와다 마사토요(Wada Masatoyo) 나라현 수도국 업무과 주사

나라현 운영수도란?

나라현 운영수도는 야마토 평야지역의 만성적인 물 부족을 해소하기 위해 시·읍·면으로부터 수원(水源) 확보의 강한 요청을 받아들여, 1966년 12월에 후생대신으로부터 수도용 물 공급사업의 인가를 얻어 1970년 7월부터 송수를 개시했다. 현재 24개 시·읍·면의 급수대상인구는 현 전체의 약 93%로까지 확대되어 있다. 2009년도에는 사쿠라이정수장 고도정수처리시설(생물접촉여과지)과 타카토리펌프장 및 아스카조정지가 새롭게 가동되어 지금까지보다 훨씬 맛있는 물을 안정적으로 공급할 수 있게 됐다.

환경대책도입 프로젝트의 배경

나라현 운영수도의 사용 전력량은 현 내 전력량의 0.3%를 차지하고 있으며, 보다 맛있는 물을 만들기 위한 고도정수처리시설과 송수의 안정성을 높인 펌프장의 도입에 따라 사용전력량이 점차 증가하는 경향을 보이고 있다. 한편 지구온난화 대책의 중요성을 충분히 인식하고 있어, 국가 등의 재생가능 에너지의 이용 촉진에 대한 제도의 정비가 진행되고 있던 것을 계기로 ‘환경대책도입 프로젝트’를 책정했다.

환경부하가 적은 재생가능 에너지 설비의 도입

환경대책도입 프로젝트는 ‘환경부하가 적은 재생가능에너지 설비의 도입’, ‘시설의 정비나 갱신에 있어서의 에너지 절약 설비의 도입’, ‘적극적인 정보제공과 계발활동’의 3가지의 시책을 내세워 환경부하의 저감화를 위해서 중점적으로 몰두하고 있다.

일반적으로 재생가능에너지에 의한 발전단가는 고갈성의 에너지와 비교하면 고가이다. 운영수도에서는 다양한 원가 감축 정책의 실시와 국고보조금 등을 활용해, 상용전력과 같은 정도나 그보다 저렴한 가격으로 재생가능에너지의 도입을 가능하게 하고 있다. 이를 통해 운영수도는 지금까지 고세(일본 나라현의 한 도시)정수장에 태양광발전 설비 및 수도관리센터에 소수력발전 설비를 도입했다(표 1).

태양광발전 시스템의 도입

고세정수장은 남향의 언덕을 조성·정비하고 있어 태양광발전에는 적합한 조건이다. 본 시설에는 효율 12.6%의 태양광 모듈을 4,740장을 설치함으로써 최대출력 790kW까지 발전이 가능해 서일본 최대급의 규모를 자랑한다(사진 1~2, 그림 1, 표 2). 발전된 전력은 6,600V까지 전압을 높여 상용전력과 일체화한 후에 정수장의 펌프설비 등에서 모두 소비한다. 정수장 사용전력의 약 9%를 조달하고 있다.

원가감축의 대처

태양전지 셀은 코스트 퍼포먼스에 우수하며 사용실적도 많은 다결정실리콘전지를 채용해 원가 감축에 도움을 주었다. 뿐만 아니라 파워컨디셔너 등의 기기설치는 새로운 전기건물을 축조하지 않고 침전지 지하의 관랑(管廊)부를 유효하게 이용했다. 또한 파워컨디셔너는 100kW를 채용해 대수를 감소시켰다. 가대구조 역시 간소화했으며, 범용성이 있는 재료를 사용했다. 또한 일본의 환경성으로부터 받은 이산화탄소 배출억제사업비 등 보조금(기술률 선도입사업) 및 칸사이 그린전력기금을 활용함으로써 원가를 감축시켰다.

태양광발전 실적과 도입효과

본 태양광발전 시스템의 과거 3년간의 발전실적은 2006년도에 일사량이 과거 20년간의 평균치(4,632MJ/m2)를 밑돌고 있지만, 연평균 81만7,955kWh(일반가정 220세대분에 상당)으로 계획치를 웃돌고 있다(그림 2). 또한 CO2 저감효과는 연간 210톤으로, 이는 삼림흡수량 83ha에 상당한다. 연간 약 960만엔의 경제효과를 나타낸다.

소수력발전 시스템의 도입

수도관리센터는 코오리펌프장을 병설하고 있어 고세정수장에서 송수관(약 26km)으로 보내지는 정수의 압력을 이용해 발전하고 있다(사진 3, 표 3). 발전전력은 펌프설비에서 모두 소비하고, 센터 사용전력의 약 15%를 조달하고 있다.

본 소수력발전 시스템은 일본에서는 최초로 인라인타입의 프랜시스수차(원통형 케이싱)을 채용하고 있다는 특징을 지닌다. 채용이유는 첫째, 유효낙차 48m의 수력을 1대의 수차로 발전이 가능하며, 둘째, 종래의 프랜시스수차(소용돌이형 케이싱)나 축유 플로펠러수차와 비교하면 설치면적이 1/3~1/5 정도로 줄어든다. 셋째는 저렴한 도입 원가에 있다. 본 시스템의 도입 원가는 2/3 정도가 된다. 이에 따라 수차발전기를 펌프정에의 유입할 때 바이패스관이라고 하는 좁은 공간에 설치가 가능하다.

또한 수차가 운전 중에 갑자기 무부하가 되는 무구속 상태에서는 긴급히 개구변이 열리고 물을 흘려 보내는 구조를 채용함으로써 송수관 내의 수격작용 억제가 가능하게 했다. 또한 NEDO의 중소수력발전개발사업 보조금을 활용해서 사업을 실시하고 있다.

소수력발전 실적과 도입효과

본 시스템은 정기점검 이외는 24시간 상시 가동하고 있다. 때문에 발전실적 역시 66만9,391kWh(일반가정 180세대분에 상당)로, 거의 계획대로 순조롭게 진행 중이다. 또한 CO2 저감효과는 연간 200톤으로, 이는 삼림흡수량 83ha에 상당한다. 연간 약 740만엔의 경제효과를 나타낸다.

시설의 정비 및 갱신에 있어 에너지 절약 방법

본 시설들의 사후 관리, 즉 정비와 갱신에 있어서도 에너지절약 설비를 도입했다. 주요한 대처는 다음과 같다. 먼저 1곳의 펌프설비와 6곳의 정수기계에 인버터제어에 의한 운전의 효율화를 적용했다. 이를 통해 2007년도는 약 96만kWh의 전력을 삭감했다. 또한 5곳의 수배전설비에 콘덴서를 설치함으로써 역률을 개선하고 있다.

적극적인 정보제공과 계발활동

사업의 효과를 분석하고 새로운 대처를 유발하는 것이 중요하기 때문에 다음과 같은 정보제공과 계발활동을 실시하고 있다.

환경 회계의 공표

환경대책에 드는 경비나 환경부하의 저감효과 등을 수량적으로 파악할 수 있도록 환경회계를 작성하여 그 대처결과를 2005년도부터 매년 공표하고 있다.

홈페이지에 의한 정보제공

태양광 및 소수력 발전시스템의 매일의 가동상황을 홈페이지(www.pref. nara.jp/suido)에 의해 정보 제공함으로써 재생가능에너지 설비의 효과 등에 대해 깊게 이해할 수 있게 해, 재생가능에너지 설비도입에의 촉진계발에 일조하고 있다.

이벤트를 통한 계발활동

수도주간(매년 6월 1~7일)과 물의날(매년 8월 1일)의 시기에 ‘야마토의 물항아리와 현운영수도전’ 및 하계에 ‘여름휴가 초등학교의 수도시설·수원지 체험투어’를 개최하고 있다. 야마토의 물항아리 수도전의 경우 약 2,000명의 참가자가 모이는 큰 행사이며, 수도시설·수원지 체험투어 역시 약 160명의 참가자를 불러모으는 인기 행사로 진행된다. 더욱이 고세정수장에서는 초등학생을 중심으로 국내외로부터 연간 2,000명이 넘는 견학자가 찾아오고 있다

지구온난화 해결 위해서는 장기적인 시야를 가져야 할 것

새로운 대처로써 사쿠라이정수장에 수원인 무로우댐에서 도수관으로 보내져 오는 수도원수의 압력을 이용한 소수력 발전시스템(최대출력 197kW)의 공사를 실시 중이며, 2010년도부터의 가동을 목표로 하고 있다. 중장기 목표로써는 2018년도 ‘재생가능 에너지 이용률((재생가능에너지설비의 전력사용량÷전시설의 전력사용량)×100)’을 2007년도 실적치(6.59%)의 2배 이상을 내세우고 있다. 

국제적으로 지구온난화 대책이 요구되고 있는 가운데, 장기적인 시야를 가지고 환경도 배려한 지속 가능한 수도사업의 실현을 목표로 해 보다 한층 더 노력해 나가고 싶다고 생각한다.

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