소형수력 발전 개발 타당성은 유량(Q)·낙차(H)·용량계수(CF) 세 값만으로 1차 스크리닝이 가능합니다. 출력(kW)·연간발전량(MWh)·REC 산정까지 한 번에 계산해 후보지를 빠르게 선별하고 과대평가를 줄입니다. 인허가·계통 체크포인트도 함께 제공합니다. 실무용 계산식 중심입니다.
소형수력 발전 개발 타당성을 검토할 때 가장 흔한 난점은 ‘자료 부족’입니다. 강이나 수로를 보며 ‘여기 소형수력 가능할까’라는 질문을 하면, 대답은 근거 없는 감으로 흐르기 쉽습니다. 초기 단계에서는 정밀설계보다 빠른 계산이 먼저입니다. 아래는 유량·낙차·수익성을 한 장으로 묶어 후보지를 10분 안에 걸러내는 방법입니다. 계산이 된 뒤에도 인허가와 계통을 함께 확인해야 합니다.
타당성 1차 판단: Q·H·CF 세 값부터 잡습니다
소형수력은 연료비가 거의 없고 운영이 단순해 보이지만, 사업성은 물리 조건에 지배됩니다. 첫째는 가용유량(Q)입니다. 평균유량이 아니라 갈수기에도 유지되는 유량에서 하천유지유량(생태유량 등)과 취수 제한을 뺀 “쓸 수 있는 물”을 기준으로 봐야 합니다. 둘째는 유효낙차(Hnet)입니다. 취수부와 방수부의 높이차(총낙차)에서 관로 마찰·밸브·곡관 손실을 제외한 값이 실제 출력을 만듭니다. 셋째는 용량계수(CF)입니다. 설치용량이 커도 유량 변동, 부유물, 계획정지, 수위 제한으로 가동률이 낮으면 연간발전량이 줄어듭니다. 현장 메모용으로는 Q=Q30~Q60(유량지속 30~60% 구간), Hnet=Hgross×(1−손실률), CF=보수/기준/낙관 3개 시나리오로 두면 스크리닝 속도가 빨라집니다. 이렇게 잡은 세 값은 이후 인허가·계통 검토에 투입할 후보지를 선별하는 최소 입력값입니다. 계산 순서는 Q→Hnet→η→P→CF→연간발전량 순으로 고정하면 실수가 줄어듭니다. Q는 m³/s, H는 m, CF는 0~1 범위로 두고, 자료가 빈약한 지점은 ‘기준값’보다 10~20% 낮춘 보수값으로 먼저 평가하는 것이 안전합니다.
1분 스크리닝 출력 계산: P(kW)=9.81×Q×H×η
소형수력의 기본식은 P = ρ·g·Q·H·η 입니다. 물의 밀도(ρ)와 중력가속도(g)를 상수로 두면 실무에서는 P(kW) ≈ 9.81 × Q(m³/s) × H(m) × η 로 단순화해 계산합니다. (Nature) 여기서 H는 총낙차가 아니라 유효낙차를 넣어야 하며, η는 터빈·발전기·전력변환을 합친 종합효율입니다. 예시로 Q=0.30m³/s, H=10m, η=0.75라면 P≈22kW입니다. 또 하나의 빠른 점검은 단위입니다. Q를 L/s로 받으면 1,000으로 나누어 m³/s로 바꿔야 하고, 낙차를 cm로 재면 m로 환산해야 합니다. 초기에는 η=0.65~0.80, H는 손실을 반영해 낮게 잡아 과대평가를 막는 것이 안전합니다. 낙차가 큰 지점은 펠톤, 중낙차는 프란시스, 저낙차·대유량은 프로펠러·크로스플로가 주로 검토되며, 형식에 따라 효율 곡선이 달라 CF와 함께 재평가해야 합니다. 민감도도 빠르게 볼 수 있습니다. 낙차 1m 증가 시 출력은 약 9.81×Q×η(kW)만큼 늘고, 유량 0.01m³/s 변화는 약 0.098×H×η(kW) 차이를 만듭니다. 지배 변수를 확인하면 측량·유량계측의 우선순위가 명확해집니다.
설계유량 고르는 법: 유량지속곡선으로 가동률을 예측합니다
유량은 한 줄 평균으로 판단하면 오차가 커집니다. 소형수력은 연중 변동이 크므로 유량지속곡선(FDC)에서 “어떤 유량이 연중 몇 % 시간 동안 유지되는지”를 확인해야 합니다. 설계유량을 너무 크게 잡으면 우기 외에는 정격에 못 미쳐 CF가 급락하고, 너무 작게 잡으면 CF는 좋아 보여도 설치용량이 작아 매출 상한이 낮아집니다. 국내 연구에서도 누적 지속확률과 FDC를 이용해 설계유량을 산정하는 방식이 사용됩니다. (한국수자원학회) 실무 스크리닝에서는 (1) 확보 가능한 유량자료 기간(가능하면 5~10년 이상), (2) 갈수기 최저유량, (3) 하천유지유량·취수 제한을 함께 반영한 “가용유량 시계열”을 만든 뒤, 지속확률 30~60% 구간의 유량을 설계유량 후보로 두고 CF 시나리오를 돌립니다. 자료가 부족하면 인근 관측소 유량을 유역면적비로 환산해 임시값을 만들되, 경계선 사업지는 반드시 현장 계측으로 교정해야 합니다. 설계유량을 정했다면 가용유량=관측유량−하천유지유량처럼 제약조건을 먼저 적용한 뒤 계산해야 합니다. 홍수기 우회 운전이 발생하면 FDC 상단 구간은 매출에 그대로 반영되지 않을 수 있습니다.
낙차 산정의 핵심: 총낙차에서 손실수두를 빼서 Hnet를 만듭니다
낙차는 측량으로 끝나지 않습니다. 타당성 계산에 쓰는 값은 유효낙차(Hnet)=총낙차(Hgross)−손실수두입니다. 관로가 길고 직경이 작을수록, 그리고 유량이 클수록 마찰손실이 커져 Hnet가 빠르게 줄어듭니다. 특히 저낙차(보·수로·방류구 활용)에서는 손실 1~2m가 출력의 상당 부분을 깎아 사업성을 뒤집을 수 있습니다. 초기 검토에서는 정식 수리계산 전에 관로 조건을 기준으로 손실을 보수적으로 가정하는 방식이 유용합니다. 예를 들어 직선 위주의 짧은 관로는 총낙차의 5~10%, 굴곡·밸브가 많거나 긴 관로는 10~20%를 손실로 두고 Hnet를 산정한 뒤, 사업성이 나오면 다르시-바이스바흐 등 정식 손실 산정으로 재검증합니다. 또한 취수부·방수부 수위가 계절별로 변하는지(수문 운영, 하상 변동)를 확인해 ‘최저 수위 기준’으로 낙차를 잡아야 합니다. 총낙차 측정은 레벨 측량이 가장 확실하며, 지도 고도나 휴대폰 GPS 고도만으로 판단하면 오차가 커질 수 있습니다. 또한 낙차 기준은 수면과 터빈 중심선 중 무엇을 기준으로 삼는지에 따라 달라지므로, 초기부터 ‘수면 기준’을 명확히 해 두는 것이 좋습니다.
연간발전량과 CF 계산: 8760시간에 ‘현실 가동’을 곱합니다
연간발전량은 “설치용량(kW) × 8760시간 × 용량계수(CF)”로 빠르게 계산합니다. 발전량은 기간 내 생산 전력량(kWh, MWh)으로 정의되며, CF(plant factor)는 핵심 운영지표로 쓰입니다. (EERE Energy) CF는 유량 변동뿐 아니라 정비정지, 홍수기 부유물, 취수구 막힘, 계통정지, 수위 제한 같은 운영 현실을 포함해야 합니다. 앞의 예시 P=22kW에 CF=0.50을 가정하면 연간발전량은 약 96.7MWh입니다. 스크리닝 단계에서는 CF를 0.35/0.50/0.60처럼 3개 시나리오로 두고, 각각의 연간발전량과 매출을 비교하면 의사결정이 빨라집니다. 유량자료가 있다면 FDC에서 정격유량 이상 구간의 시간비율을 CF 상한으로 두고, 그보다 10~20% 낮춘 값을 기준 시나리오로 두는 방식도 실무에 유용합니다. 계산식을 단위로 쓰면 연간발전량(MWh)=P(kW)×8760×CF÷1000 입니다. CF를 과하게 올리는 원인은 ‘계통 정지’와 ‘취수구 막힘’ 같은 비정상 시간을 빼먹기 때문입니다. 시설 접근성이 낮거나 유입부 관리가 어려운 지점은 CF를 한 단계 낮춰 보수적으로 보는 편이 안전합니다.
수익성 빠른 계산: (전력매출) + (REC매출)로 분리해 계산합니다
국내 재생에너지 발전 매출은 전력판매대금(SMP 등)과 공급인증서(REC) 매출로 나누어 보는 것이 일반적입니다. KPX는 수요예측과 입찰자료 등을 바탕으로 시장가격을 산정하는 절차를 운영합니다. (전력거래소) REC는 전력공급량(MWh)에 가중치를 곱해 산정되며, 발급·거래 절차와 발급수수료(REC당 55원, 100kW 미만 면제 등)가 안내되어 있습니다. (한국전통문화전당) 관련 고시 별표에서 ‘수력’의 공급인증서 가중치가 1.5로 제시되어 있습니다. (법제처) 또한 REC 발급량은 소수점 이하는 자동 이월, 소수점 넷째자리 이하는 절사된다고 안내됩니다. (한국전통문화전당) 1차 매출식은 (연간발전량 kWh×전력단가) + (연간발전량 MWh×가중치×REC단가)로 정리됩니다. 비계량 리스크는 하천점용·구조물 사용권, 홍수위 계획, 어도·생태연결, 접속비·선로증설이며, 착수 전에 먼저 확인해야 합니다. 예시로 96.7MWh라면 가중치 1.5 적용 시 약 145REC 수준이 됩니다(가격은 시장에서 변동).
결론
소형수력은 Q(가용유량)·Hnet(유효낙차)·CF(가동률)만 제대로 잡아도 1차 타당성 판단이 가능합니다. 출력은 9.81×Q×H×η로, 발전량은 용량×8760×CF로 계산한 뒤 SMP와 REC 매출을 분리해 보십시오. 보수적 가정으로도 수익이 남는 지점만 현장 계측과 정밀 검토로 넘어가면 됩니다. 경계선이면 설계유량·손실수두·접속비를 포함해 현금흐름으로 재평가하시기 바랍니다.
유의사항
본 글은 소형수력 사업의 개념과 1차 스크리닝 계산을 돕기 위한 일반 정보입니다. 실제 사업성은 현장 측량, 장기 유량자료, 설비 형식, 인허가 조건, 계통 연계비, 계약구조, 시장가격(SMP·REC) 변동에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 투자 또는 설계·공사 결정 전에는 관련 기관의 최신 제도 안내와 전문 엔지니어링·법률·세무 자문을 통해 재검증하시기 바랍니다.