소수력발전기술

제1장　수력 이용의 원리　/ 11
1.1 물의 에너지 / 13
1.2 에너지 보존의 법칙 / 17
1.3 수력 원동기의 분류 / 19
1.4 전기에 관한 지식 / 22
1.5 교류 발전기(alternator) / 32
1.6 레귤레이터(regulator) / 38
1.7 배터리 / 40

제2장　소수력 발전 / 47
2.1 수력 발전에 필요한 기초 지식과 기본적인 에너지 식 / 50
2.2 소수력 발전의 특징 / 55
2.3 소수력 발전 방식 / 57
2.4 수차 선정 / 71

제3장　수차(水車) / 73
3.1 수차의 이론 / 75
3.2 수차의 출력 / 76
3.3 수차의 종류 / 79
3.4 소형 발전용 수차 / 90
3.5 수차의 형식 / 94
3.6 서양의 수차들 / 97
3.7 수차의 발전사 / 100
3.8 수차의 개량 / 101
3.9 새로운 형식의 수차 / 105
3.10 물터빈의 출현 / 107

제4장　각종 수차 설계와 실험　　109
4.1 위돌림 수차 / 111
4.2 위돌림 수차의 설계 예 / 121
4.3 흉벽을 갖는 가슴돌림 수차 / 124
4.4 다른 형식의 수차 / 131
4.5 개방주류형 수차 / 136
4.6 개방주류형 수차의 기초 / 137
4.7 개방주류형 수차의 실험 데이터 / 139
4.8 수차 출력 / 147
4.9 설치의 예 / 148
4.10 직류 발전 / 156
4.11 직류 발전 수차 설치 계획 / 157

제5장　발전기　　165
5.1 발전기의 원리 / 167
5.2 소수력 발전에 적용되는 발전기 / 171

제6장　동력전달장치　　181
6.1 벨트전달방식 / 183
6.2 축직결방식 / 185
6.3 증속기방식 / 186
제7장　소수력 발전의 설치장소와 설치 예　/　189
7.1 설치장소의 조사 / 191
7.2 소수력 발전의 후보지 / 192
7.3 소수력 발전의 설치 예 / 197
7.4 소수력 발전의 실증 예 / 208

제8장　소수력 발전시스템의 유지.관리　/　215
8.1 설치장소의 유지.관리 / 217
8.2 용수로의 잡초와 쓰레기 처리방법 / 218
8.3 전기설비의 유지.관리 / 221
찾아보기 / 223

[머리말]

에너지란 말의 어원은 희랍어로 “일을 하는 능력”을 뜻한다고 한다. 인간은 이 일하는 능력을 온갖 기술을 구사하여 이끌어냄으로써 풍요롭고 편한 사회로 발전시켜 왔다.
한편, 20세기 초에 16억 명에 불과했던 세계 인구는 오늘날 70억 명에 육박하고 금세기(21세기) 중반에는 80억 명에서 110억 명에 이를 것으로 예측되고 있다. 이처럼 폭발적으로 늘어나는 인구 증가로 에너지가 대량 소비되어 해마다 소비량도 엄청난 추세로 늘어나고 있다.
오늘날 우리가 사용하는 에너지는 표에서 볼 수 있듯이 화석연료에 크게 의존하고 있으며, 이 화석연료는 지구 온난화의 원인이 되고 있다. 지구상에는 연간 240억 톤의 이산화탄소가 배출되고 있으며 해양과 삼림 등에 의해서 약 절반이 흡수되고 나머지 120억 톤은 대기 중에 축적된다. 축적된 이산화탄소가 온실효과 가스가 되어 지표의 평균기온을 상승시키고 있다는 사실은, 빈발하는 세계 각지의 이상기상현상과 예상을 뛰어넘는 북극권 등의 빙하?빙상의 용해를 통해서도 실감할 수 있다.
또 화석연료 자원에는 한계가 있다. 세계의 석탄자원은 6.2조 톤으로 추정되지만 경제적으로 채취 가능한 확인 매장량은 1조 톤 가량이므로 현재의 소비량 추세로는 약 150년간 공급이 가능할 것이라는 전망이다.
전세계 석유의 확인 매장량은 1조 배럴에서 1조 2000억 배럴이고 현재 세계 석유생산량은 연간 약 4300억 배럴이므로 2006년 매장량 기준으로 계산하면 이후 약 30~40년간 공급이 가능할 것으로 추산되고 있다.
화석연료에서 벗어나는 최선의 길은 수력 발전을 이용하는 것이다. 수력 발전은 이산화탄소를 배출하지 않고 물도 오염시키지 않는다. 건설에 다소 비용이 들기는 하지만 일단 완공된 뒤에는 운용비도 다른 어떤 방식보다 경제적이다.
그러나 수력 발전에 기대려면 무엇보다 먼저 수자원의 이용 극대화가 전제되어야 한다. 세계적으로 볼 때 연간 평균 강우량이 유별나게 적은 나라도 아니건만 우리나라는 물부족 국가의 하나로 분류되고 있다. 물을 너무 허술하게 흘러 보내기 때문이다. 웬만한 홍수에도 지방 하천이 범람하여 농경지를 휩쓸기 예사지만 달포 정도 지나서 가 보면 그 하천은 이미 물 한 방울 구경할 수 없는 건천으로 탈바꿈한 모습을 목격할 수 있다.
지난 수년 동안 우리나라는 많은 예산을 투입하여 4대강 정비사업을 펼쳐 왔다. 운하사업을 하려고 한다는 일부 오해와 반대의 소리도 없지 않았지만 강의 범람을 막고 맑은 식수원을 확보하며 물부족 사태에 대비하여 담수량을 늘린다는 측면에서 볼 때 앞으로 그 효과가 기대되는 바 크다.