 계수

구분	k0	k1	k2	k3	k4	k5	k6
전영역 통일	-15	608	1240	1660	1200	433	61.5

2) 수문 배수특성곡선

-유량산정 식

Qng=Nng×a×△Hb

Nng: 신규배수갑문 설치대수(8대)

a  : 수리모형실험에서 도출된 계수(839)

b  : 수리모형실험에서 도출된 계수(0.3855)

△H: 수두 차 gross head(m)

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