[일본] 전력 고정가격 매입제도로 각광받는 소규모 수력발전
고정가격 매입제도 도입을 계기로 소수력 발전모델의 설치 및 운영이 현실화
80년 역사의 수력발전 전문기업 ‘타나카 수력’의 다각적 기술개량 노력
에어컨 대기업 ‘다이킨’의 마이크로 수력발전 부문 진출
□ 일본의 전력 고정가격 매입제도와 소수력 발전
○ 일본의 경우, 전체 전력 중 재생가능 에너지가 차지하는 비율은 약 1%, 에너지 자급률은 약 4%(자원에너지청 2009년 통계)인 상황
○ 2012년 일본 정부는 탄소 배출을 억제하고 에너지 자급률 제고할 목적으로 2010년부터 2020년까지 민간의 재생 에너지 발전 전력량에 대한 고가 고정매입 방침을 제도화
- ‘재생가능 에너지 고정가격 매입제도(Feed-in Tariff. 이하 ‘FiT’로 약칭)‘라 명명
○ 수력을 이용해 전기에너지로 전환하는 ‘소수력 발전’의 경우, 전력 고정가격 매입제도의 대상이 되는 전력에너지로, 매입 기간 및 조건은 아래의 표와 같음.
· 소수력 발전: 소하천이나 기존 시설물을 이용하는 소규모 수력발전
소수력 발전에 대한 매입 기간 및 가격
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1,000~30,000㎾ |
200~1,000㎾ |
200㎾ 미만 |
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조달 가격 |
24엔+세금 / 1kWh
(14엔+세금 / 1kWh) |
29엔+세금 / 1kWh
(21엔+세금 / 1kWh) |
34엔+세금 / 1kWh
(25엔+세금 / 1kWh) |
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조달 기간 |
20년 |
20년 |
20년 |
주: 괄호 안의 조건은 기존 용수로 등을 활용해 전기설비와 수압관 등만을 증설하는 경우
자료원: 자원에너지청
○ 일본의 경우, 대형 수력발전소 건설 수요는 많지 않았으나, FiT 도입을 계기로 1만㎾ 이하 소수력 발전 수요가 발생, 소수력 발전 설비의 설치 및 운영이 현실화됨.
- 특히 매입 가격이 높은 100㎾ 미만 규모의 마이크로 수력발전시설에 대한 관심이 높아짐.
□ 발전시설의 높은 공간효율 및 가동률이 소수력 발전의 매력
○ 소규모 발전시설로도 효율적 발전이 가능
- 최신 태양광패널의 발전능력은 1㎡당 150W 수준으로, 150㎾ 발전을 위해서는 1000㎡ 규모의 패널 설치가 필요함. 200㎾ 이하 급의 소수력 발전에 필요한 수차 크기는 직경 1m 이하인 경우가 대부분으로, 소규모 건물에도 얼마든지 설치 가능
- 특히 소수력 발전의 경우, 낙차 폭이 크지 않은 조건에서도 발전이 가능하므로 기존의 용수로, 정수시설, 방류시설 등에 추가적인 대규모 토목공사 없이 병설 가능
○ 태양광 및 풍력발전에 비해 시설 가동률이 높음
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소수력 발전 |
태양광 발전 |
풍력 발전 |
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이용률 |
약 70% |
약 12% |
약 20% |
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발전원가 |
8~25엔/kWh |
37~46/kWh(가정용) |
10~14/kWh(4.5㎿ 이상) |
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특징 |
발전량 변동이 적음. |
낮에만 발전 가능
일조량에 따라 발전량 변동 |
바람 상황에 따라 발전량 변동 |
자료원: 환경성
○ 에너지 변환 효율의 개선
- 발전 매개인 물의 위치 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정에서의 종합 효율이 약 70~80%로 다른 발전방식에 비해 상대적으로 높은 것도 수력발전의 매력
- 지속적인 효율 개선 노력으로 현재 대형 발전소의 경우에는 90% 이상, 소수력 발전의 경우 80% 이상 확보 가능한 경우가 많음.
자료원: NIKKEI 산업 신문, KOTRA 도쿄 무역관 작성
□ ‘타나카 수력’의 다각적 기술 개량 노력
○ 수력발전 분야에서 80년 이상의 역사를 가진 ‘타나카수력’은 원통형의 컴팩트 타입 발전기 개발에 성공
- 19세기에 기본 원리가 확립된 ‘프랜차이즈 수차’ 방식은 다양한 수로와 낙차에 대응이 가능해 현재도 70~80%의 수력발전 시설에서 채택 중임.
- ‘프랜차이즈 수차’는 설치 시 넓은 공간을 필요로 하는 것이 단점이었으나, ‘타나카 수력’은 이를 세로로 긴 원통형 기구에 수납해 면적 1~2㎡, 높이 2~3m의 소규모 공간에 설치를 실현
- 나아가 세로 형태 설치 시에 윤활유가 새는 문제에 대응하기 위해, 식용 가능한 타입의 윤활유를 사용하는 방수처리 방식을 활용
'타나카 수력'이 개발한 원통형 컴팩트 타입 발전기
자료원: NIKKEI 산업 신문, KOTRA 도쿄 무역관
○ ‘가이드 벤(Guide vane)’ 등 핵심 부품도 개량
- 수력발전 시설에서는 유량 변화에 대응하기 위해 ‘가이드 벤’을 설치
- 기존의 ‘가이드 벤’은 구조가 복잡하고 사용되는 부품 개수도 많아 제조 및 유지관리 비용이 많이 드는 것이 단점이었음.
- ‘타나카 수력’은 가이드 벤을 구성하는 ‘링크’와 ‘암’을 상용 톱니바퀴 제품으로 대체함으로써 수차 제조 총 비용의 30%를 절감
개량한 가이드밴
자료원: NIKKEI 산업 신문, KOTRA 도쿄 무역관
○ ‘타나카 수력’의 타나카 코오타 대표는 “FiT 도입 이전에는 소수력 발전 플랜트 수주 실적이 연간 2~5건에 불과했으나, 도입 이후에는 연간 15~20건으로 증가했다”고 밝힘.
수력발전 시설
자료원: NIKKEI 산업 신문
□ 에어컨 메이커 ‘다이킨’의 마이크로 수력 발전 부문 진출도 주목할 만
○ 에어컨 사업 일본 최대 기어인 ‘다이킨’, 에어컨 공조기 등 분야에서 축적한 노하우를 활용해 저가 수력발전 시스템 개발 중
- 환경성의 ‘탄소배출 삭감대책 강화/유도형 기술개발 및 실증 사업’을 활용하는 형태로, 관수로용 마이크로 수력발전 시스템 개발에 착수
- 유량조절 기능 없이도 안정적 발전이 가능한 시스템을 지향, 현재 20년으로 상정된 수력발전 시스템의 투자비용 회수 기간을 10년으로 단축시키는 것이 목표
- 펌프 등 기존 제품 활용 가능 부분은 적극적으로 상용품을 도입해 비용 절감, 현재 75㎾ 모델과 22㎾ 모델 실증 완료
○ 전압과 전류를 제어해 주파수를 변환하는 인버터 기술을 활용해 유량변화 대응용 부품인 ‘가이드 벤’ 생략 기술도 개발
- 에어컨에서는 공기의 온도를 조절하는 압축기의 회전수를 인버터를 통해 제어. ‘다이킨’은 같은 원리를 수력발전에도 적용
- 발전모터 회전수를 인버터 기술로 운용하는 계통연계를 구현해 제조 및 유지관리 비용 절감이 가능해짐.
○ 에어컨 팬의 설계기술을 활용해 팬 스크루를 개발하고, 영구자석 삽입형 고효율 모터를 활용하는 등 여타 에어컨 기술 노하우 활용 사례도 등장
에어컨 팬 설계기술이 반영된 수력발전용 팬 스크루
자료원: NIKKEI 산업 신문
□ 시사점
○ 일본은 현재 고정가격 매입제도 도입을 계기로 소수력 발전의 현실적 도입 및 운용이 가능해진 상황
- 소수력 발전은 소규모 사업자가 주로 도입 주체이므로, 매입 가격 및 기간에 대한 행정적 지원과 담보가 필수적임.
○ 소수력 발전 산업에서 요구되는 기술적 요건을 갖춘 국내 관련 기업은 일본 진출 가능성 있어
- 소수력 발전은 다양한 수로 및 낙차 환경에 대한 대응이 가능해야 함.
- 발전설비 설치 공간이 협소한 경우가 많기 때문에 대규모 시스템은 설치가 어려움.
- 초기 설비투자 예산이 제한적인 경우가 많기 때문에, 설치 환경별로 최적화된 고기능 시스템보다는 저비용으로도 도입이 가능한 범용 시스템이어야 함.
- 도입 및 유지보수 비용 절감을 위해 구조의 단순화 및 일반 상용부품 활용 등이 필요
○ 에어컨 대기업인 ‘다이킨’의 인버터 기술 등의 접목 사례에서 알 수 있듯, 소수력 발전기업 외에도 이 산업에서 활용 가능한 기술을 보유한 기업은 기존의 노하우를 활용하는 형태로의 사업 진출도 가능할 것으로 사료됨.
자료원: NIKKEI 산업신문, 인버터 기술동향 및 응용사례(LS산전), 에너지청, 환경성 및 KOTRA 도쿄 무역관 자료 종합
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