Small hydropower systems have emerged as an attractive solution for areas with low head and flow rates, offering versatility for implementation in diverse locations such as rivers and wastewater treatment plants. This research specifically focuses on exploring the potential of small hydropower generation within wastewater treatment plants. Through the utilization of computational fluid dynamics (CFD) analysis, the study successfully predicted the torque and power generation capacity of the installed turbine. The analysis underscored the effective control of fluid flow achieved through careful turbine design, including considerations of blade shape and quantity. For instance, in the case of the Tancheon wastewater treatment plant, the study revealed the ability to generate a torque of approximately 7000 Nm, translating to an estimated power production of around 48.3 kW per hour. Ultimately, this research significantly contributes to evaluating the feasibility and viability of small hydropower generation within wastewater treatment plants.

Hydro-electric power is a method of generating electricity from the rotational force of turbine blades by using the potential energy of a river or reservoir water. Recently, the necessity of small hydropower development is expanding due to the development and support of renewable energy, and because of the difficulty and environmental problems of huge dams. The purpose of this paper is to deal with a method of increasing the efficiency of small water turbine that can be adopt in low head condition. In order to improve the turbine efficiency, channel shape is optimized in order to minimize head loss using computational fluid dynamics. The angle values for the contraction and enlargement part of the channel where the turbine is located are found from the analyses. Additionally, three-dimensional analysis is applied to the optimized channel shape in order to confirm the optimized pipe.

본 논문에서는 상용코드인 ANSYS CFX를 통한 해양레저 스포츠 및 야외 활동 시 사용 가능한 휴대용 수평축 수차의 유입유속(U) 및 주속비(TSR, Tip Speed Ratio) 변화에 따른 성능해석을 수행하였으며, 해석결과 및 유동장 분석을 통해 설계에 대한 검토 및 장치의 성능을 확인하였다. 또한, 추가적으로 블레이드의 피치각도(αpitch) 변화에 따른 성능해석을 통해 수차의 성능개선에 필요한 데이터를 획득하고자 하였다. 본 논문의 연구 결과 수치해석 케이스 중 주속비 4인 경우, 모든 유입속도 및 블레이드 피치 각도에서 가장 높은 성능을 보였으며, 설계 유속 이하의 일부 조건에서도 설계 출력인 30 W 이상의 출력을 보였다. 그리고 수치해석 케이스 중 가장 높은 출력과 출력계수는 유입유속 1.5 m/s, 블레이드 피치 각도 3°, 주속비 4에서 보였으며, 출력 약 85 W, 출력계수 약 0.30이었다.

Design in small hydro power systems is the detailed work required a variety of epidemiological considerations. However, turbine designers were often feel the limitations due to repetitive calculations or drawings, rather than focusing on finding the turbine performance and efficiency improvements. Furthermore, miss the point in repeating the procedure design process or cross the interface is not easy to keep track of the changes required parameters should also feel the difficulties in efficient design. Improve this unreasonable points, though he design part is insufficient understanding of the hydro turbine, to automate the design to exclude the repetitive operations is the purpose of this study

최근 몇 년간 신재생에너지에 관심이 증가하고 있는 가운데 초기 투자비용이 높고 부정적 여론으로 인해 소수력발전소 개발이 부진한 실정이다. 그러나 소수력발전은 다른 신재생에너지에 비해 에너지 변환효율 및 밀도가 높고 이산화탄소를 배출하지 않아 대체에너지로써 개발 및 확대가 필요하다. 본 연구의 목적은 GIS를 기반으로 한 소수력 발전 가능 지역을 나타내는지도 애플리케이션 개발이다. 애플리케이션을 통해 소수력발전소 건설 예상 지점을 선택하고 사용수량과 발전용량을 산출한 후 경제성 평가를 수행하여 지점의 타당성을 검토할 수 있다. 강수량 등 관련자료가 풍부한 강원도 영월군을 대상지역으로 하여, 국가 수자원관리 종합정보에서 제공되는 수위관측소의 수위 자료와 강우관측소의 강우자료를 통해 산출한 유출량자료를 비교·분석하여 사용유량을 산출하였다. 이를 토대로 소수력 발전소 예상 설치 지점의 예상발전용량과 연간전기생산량을 산정하였으며, 비용편익비를 통한 경제성 분석을 실시하였다. 본 연구 결과의 활용 측면에서 유효낙차 별로 예상발전량, 연간전기생산량, 경제성분석 등을 단시간에 평가할 수 있고, 전국을 대상으로 잠재되어 있는 소수력 발전 가능지역을 선별하는데 활용될 것으로 기대된다. 또한 장소의 제약 없이 현장에서도 간편하게 소수력 발전 가능지역을 선별할 수 있는 장점이 있다.

태양 에너지, 풍력에너지, 폐기물에너지 등의 친환경적인 신재생에너지 중에서도 온실가스의 배출량이 가장 적으며 다른 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가진 소수력은 상대적으로 낮은 경제성으로 인해 과거에는 개발이 활발하게 이루어지지 않았다. 그러나 2013년 10월 말, 우리나라 소수력발전소 전체 설비용량은 159,975㎾로 팔당수력의 발전용량(120,000㎾)을 넘어설 정도로 활발히 개발되어지고 있다. 이는 소수력 발전소의 최적입지조건에 대한 분석을 통해 경제성 높은 발전을 이뤄낸 결과로서 소수력 발전의 경제성은 최적의 입지조건과 직결된다고 볼 수 있다. 그러므로 최적의 입지조건을 선정하기 위해 우리나라 하천에 대한 수문학적 분석 및 소수력자원량 평가에 대한 지속적인 연구가 필요하다. 본 연구에서는 제주도를 포함한 5대강 유역 내에 위치한 840개 표준유역을 대상으로 소수력발전 설비용량 및 연간발전량을 산정하기 위해 전국 358개 강우관측소(국토해양부 313개소, 기상청 45개소)를 기준으로 티센망을 구축하였으며, 구축된 티센망과 강우자료를 통해 각 표준유역별 연평균유량을 산정하였다. 연평균 유량 산정 시 유출계수는 수자원장기종합계획(2006)에서 제시한 유출계수를 각 표준유역에 적용하였다. 유량을 주요 매개변수로 하는 소수력 설비용량 및 연간발전량 공식에 시스템 효율과 가동률을 고려하여 낙차별 설비용량 및 연간발전량을 산정하였다. 그 결과 낙차가 높아짐에 따라 설비용량 및 연간발전량은 선형으로 증가하였으며, 단위 유효낙차 당 권역별 최대 설비용량 및 연간발전량은 한강권역의 경우 설비용량 4,140.97㎾, 연간발전량 16,686.46㎿h, 금강권역 2,468.40㎾, 9,946.65㎿h, 낙동강권역 2,728.83㎾, 10,996.11㎿h, 섬진강·영산강권역 160.14㎾, 642.93㎿h로 총 설비용량 9,498.34㎾, 연간발전량 38,272.15㎿h로 산정되었다.