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수로식 발전

하천의 상류나 소지류와 같이 자연적으로 물매가 크고, 지형조건에 따라 커다란 'Ω'자 형태로 돌아흐르는 지점을 이용하여 단축된 경로에 기울기가 완만한 인공수로를 조성하면, 수로의 끝부분이 하천과 다시 만나는 곳에서 자연하천의 길이(L)와 평균물매의 각도(α°)에 의해 낙차(H=tanα×L)를 얻을 수 있으며 이를 발전에 이용한다.

댐은 저수능력을 거의 고려하지 않고, 취수기능만 갖도록 소규모로 건설하기 때문에 건설비용의 부담이 가벼워지는 이점이 있으나, 풍수기나 홍수기의 풍부한 수량을 저수할 수 없기 때문에 수자원의 이용률이 낮아지는 단점이 있다. 주요시설물로는 취수댐·수로·침사지·수조·수압관·수차·방수구·방수로 등이 있다. 침사지는 하천상류의 침식작용에 의해 수중에 포함되는 토사가 수차에 유입되지 않도록 수로의 도중에 설치하나, 충분한 크기의 저수지를 보유하는 일반 수력발전소는 저수지가 침전지 역할을 대신하므로 별도의 침사지를 설치하지 않는다.

댐식 발전

하천의 중·하류 지역은 수량이 상류에 비해 많으나, 하상(河床)의 물매가 크지 않아 많은 건설비를 들여 수로를 연장해도 낙차가 별로 증가되지 않는다.

따라서 입지조건을 고려하여 가능한 높은 댐을 설치하여 낙차를 형성한다. 댐이 높아지면 저수능력이 증대되므로 풍수기에 여유수량을 저수해 두었다가 갈수기에 이용하는 등의 수자원 이용률이 증가하나, 수몰되는 지역이 넓으며 건설비용이 많이 든다는 단점이 있다. 주요시설물로는 댐·취수구·수로·수조·수압관·방수구·방수로 등이 있다.

댐·수로식 발전

하천의 물매가 다소 큰 중·상류 지역에 댐과 수로를 건설함으로써 어느 하나만 있을 때보다 더 큰 낙차를 얻을 수 있고, 보다 풍부한 수량을 이용할 수 있다는 장점을 지닌 댐식과 수로식의 절충방식이다.

주요시설물로는 댐·수로·침사지·수조·수압관·수차·방수구·방수로 등이 있다.

유역변경식 발전

낙차를 크게 하기 위해 하천의 상류에 설치한 댐으로부터 유량의 일부 또는 전부를 인접한 다른 하천이나 분수령을 달리하는 다른 유역으로 변경하여 발전하는 방식으로 수력자원의 가치가 상승한다.

그러나 이 방식은 원래의 하천 하류에 유량이 감소하는 데 따른 역기능도 함께 고려해야 한다. 함경남도의 허천강발전소·부전강발전소·장진강발전소, 강원도의 강릉발전소, 전라북도의 칠보발전소가 유역변경식 발전소이다.

양수발전

양수발전소는 하천과는 무관하게 자연적인 지형을 이용하여 높은 곳과 낮은 곳에 각각 별개의 소규모 저수지를 건설하고, 심야나 주말 또는 휴일 등 전력의 수요가 적은 시간대에 다른 발전소(원자력 또는 대규모 화력발전소)로부터 전력을 공급받아 낮은 곳의 물을 높은 곳으로 양수하여 저수한 다음, 전력수요가 많은 시간대에 저수되어 있는 물을 이용하여 발전한다.

이와 같은 방식은 같은 규모의 석유 및 석탄을 원료로 사용하는 화력발전소에 비해 건설비용이 저렴하고, 양수시 전력을 공급해주는 기존 발전소의 이용률 및 열효율을 향상시켜 발전원가를 절감할 수 있으며, 환경오염이 거의 없다는 이점을 지닌다. 주요시설물로는 상부댐·취수댐·수로·수조·수압관·수차·방수구·방수로 등이 있다.

조력발전

해양에서 발생하는 조차(潮差)를 이용하여 발전하는 방식으로 썰물과 밀물의 차가 큰 지역에 둑(방조제)을 만들어 둑의 일부에 수차발전기를 설치한다.

한국의 서해안은 간만의 차이가 크며, 잘 발달된 리아스식 해안으로 조력에 매우 적합하다. 그러나 조차가 크지 않아 에너지 밀도가 낮으며, 긴 방조제를 건설해야 하는 등 비용이 많이 들어 화석연료를 이용한 화력발전의 원가보다 비싸기 때문에 건설이 유보되고 있다(조석).

썰물이 완료된 시점을 기준으로 하여 발전소 운영방식을 설명하면 다음과 같다.

모든 수차발전기의 수문을 폐쇄한 상태에서 밀물이 시작되면 바다측의 수위는 점점 상승되나 육지측은 썰물시점의 낮은 수위 상태가 그대로 유지된다. 밀물이 어느 정도 진행되어 방조제의 내측과 외측 사이의 수위 차이가 증가하면서 수차발전기를 가동시킬 수 있을 만큼의 낙차가 생겼을 때 발전을 시작한다. 발전시간이 경과함에 따라 수위 차이가 감소되어 발전기 출력이 적정치 이하가 되면 운전을 중지한다. 이와 반대로 썰물이 시작되면 이번에는 반대로 육지측에 갇혀 있던 물을 바다쪽으로 내보내며 발전할 수도 있다.

어느 한 방향으로만 발전하는 것을 단류식(單流式), 양 방향 모두 운전하는 것을 복류식(複流式)이라 한다. 세계적으로 가장 큰 조력발전소는 프랑스의 랑스 발전소로 1㎿짜리 24대가 설치되어 1967년부터 가동되고 있다.