에너지/환경

슈퍼수력발전소 우둥더발전소에 사용된 5가지 첨단기술

발행일 : 2019 / 08 / 13

중국 최대 수력발전기지인 진사강(金沙江) 유역에 구축예정인 20여 개 수력발전소에서 쓰촨-윈난 접경지역의 진사강 하류에 구축 중인 우둥더(烏東德)수력발전소는 중국 4위, 세계 7위의 1,000만 kW급 슈퍼수력발전소가 될 전망이다. 우둥더수력발전소는 아래 5가지 첨단기술을 사용해 세계에서 가장 스마트한 댐으로 거듭날 예정이다.

1) 댐 전체에 저열 시멘트 콘크리트 도입

우둥더수력발전소 댐은 콘크리트 이중곡률 아치댐으로 댐바닥 해발은 718m, 댐정상 해발은 988m, 최대 댐높이는 270m이지만 댐 밑부분 두께는 51m 밖에 안 된다. 비례 관계에서 우둥더수력발전소는 현재 세계에서 가장 얇은 300m급 아치댐이다. 콘크리트 타설 총량은 약 280만 m³에 달하는데 이 같은 체급의 콘크리트 타설공사에서 온도관리가 매우 중요하다. 온도변화가 크면 콘크리트에 균열이 발생해 댐의 안전을 위협하기에 온도는 수력발전소 구축에서 세계적인 어려움이다.

우둥더수력발전소가 위치한 진사강 건열하곡 지역은 일조가 강해 댐시공플랫폼의 기온은 최고 40여 °C에 달한다. 우둥더수력발전소 댐 전체에 저열 시멘트 콘크리트를 사용하기는 세계 수력발전소 구축사에서 처음이다. 측정한데 의하면 대기온도가 29°C인 시공현장에서 콘크리트 온도는 7.1°C에 그쳤다.

2) 분무기, 온도계/냉각호스 매설 등 냉각기법 적용

시공요구에 따르면 댐 콘크리트 타설온도는 18°C를 초과해서는 안 된다. 해당 요구를 만족시키기 위해 시공 막장에 분무기를 설치해 30~40°C 외부 온도에서도 막장 내 온도를 20~30°C 수준으로 통제 가능하다.

댐의 각 부위 온도를 전방위적으로 감지하기 위해 콘크리트 내에 온도계 및 냉각호스를 매설해 콘크리트 온도에 대한 실시간적 감지가 가능하다. 또한 지능 수냉시스템으로 냉각수 유량을 자동적으로 조절함으로써 콘크리트 냉각과정에 대한 지능화를 실현했다.

3) 댐 기저부 투수 방지용 1만여 개 그라우팅 구멍

암석과 암석, 댐과 산체(mountain body) 간 틈새에 시멘트페이스트를 주입·응고시켜 하나로 융합시키는 것은 마치 뼈에 칼슘을 보충하는 것과 같다. 우둥더수력발전소 댐의 최심부 그라우팅/배수 통로는 댐 밑부분을 가로질러 양쪽 산체에 이른다. 댐 상류에서 하류로의 투수를 방지하기 위해 땅 속에 커튼 그라우팅 구멍을 뚫었는데 최대 깊이는 110m에 달한다.

메인 커튼 그라우팅 총공사량은 50만 m이고 그라우팅 구멍 수는 약 1만여 개에 달한다. 이들 전부를 연결시키면 하나의 큰 방수막 같이 물을 댐 상류에 샐 틈 없이 가둘 수 있다.

4) 능동 방호망 설치해 비탈면 붕괴 방지

우둥더수력발전소가 위치한 진사강 하류는 절벽이 깊은 협곡이다. 장기간의 빗물 침식과 햇볕 노출로 인해 산체와 비탈면에 낙석붕괴 위험이 항상 존재한다. 잠재적 위험을 제거하기 위해 시공 초기에 자연노출 측면비탈의 쇄석 및 표층토를 제거한 후 5만여 가닥의 얕은 층 앵커와 4,000여 가닥의 깊은 층 앵커로프를 설치해 산체를 고정시켰다. 앵커로프는 수십 미터 깊이에 박혀 암석과 산체를 하나로 단단히 고정시킨다.

그 다음 200개 축구장 크기에 해당하는 100만 m² 면적의 능동 방호망을 설치해 측면 비탈면 전부를 덮어씌웠다. 인위적 굴삭으로 형성된 측면비탈에 한해 콘크리트를 그라우팅·분사해 암반 전체를 고정시켰고 고도별로 수동 방호망을 설치했다.

방호망을 설치해서부터 중대 위험상황을 여러 차례 성공적으로 제거했다. 이외, 산체에 모니터링센서를 매설하는 등 지질재해 모니터링시스템을 구축함과 아울러 수문기상센터와의 연동을 통해 측면비탈에 발생하는 미세한 변위변형을 조기에 경보할 수 있다.

5) 지하발전소 메인 건물 굴착높이 세계 1위

우둥더수력발전소 댐 정상부 양쪽 산체 간 거리는 300m밖에 안 된다. 공간이 협소한 관계로 270m 높이의 댐구조물을 제외한 대부분 건물구조는 산체와 지하에 은폐돼 있다. 발전소 주요 발전설비인 수력터빈장치가 위치해 있는 메인 건물도 댐 양측 산체에 자리한다.

우둥더 지하발전소 메인 건물의 굴착길이는 333m, 경간은 32.5m, 높이는 89.8m인데 이는 30층 높이의 고층건물에 해당한다. 89.8m 높이는 지하발전소 메인 건물 굴착의 세계 기록을 경신했다.

우둥더수력발전소는 2020년 7월에 저수를 시작해 2021년 12월에 전력을 생산할 예정이다. 완공 후 연간 약 1220만 t의 표준석탄을 절약해 3,050만 t의 이산화탄소와 10.4만 t의 이산화황 배출저감 효과를 거둘 수 있다.

향후 진사강 유역의 우둥더, 바이허탄(白鶴灘), 시뤄두(溪洛渡), 샹자바(向家壩) 등 4개 계단식 발전소의 설치용량은 4,646만 kW 규모에 달할 예정인데 이는 2개 “싼샤프로젝트”에 해당한다. 뿐만 아니라 연간 발전량은 약 1,900억 kW·h에 달해 21세기 대표적인 세계 최대 그린에너지기지로 자리매김할 전망이다.

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