산성광산배수 자연정화처리 시설의 산기장치 전력공급을 위한 태양광 발전 시스템 설계

Abstract

본 연구에서는 산성광산배수 자연정화처리 시설의 산기장치 전력공급을 위한 태양광 발전(PV) 시스템 설계 방법을 제시하고, 삼마태정 산성광산배수 자연정화처리 시설을 대상으로 사례연구를 수행하였다. 유입되는 갱내수의 특성을 고려하여 산화조에 60 L/min 풍량의 산기장치 20대를 설치하는 것으로 결정하고, 현장조사를 통해 연구지역의 부지평가를 수행하였다. 태양광 발전 시스템 설치 후보지의 적합성을 정량적으로 평가하기 위해 미국 Solmetric에서 개발한 어안 렌즈 카메라(SunEye210)를 사용하여 SA(Solar Access) 지수를 산정하였고, 미국 신재생에너지연구소에서 개발한 SOLPOS 계산기를 사용하여 TOF(Tilt and Orientation Factor)를 산정하였다. 또한, SA와 TOF를 이용하여 TSRF(Total Solar Resource Fraction)를 계산하였다. 산기장치의 월간 전력소비량인 684.48 kWh을 고려하고, 보수적인 설계를 위해 겨울철 일사량과 안전계수 5를 적용한 결과 PV 시스템의 용량은 60.2 kW로 설계되었다. 시간단위 기상자료, 시스템 설계 결과, 부지평가 결과를 미국 국립신재생에너지연구소의 SAM 소프트웨어에 입력하여 전력 생산량을 시뮬레이션 한 결과 겨울철에도 최소 894 kWh/month의 전력 생산이 가능하여 산기장치에 안정적으로 전력공급이 가능한 것으로 분석되었다.

This study proposed a method to design photovoltaic(PV) systems for supplying electric power to aerators in natural purification treatment facilities of acid mine drainage(AMD) and carried out a case study at the Samma-Taejung facility in Samcheok-si, Korea. When considering the characteristics of incoming AMD, it was calculated that 20 units of aerators with the air flow capacity of 60 L/min need to be installed at the oxidation tank. The suitable location for installing the PV system and barriers making shadows around the location were analyzed by field investigations. The capacity of PV system was designed as 60.2 kW by considering the power consumption of aerators(684.48 kWh/month), the solar irradiation in winter and a safety factor of 5. The electricity production from the PV system was simulated by using NREL’s SAM software. The simulation results showed that the PV system can generate electricity, at least 894 kWh/month, enough to operate the 20 units of aerators.