고정가격 매입제도 활용한 민관 연계가 핵심
에너지 저감, 유효 이용 목적


오키나와현의 하수도사업은 1935년 나하시에서 시작돼 1938년에 완성되었지만, 제2차 세계대전으로 인해 시설의 대부분이 파괴돼 공용 개시에는 이르지 못했다.
1960년대에 들어서며 나하시와 고자시(현 오키나와시)의 급격한 도시화가 진행되고, 이로 인해 시가지를 흐르는 하천의 수질은 급격하게 악화되었다. 이에 더해 미군시설 내에서도 하수처리시설이 없어 오수가 처리되지 않은 상태로 바다로 방류되고 있는 상황이었다.
때문에 류큐 열도 미국민정부는 1964년 미군시설이 집중되어 있는 중남부를 대상으로 ‘오키나와현 중남부 통합하수도계획’을 마련하기에 이르렀다. 이 계획은 그 후 오키나와현 하수도사업의 근간을 마련하는 계기가 되어주었고, 현재의 중부유역 하수도로 이어지고 있다.
현재 오키나와현 유역 하수도는 오키나와 본도 중남부 서해안쪽의 10개 시읍면을 유역으로 하는 ‘중부유역 하수도’(나하 처리구, 이사하마 처리구), 긴만 북쪽에 면하는 3개 시읍면을 유역으로 하는 ‘나카구스쿠만 유역 하수도’(구지카와 처리구)와 나카구스쿠만 남쪽에 면한 4개 시읍면을 유역으로 하는 ‘나카구스쿠만 남부유역 하수도’(니시하라 처리구) 등 3개 유역 하수도로 구성되어 있다.
결과적으로 1969년 중부 유역 하수도 나하 정화센터의 공용 개시가 본격화 되었고, 1987년 나카구스쿠만 유역, 2002년 나카구스쿠만 남부유역과 공용을 시작하게 되었다.
또, 지속 가능한 순환형 사회를 향한 고도 처리수의 순환 이용과 하수 오니의 콤포스트화에 의한 녹색농지 환원, 하수처리로 발생하는 가연성가스를 이용한 소화가스 발전 등을 실시하고 있다.
또 소화가스의 유효 이용과 관련해서는 이미 오래 전부터 효과적으로 대응해 오고 있다. 1979년 제2차 오일쇼크를 계기로 에너지 절약 및 소화가스 유효 이용의 관점에서 소화가스 발전의 도입을 적극적으로 검토했고, 국가 지원을 받아 1983년에 나하하수처리장(현 나하 정화센터)에 제1호기를 설치한 바 있다.
계속해서 1990년에는 2호기(270kW), 1995년에 3호기(270kW), 2010년도에 4호기(400kW)의 소화가스 발전기가 차례대로 설치됐고, 1호기 설치로부터 30년 이상 경과한 현재도 4기의 발전기가 현역으로 계속 운용되고 있다. 2013년 기준 나하 정화센터에서 발생하는 소화가스의 89%를 유효 이용하여, 센터 내에서 사용하는 전력의 약 40%를 충당할 수 있게 되면서 전기요금의 절감에 크게 공헌하고 있다.

	사진 1. 오키나와현 유역 하수도의 재생가능에너지 발전사업소 전경. 사진 왼쪽부터 기노완 정수센터와 쿠지카와 정수센터

한편 다른 유역의 하수처리장에서도 소화조 가온과 연소탈취로 소화가스를 활용하고 있지만, 그 이용률은 기노완 정화센터가 50%대, 구지카와 정화센터가 15%대에 머무르고 있는 실정이다. 이용률이 낮다보니 보다 높은 유효 활용에 대한 고민이 깊어지고 있었는데, 2012년 7월부터 고정가격 매입제도(이하 ‘FIT’)의 시작을 계기로 이 제도를 활용한 소화가스의 유효 이용 방법을 검토하게 되었다.
2013년부터 선진 현 조사와 도입 가능성 평가, 일반으로부터 ‘소화가스 유효 이용에 관한 정보·제안’을 모집하는 등 본격적인 검토 작업에 들어갔다.
사업형태는 발전한 전력을 처리장에서 소비하는 공설공영과 자치단체가 FIT를 활용한 공설공영, 마지막으로 민간사업자가 FIT를 활용한 민설민영 등 3가지 케이스가 논의되었다. 검토 결과, 발전 설비 건설 등의 초기 투자가 불필요하다는 점, 시설 정지 우려와 경제적인 위험 역시 사업자가 책임지기 때문에 실제적인 위험도가 낮은 사업형태이라는 점에서 ‘민설민영’ 방식을 도입하기로 했다.

	그림 1. 오키나와현 유역 하수도의 재생가능에너지 발전사업소

사업자의 선정은 각 처리장마다 공모를 실시해 널리 아이디어를 모았다. 교섭권자를 선정하는 과정 역시 외부의견을 적극적으로 수용하기 위해 오키나와현 유역하수도의 발전사업자 선정기준 검토위원회를 구성해 선정 기준안을 마련했다.
또, 응모자 중에서 실제로 우선 교섭권자를 결정할 때는 선정위원회가 응모자에게 기획 제안에 관한 프레젠테이션을 하도록 해 사업 진행에 대한 신뢰성을 높여 나갔다. 오키나와현 유역 하수도의 재생가능에너지 발전사업(이하 본 사업)은 기본적으로 민간사업자가 실시하는 재생가능에너지 활용 발전사업이다.

민간이 재생에너지 활용해 발전
오키나와현이 바이오매스 자원인 소화가스와 하수도시설 부지를 공급하고, 민관이 연계해 재생가능에너지의 유효 이용을 추진하는 방식이다. 또 온실가스 감축에 의한 지구 온난화 방지 및 에너지 자급률 향상에 공헌하는 것을 주된 목적으로 하고 있다.

	그림 2. 사업 개요도

실제 발전 시설의 건설, 유지관리 운영 등을 민간사업자가 실시하고, 발전의 연료가 되는 소화가스와 발전 시설로 사용할 토지를 오키나와현이 민간 사업자에게 유상으로 제공하는 데 지방 정부는 큰 위험 없이 이익을 얻게 되는 구조다. 또, 발전된 전력에 대해서 민간사업자로부터 오키나와전력이 FIT에 의해 정해진 요금(세금별도 39엔/kWh)으로 매전하고, 그 매전 수입에서 발전 시설의 건설, 유지관리 운영에 드는 비용, 소화가스 및 토지사용료를 뺀 금액이 발전사업자의 이익이 된다.
다만, 계약기간이 20년으로 장기이기 때문에 오키나와현은 안정적인 가스 공급과 가스 품질 확보가 필요하다.
또 복수의 기업이 공동으로 발전사업에 참가하기 때문에 각 기업이 전문 분야를 살려 원활하게 발전사업을 실시할 수 있도록 컨소시엄을 설립하고, 또 현 내의 고용을 촉진하기 위해서 컨소시엄 내에 현지 기업을 포함시킨다는 것을 조건으로 하는 특징이 있다.
해당 사업은 구지카와 정화센터와 기노완 정화센터 2곳의 처리장에서 실시하는데, 이미 양쪽 모두 2015년 9월 16일에 발전사업자와 계약 체결을 마쳤고, 구지카와 정화센터는 2016년 4월 1일에 발전을 시작했다. 기노완 정화센터도 올 10월 1일 발전 개시를 진행했다.
오키나와현과 계약을 체결한 발전사업자는 다음과 같다.

▲구지카와 정화센터
발전사업자 : NOSA오키나와 재생가능에너지 발전사업 공동기업체
대표 기업: 니시하라환경 오키나와
구성원 : 오키나와공설, 신코엔지니어링, 아자바시전기

▲기노완 정화센터
발전사업자 : 도시바·니스이콘·쓰키시마·쓰키시마멘테·오키나와고보리공동기업체
대표 기업 : 도시바 오키나와지점
구성원 : 니스이콘 오키나와사무소, 쓰기시미기계 오키나와영업소, 쓰키시마테크노멘테서비스 규슈지점, 오키나와 고보리덴키

정비점검 등 소형발전 유리

	표 1. 연간 추정 발전량

기본적인 구조는 양쪽 정화센터에 큰 차이가 없음으로 이번에는 구지카와 정화센터에서 도입한 설비에 대해서 소개하고자 한다. 첨부된 설비 개요 흐름이 전체의 개요를 나타낸다. 오니 처리에서 발생하는 소화가스에는 미량의 실록산이 함유되어 있으며, 그대로 가스엔진의 연료로 사용할 경우 장치 내에 부착되어 기기에 악영향을 주기 때문에 실록산 제거 장치로 실록산을 제거한다. 또, 소화가스의 폐열을 열회수 펌프로 회수해 정화센터 내 소화탱크의 가온에 유효 이용하고 있다. 한편으로 굳이 60kVA의 소형발전기를 6대 설치하고 있는 이유는 전력회사로부터의 출력 제한에 대응하기 쉬운 점과 소형 발전기로 하면 정비 점검이나 수리를 현지 업자가 대응할 수도 있다는 점, 정비 점검 시 정지 출력을 필요 최소한으로 억제할 수 있는 점 등의 장점이 많기 때문이다.
메인이 되는 바이오가스 엔진 발전기 BG60A의 개요를 4가지 부문으로 요약해볼 수 있다.

▲ 구조의 개요
발전기 본체와 엔진의 결합은 직결방식으로 한다. 발전기 프레임은 엔진 휠 하우징에 동체 결합하고, 회전자는 한쪽 축 방식으로 다른 쪽 끝은 완충 커플링 플레이트를 통해 엔진 플라이휠에 직결시킨다.
기계 본체는 제어장치, 라디에이터, 배터리, 그 외 필요한 보기류와 함께 공통 가대에 등재하고, 전체를 강판제 소음방지용 보호 피복으로 보호한다. 또, 기계의 상부에 매달아 올리기용 훅을 장착했다.

▲ 특징
본 기기는 시판하고 있는 엔진발전기를 개조하여 바이오가스를 연료로 해서 운전하는 가스엔진으로 되어 있다.
본 기기는 엔진 냉각수 냉각용 라디에이터로 고효율·고품질의 알루미늄 라디에이터를 채용하고 있다.
본 기기는 엔진쪽 이상 시(유압 저하, 수온 상승 등) 비상정지·경보출력 및 경보 표시를 하게 되어 있다.

▲ 발전기 사양
형식 : 회전 계자형 동기 발전기
극수 : 4
정격 회선속도 : 1,800min-1
여자 방식 : 브러시리스 방식
(자동전압조정기 있음)
정격 출력 : 60kW
정격 전압 : 440V
상수 : 3상(4선식)
정격 주파수 : 60Hz

▲ 엔진 사양
형식 : 4사이클, 6기통, 수냉
총 배기량 : 7.961L
연료 가스 소비량 : 28.13Nm3/h
또, 발전사업자인 NOSA바이오에너지는 홈페이지에 본 사업과 관련한 내용들을 공개하고 있어 참고할 만하다.

	그림 3. 설비 개요 흐름

재생에너지 도입, 에너지원 다양화
오키나와현은 지형적 특성과 수요 규제 제약에 의한 불리함을 가지고 있어 에너지 공급원의 대부분을 석탄이나 석유 등 화석 연료에 의존하고 있다. 때문에 석유의존도의 저감, 에너지원의 다양화 및 에너지 자급률 향상을 도모할 수밖에 없고, 대안으로 재생가능에너지의 도입은 중요한 과제가 되고 있다. 앞으로도 관련 시읍면, 그 외 자치단체나 민간사업자 등의 의견도 참고로 하면서 한층 더 에너지 자급률을 향상시키고, 안정된 하수도사업의 운영에 힘쓸 예정이다.

필자 : 다마요세 겐이치
오키나와현 토목건축부 하수도관리사무소 관리반장

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