원자력, 화력발전소, 제철소 등의 다양한 임해 공업시설로부터 방출되는 냉각용 온배수는 연안일대 해수의 열균형을 파괴시켜 생태계의 보존 및 환경관리에 좋지 못한 영향을 야기케 된다. 이러한 영향은 해안 또는 만내의 수중온도를 전반적으로 높일뿐 아니라 가동중단시 갑자기 수온을 떨어뜨려 해양생물상에 피해를 줄수도 있다. 또한 온배수에 의하여 온도가 상승된 해수가 취수구를 통하여 재순환되어 냉각기능의 부진을 초래하게되면 발전효율 또는 기계가동율을 저하시키게 된다. 이러한 측면에서 온배수의 확산에 대한 정성, 정량적인 예측은 환경영향평가, 취.배수구 설계조건의 산정 등에 매우 중요한 문제라 하겠다. 본 연구는 정지수역으로 유입하는 3차원 정상류 표면온배수 해석모형의 개발로서 개발된 모형의 수치실험을 통하여 온배수 확산의 물리적 특성을 규명한다. 지배방정식에 나타나는 Reynolds 응력항($)과 온도유동 프럭스항($)의 해석에서 필요한 난류모델은 k-$\varepsilon$ 모형에 난류 평균자승 온도유동($) 및 그 감쇄방정식을 추가한 4-방정식 모델로서 구성하였다. 아울러 3차원 정상류 모형에서 야기되는 타원형 방정식을 포물형 방정식의 형태로 전환하여 효과적으로 해석할 수 있도록 모델의 특성을 정리하였다. 본 모델의 검증을 위하여 Lal 및 Rajaratnam(1977)의 물리적 실험값과 비교해본 결과 온배수 거동의 물리적현상이 잘 일치하였다. 또한 McGuirk 및 Rodi(1979)에 의해 개발된 2-방정식 k-$\varepsilon$ 난류모형의 해석결과에 대하여 비교분석을 실시하였다.
가로흐름이 존재하는 무한수역으로 방출되는 표면 온배수에 의한 온도장 예측을 위하여 k-$\varepsilon$ 난류모델을 이용한 근해역 3차원 온배수 수치모델을 개발하였다. 개발된 모델에 의한 수치실험 결과는 다소 제한적이긴 하나, 실험결과 자료와 비교적 잘 일치하였다. 3차원 온배수 난류모델의 적용을 통해 가로흐름과 상호작용은 물론 수심적분 2차원 수치모델에서 해석이 곤란한 온배수 확장에 따른 성층화 현상, 부력에 기인된 횡방향의 중력확장 및 제트 저면에서의 포획연행 현상을 잘 나타내었다.
본 연구는 온배수가 인근 소하천의 수질과 농경지내 오염성분함량 변동에 미치는 영향을 구명하고 이에 대한 대책을 수립하는데 활용하고자 1997년 1월부터 1998년 9월 사이에 수행되었다. 온배수 유입으로 인근 소하천 물 중의 $PO_4^{3-}, SO_4^{2-}, Cl^{-}$, $NH_4 -N, Ca^{2+}, Na+ $및 COD성분함량은 농업용수 기준보다 낮았으며 유거 거리가 길어질수록 이들 농도는 더욱 낮아졌다. 유출된 온배수 중 $SO_4^{2-}$.농도는 농업용수 기준을 초과하였으나, 유거되면서 비오염 하천수와 혼합되었을 때 그 농도는 농업용수기준보다 낮아졌다. 온배수 수로변 침전퇴적물중 S, T-N, 토양유기물, 인산의 농도는 배출구로부터 가까워질수록 높았으며 Ni, Fe, Zn, Cu, Pb와 같은 금속류 함량은 온배수 유입지에서 가장 높았다. 온배수가 유입되어도 논 토양 중 T-N, EC, S, 토양유기물, 인산 함량은 축적되지 않았는데 이는 벼와 같은 재배식물의 양분대사와 논 토양의 자정력에 기인한 것으로 보인다. 그러나 조사지역의 온배수로 벼를 재배해도 토양중 오염성분의 집적은 나타나지 않았으나 온배수 중 EC와 NO$_3$-N농도를 감안한다면 벼 재배시 장기간 관개용수로 다량 사용시에는 비료사용량을 줄여주는 것이 농업환경보전에 바람직할 것으로 사료된다.
발전소 등에서 배출되는 온배수는 해수의 수은을 변화시키며, 이로 인해 해양생태계에 많은 영향을 미친다 (Naylor, 1965). 발전소 온배수에 의해 27.2$^{\circ}C$~31.$0^{\circ}C$의 수온상승은 부착성 군집구조 가 우세하며, 37$^{\circ}C$이상의 수온에서는 수주고둥 및 따개비류를 제외한 모든 동ㆍ식물이 소멸한다 (Suresh et al., 1993). 또한, Ahamed et al. (1992)는 발전소 온배수의 영향을 받는 해역에서는 소수의 수주고둥과 남조류를 제외하고 해양생물 출현이 없었다고 보고하였다. (중략)
제주도 남부해역을 대상으로 1997년부터 1999년까지 매달 현장 조사시 수온을 측정하였으며, 3차원 유체역학 수치모델을 이용한 시뮬레이션을 통하여 수온 분포를 재현하였다. 대상해역내에서 화순화력발전소로부터 배출되는 온배수의 열부하를 수용하기 위한 해양환경용량을 산정하기 위하여, 3차원 유체역학 수치모델을 이용하여 화력발전소 온배수의 열부하를 정량적으로 조절함으로써 해양생물에게 부적합한 수온 변화가 나타나는 환경 악화 현상을 예측하는 시뮬레이션을 실행하였다. 화순화력발전소가 하계에 35.9℃의 온배수를 112,800m³/day의 배출량으로 바다에 방류하고 있는 현재의 상태를 기준으로 하여 예측한 시뮬레이션 결과, 발전소 온배수의 열부하가 증가할수록 발전소 주변해역의 수온은 더욱 상승하는 것으로 나타났다. 발전소 온배수의 열부하가 현재 부하의 약 5배로 증가하는 경우, 발전소 주변 연안해역에서의 수온은 하계의 현재 수온보다 0.5℃만큼 상승하는 것으로 계산되었다. 화순화력발전소로부터 배출되는 온배수의 열부하를 수용하기 위한 제주도 남부연안해역의 해양환경용량은 현재 열부하의 약 5배에 해당하는 약 530×10/sup 6/kcal/day로 산정되었다. 이러한 해양환경용량은 발전소 온배수의 배출량이 112,800m³/day로 일정하게 유지되면서 온배수의 온도가 현재의 35.9℃로부터 그의 2배가 되는 71.8℃로 증가하는 경우에 해당하거나 또는 발전소 온배수의 온도가 35.9℃로 일정하게 유지되면서 온배수의 배출량이 현재의 112,800m³/day로부터 그의 4.6배가 되는 521,800m³/day로 증가하는 경우에 해당한다. 530×10/sup 6/kcal/day의 동일한 열부하를 기준으로 하여, 단지 온배수 배출량만 증가하는 경우와 단지 온배수 온도만 증가하는 경우를 비교하면, 온배수 배출량만 증가하는 경우가 온배수 온도만 증가하는 경우보다 방류해역의 수온을 좀더 상승시키고, 열부하의 영향을 받는 해역 범위를 좀더 확장시키는 것으로 예측되었다.
발전소 온배수와 같은 페열의 방류는 여타 방류와는 달리 방류량이 단위 호기당 20-50ton/s 가량으로 매우 크며, 따라서 그 영향을 받는 해역도 매우 크다는 점이 특징이다. 최근 국내에서 시도되고 있는 심층 온배수 방류는 주변수에 비해 밀도가 작은 제트나 플룸의 형성 후 급격한 부력상승과 밀도차에 의한 수평 부력 확장(lateral buoyant spread)이 준 지배적인 현상으로 하수장의 혼합에 비해 즘 더 복잡한 양상을 띄게 된다. (중략)
고탁도 해역에 배출되는 온배수를 활용하기 위해 탁도로 인한 열교환기의 오염부하가 줄어 들 수 있도록 탁도저감시스템을 시스템에 열교환기 이전단계에 추가하여 운전하였으며 탁도저감시스템으로 인한 탁도, 부유물질, 영양염류의 제거능 평가를 실시하였다. 평가결과 탁도개선시스템의 운전으로 인해 약 80%정도의 탁도가 저감 되는 것을 확인하였으며 부유물질 제거 효율은 약 13~29%정도였다. 기타 영양염류의 제거효율은 미미하였으나 본 시스템의 목적인 탁도저감을 위해서는 효과적인 시스템이라 판단된다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제34권4호
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pp.470-476
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2010
발전소 온배수 및 폐열을 이용한 1 MW급 폐쇄형 해양온도차발전 사이클에 대한 성능을 비교 분석하였다. 폐쇄형 해양온도차발전 사이클에 대한 열역학적 모델은 랭킨 사이클이고, 기화기 증발 열원으로 발전소 온배수를 이용하여 사이클 효율, 기화기 및 응축기 열량 등 사이클 성능을 비교 분석하였다. 발전소 온배수 온도가 증가함에 따라 기화기 내 증발 포화압력은 상승하게 되고 그로 인해 사이클 효율은 증가하였고, 총 출력 1 MW에 필요한 기화기 및 응축기 용량은 감소하였다. 따라서 발전소 온배수는 폐쇄형 해양온도차발전에서 주요한 열원으로 사용될 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 주위 이용 가능한 폐열이 있을 때 기화기 출구 작동유체와 열교환시켜 터빈으로 유입되는 작동유체의 온도를 상승시킨다면 사이클 효율은 크게 증가할 것이다.
최근 발전소 온배수가 수열에너지로서 신재생에너지의무할당제(RPS)에 포함됨으로써 농업 및 수산업에 온배수를 활용하려는 움직임이 커지고 있는 상황이다. 특히 농업 및 수산업에서 에너지가 차지하는 비용이 큼으로써 에너지 효율에 대한 관심이 증대하고 있다. 네델란드 같은 선진국에서는 시설원예에서 효율적인 에너지 사용과 재배작물별 에너지 소요량등과 같은 데이터를 ICT 기반의 진단 시스템을 개발하여 농업 종사자에게 배포하고 있다. 국내에서도 향후 발전소 온배수를 이용한 시설농업의 확산에 대비하여 해외 농업 선진국의 에너지 활용 사례(Greenergy) 와 발전소 온배수 활용에 대한 에너지관리시스템(EMS : Energy Management System)을 제안하고자 한다.
영광 원자력발전소 온배수의 최대영향범위를 Lagrange 방법으로 파악하기 위하여 대조기에 TGPS Buoy의 궤적 및 이에 따른 표층수온의 측정을 년 4회 실시하였다. TGPS Bouy의 추적결과, 온배수는 낙조시 남서.서남서방향으로 플릅의 형태로 배수구로부터 약 12km 정도를 이동하며, 낙조류가 우세한 이 해역의 특성으로 3-4회에 걸친 거듭된 낙조류에 따라 칠산도까지 도달할 수 있었다. 그리고 온배수는 배수구로부터 춘.추계에 약 5km, 하계는 약 10km 떨어진 지점에서 수온급강하가 나타나고, 동계에는 차가운 대기에 의하여 지속적인 Cooling이 발생하는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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