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.

Daecheong Reservoir was made by the construction of a large dam (>15 m in height) on the middle to downstream of the Geum River and the discharge systems have the watergate-spillway (WS), a hydropower penstock (HPP), and two intake towers. The purpose of this study was to investigate the limnological anomalies of turbid water reduction, green algae phenomenon, and oligotrophic state in the lower part of reservoir dam site, and compared with hydro-meteorological factors. Field surveys were conducted in two stations of near dam and the outlet of HPP with one week intervals from January to December 2000. Rainfall was closely related to the fluctuations of inflow, outflow and water level. The rainfall pattern was depended on the storm of monsoon and typhoon, and the increase of discharge and turbidity responded more strongly to the intensity than the frequency. Water temperature and DO fluctuations within the reservoir water layer were influenced by meteorological and hydrological events, and these were mainly caused by water level fluctuation based on temperature stratification, density current and discharge types. The discharges of WS and HPP induced to the flow of water bodies and the outflows of turbid water and nutrients such as nitrogen and phosphorus, respectively. Especially, when hypoxic or low-oxygen condition was present in the bottom water, the discharge through HPP has contributed significantly to the outflow of phosphorus released from the sediment into the downstream of dam. In addition, HPP effluent which be continuously operated throughout the year, was the main factor that could change to a low trophic level in the downreservoir (lacustrine zone). And water-bloom (green-tide) occurring in the lower part of reservoir was the result that the water body of upreservoir being transported and diffused toward the downreseroir, when discharging through the WS. Finally, the hydropower effluent was included the importance and dynamics that could have a temporal and spatial impacts on the physical, chemical and biological factors of the reservoir ecosystem.

Pico hydropower, which refers to generation under 5kW, has been adopted in many places in the world as a cost effective and reliable power supply. The turbine units are important components for pico hydropower and must be portable, simple to maintain. In this study, therefore, Turgo turbine units were developed which reported to be reliable, robust and able to operate efficiently over a range of flow rates. A 2D steady-state mathematical model was developed to calculate the performance and design the optimal geometry of Turgo runner. Also, a laboratory-scale simulator was constructed to test the operating performance and experiments were carried out to determine the effect on turbine efficiency of variation in speed and jet diameter. Under the best conditions, developed Turgo turbine efficiency was observed to be over 90% at a speed of 900rpm.

The performance of helical hydro turbine in water pipe line depends on the sectional shape of turbine blade, pitch angle of turbine blade, solidity and number of turbine blades, To investigate the effects of these design factors on the performance of helical hydro turbine, flow analysis was carried out by using commercial code ANSYS CFX version 14..5. From CFD analysis we obtained the optimum design factors which were the asymmetric blade shape of NACA4420, the pitch angle of 15 degrees and the solidity of 0.3. These results can be used for the actual design of sphere-shaped helical turbine in water pipe line.

This study analyzed the temporal and spatial characteristics of water quality for five hydropower dam reservoirs in South Korea. Water temperature, pH, dissolved oxygen, and chlorophyll-a (Chl-a) showed high fluctuations in summer and autumn at all reservoirs, indicating the existence of seasonal effects. At all five reservoirs, the concentrations of suspended solids (SS) and total nitrogen (TN) fell under the “slightly bad” category and those of total organic carbon (TOC) fell under the “slightly good” category or higher, according to “the standard for living environment of lake water quality.” Variations in the concentration ranges and degrees of change in SS, TN, and TOC among reservoirs were observed, indicating the influences of rainfall, surrounding environments, and seasonal changes. Daecheong and Namgang Dam showed high Chl-a concentrations in summer, indicating that the metabolism of microbial communities, such as algae, was active.

This research summarizes the generating factors of greenhouse gas (carbon dioxide, methane, nitrous oxide) in hydropower dams and related domestic/foreign researches. Microorganisms and eutrophication are the main factors in greenhouse gases in hydropower dam reservoirs. The greenhouse gas emission from the hydropower dam is affected by meteorological factors and dam operation periods, and greenhouse gases are also emitted from the outlets. The fluxes of greenhouse gas emission from the hydropower dams were –926~180,806 mg CO2 m-2d-1, -0.19~3800 mg CH4 m-2d-1, and 0.01~16.1 mg N2O m-2d-1. In South Korea, the study on the greenhouse gas emission from Korean hydropower dams has been rarely, and therefore it is inquired. This research suggested the methods on the greenhouse gas emission from Korean hydropower dams and flux calculation.

K-water에서 운영·관리 중인 수차발전기(대수력, 보수력, 조력)는 전기사업법에 따른 정기검사 및 자체규정에 따라 종합시험 등 성능진단을 수행하며 안전관리에 만전을 기하고 있다. 이 중 보수력은 현재 녹조대비 댐-보 연계 운영 등에 의해 당초 보 관리수위보다 수위 저하하여 운영하는 등 사회적인 변화를 겪고 있는 상황으로 이때 보 수위가 당초 제작사에서 제시한 발전가능수위를 벗어난 경우 운영부서에서는 무효방류 최소화를 목적으로 안정적인 발전가능 범위에 대한 기술 검토가 필요한 실정이다. 이에 수위가 낮아졌을 경우 수차발전기와 토목구조물간의 운영 안정성에 관하여 성능진단을 통해 종합분석하여 안정적으로 설비를 운영·관리하고자 한다.

The numerical model was developed to estimate the transient behavior of pressure waves in pipe systems. The computational algorithm was proposed to model the water hammer phenomenon in a pipe system with pump shutdown at midstream and sudden valve closure at downstream. To predict the pressure head and the flow velocity as a function of time as a result of rapidly closing a valve and pump shutdown, two boundary conditions at the ends considering pump operation and valve control can be implemented as specified equations of the pressure head and flow velocity based on the characteristics method. It was shown that the effects of transient flow make it determine the needs for protection devices, such as surge tanks, surge relief valves, or air valves, at various points in the system against overpressure and low pressure. It produced reasonably good performance with the results of the proposed transient model for pipeline systems. The proposed numerical model can be used as an efficient tool for the safety assessment of hydropower plants due to water hammer.

본 연구에서는 북한의 발전(發電) 수자원 가능량을 조사하기 위해 포장수력 이론을 적용하였다. 발전수자원 가능량이라 함은 발전을 할 수 있는 수자원의 양을 뜻하며, 유역의 수자원을 효율적으로 사용할 수 있는 지점에 댐을 건설하기 위해 조사한다. 포장수력은 전원개발의 대상이되는 수력자원의 크기를 의미하며 수력에너지의 부존특성 개발의 방식 등을 감안하여 이론포장수력, 기술적 포장수력, 경제적 포장수력 등 3가지 유형으로 구분되나 본 연구에서는 북한의 자료의 한계로 인해 이론포장수력조사 방법에 대해서만 산정하였다. 이론포장수력이란 높은 곳에서 강하한 강수가 유역을 따라 해면까지 유하하는 데서 얻을 수 있다고 보는 유수의 잠재적 에너지로서 총 낙차와 강수량의 상승적 비례관계에 따라 산정한다. 북한의 압록강, 두만강 등 총 7개의 유역에 대해서 북한의 이론포장수력을 산정하였다. 이를 위해 북한의 27개의 강우관측소 자료를 이용해 유역별 강수량을 산정하였고 북한의 고도별 면적 강수량을 산정하기 위해 MODIS에서 제공하고 있는 Aster Gdem에서 북한 지역의 DEM을 추출하여 본 연구에 이용하였다. 이론포장수력 산정 결과 압록강유역이 7562.2×10³KW으로 가장 높았으며, 상대적으로 높은 표고에 위치한 압록강과 두만강에서 높게 산정되었다. 북한의 발전 수자원 가능량을 조사함으로써 유역의 수자원을 효율적으로 사용할 수 있는 지점을 파악할 수 있으며, 수자원의 장래 개발 가능성을 파악하고 그 개발을 촉진시키는 데에 지침이 되는 기본 자료로서 활용이 가능할 것으로 예상 된다.

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.

해외 수력발전사업의 대부분이 네팔, 파키스탄, 인도 등 유사 발생량이 많은 나라에서 이루어지고 있어 고농도의 유사발생으로 말미암아 유효저수용량 감소, 유사유입으로 인한 수차마모, 발전효율저하, 발전가동중지 등 심각한 문제가 예상된다. 본 연구에서는 Patrind 수력발전 사업의 저수지 퇴적을 모의하고자 미공병단(HEC)에서 개발된 범용 1차원 수리해석 프로그램인 HEC-RAS를 사용하여 유사이동 분석을 수행하였다. 유사이동 모의를 위하여 상하류단 유량 및 수위 경계조건과 유량-유사량 관계곡선식이 필요하며 이 외에도 유입유사 입경, 하상토 입경분포, 유사량 공식 등을 지정해 주어야 한다. 유량자료 분석을 통하여 1980년도의 유량곡선이 30년간 평균한 일평균 유량의 패턴과 유사하여 1980년도의 유량값을 반복적으로 적용하여 운영수위 EL. 765m를 기준으로 모의한 결과 약 4.5년 이후에 저수지 전체가 퇴적되는 것으로 분석되었다. 모형 구축 초기에는 SI 단위를 적용하여 모의하였으나 하상변동이 극히 미미하게 산정되는 문제점이 있어 이를 다시 영미 단위계로 수정하여 비교한 결과 HEC-RAS자체의 단위변환에 따른 프로그램상의 오류임을 확인할 수 있었다. 그림 1에 SI 단위로 구축한 모형에서 계산된 모의결과와 영미단위를 적용하여 계산된 모의결과를 서로 비교하였다.

댐의 계획과 설계단계에서 설정된 유효저수용량은 여러 가지 이유로 운영단계에서 잘 지켜지지 못하는 경우가 있다. 어떤 댐은 운영과정에서 내 외적인 주변여건의 변화로 본연의 운영목적을 달성하는데 어려움이 있을 수 있다. 따라서 이를 개선하기 위해서는 시설물의 목표 달성을 위한 기능회복이 적절히 이루어져야 하며, 관련 대안들이 마련되어야 한다. 특히댐 하류하천의 부적절한 관리는 댐의 홍수조절기능과 하천환경에 부정적인 영향을 미친다. 결국 댐의 다목적 기능을

향후 소수력 자원은 풍부한 부존량과 더불어 사회적 온실가스 감축 노력을 바탕으로 대체에너지로서 성장잠재력이 클 것으로 전망된다. 과거에 소수력 개발을 위한 자원조사는 많은 시간과 비용이 드는 현장조사나 종이지도에 의존해 왔다. 그리고 타당성평가, 개발 우선순위 결정과 같은 의사결정시 발전 성능특성과 경제성에만 치중해 왔다. 그러나 최근 들어 경제적인 부문 뿐만 아니라 인문-사회, 환경, 생태적으로 지속가능한 개발이 더욱 강조되면서 이러한 다기준의 고려는

본 연구에서는 하천유역에서 소수력 개발 대상지점에서의 최적규모를 결정하는 방안을 제시하였다. 제시된 방안은 지형 및 수문자료의 구축, 발전소 모의운영, 경제성분석, 최적규모 결정과 같은 일련의 절차로 이루어진다. 최적규모 결정을 위해 경제성 평가지표 가운데 하나인 순현가를 이용하였고, 이를 통해 최적 설계유량과 시설물의 최적규모를 도출하였다. 초기비용의 산출을 위하여 기존 소수력발전소의 비용 자료를 검토하여 함수식을 개발하였고, 편익 산정시 현재 공시된

소수력은 신재생에너지 중에서도 온실가스 배출량이 가장 적은 청정에너지중의 하나이며, 국내 부존량이 매우 풍부하기 때문에 최근 개발에 대한 필요성이 부각되고 있다. 그러나 국내에서 소수력 개발을 위한 자원조사나 연구는 1990년대 이후 매우 미흡한 상황이어서 체계적인 연구가 뒷받침 되어야 할 것이다. 본 연구의 목적은 소수력 개발의 계획단계에서 입지분석을 위한 방법론을 제시하는 것이다. 이를 위해서 제약기준과 입지기준을 설정하고 가중치를 부여하였으며, 각

유역내의 수력 에너지자원과 수자원의 효율적 관리를 위하여 통합혼합정수계획법(combined mixed integer proguamming)을 사용한 최적 발전기 운영계획 모형을 개발하였다. 통합혼합정수계획법 모형은 기왕에 개발된 혼합정수계획법 모형에서 발생할 수 있는 모순을 해결하기 위하여 개발되었다. 또한, 조건부 제약조건과 택일 제약조건들을 선형계획법 모형에서 사용 할 수 있도록 수정하는 기법을 제안하였다. 미국 콜로라도강 하부유역에 통합혼합정수계획