지속 가능한 에너지 솔루션으로서의 유체 동력 터빈의 존재에 대한 물고기의 반응

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7459(2023) 이 기사 인용

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수직축 터빈(VAT)과 같은 유체 역학 터빈은 주 에너지 그리드나 재생 가능 자원에 대한 접근이 부족한 원격 지역 사회에 분산되고 깨끗하며 지속 가능한 에너지를 제공할 수 있습니다. 전통적인 수력 발전은 수생 생태계를 부정적으로 변화시키기 때문에 현재와 미래의 에너지 수요를 충족하기 위해 강변 생태계에 VAT를 배치하는 데 따른 환경적 영향을 평가하는 것이 필수적입니다. 이 연구는 대규모 실험실 실험을 통해 두 번의 방전, 터빈 작동 상태 및 단면적 제한 하에서 물고기의 수영 행동을 관찰함으로써 물고기 이동에 대한 VAT의 의미를 탐구합니다. 우리의 연구 결과는 단면이 제한된 조건에서 배출, 터빈 존재 또는 장치 작동으로 인해 어류가 상류 및 하류 방향으로 터빈을 통과하는 것을 방지한다는 것을 보여줍니다. 그러나 물고기는 터빈 근처 근처와 터빈의 난류, 저속 후류 내에서 가장 적은 시간을 보냈으며 이는 회피 행동을 나타냅니다. 덜 제한된 테스트 섹션에서 수영하면 터빈 근처와 항적 내에서 소요되는 시간이 더욱 줄어들고 물고기가 장치에서 멀리 떨어져 있는 거리가 늘어납니다. 우리의 결과는 VAT를 어류 수영 행동에 대한 위험성이 낮은 것으로 이해하는 데 도움이 되며, 원격 지역사회를 위한 재생 에너지 솔루션으로 강, 하구 또는 바다에 VAT를 배치할 가능성을 높이는 데 도움이 됩니다.

현재 약 8억 명의 사람들이 저렴하고 안정적이며 지속 가능한 에너지 공급에 대한 접근권이 부족하여 사회 경제적 불평등을 초래하고 있습니다1. 특히 영향을 받는 국가는 중저소득 국가, 소규모 섬, 내륙 국가로, 인구가 드물고 종종 수많은 외딴 지역 사회로 구성되며 대부분 청정 에너지에 접근할 수 없습니다. 지속 가능한 개발을 위한 유엔(UN) 의제는 2030년까지 청정 에너지에 대한 보편적 접근을 제공하기 위한 노력(지속 가능한 개발 목표 7)1을 보장하여 재생 에너지 비중을 늘려 이러한 불의를 줄이는 것을 목표로 합니다.

대규모 수자원이 풍부하여 수력 발전 응용에 이상적인 위치인 국가는 종종 보호 및 보존이 필요한 생물 다양성의 핫스팟입니다. 예를 들어, 아마존, 콩고, 메콩 강 유역에는 전 세계 민물고기 종의 1/3이 서식하며, 대부분은 지리적 위치에 따라 다릅니다2. 기존의 수력 발전 계획은 종종 댐과 둑을 활용하여 강의 흐름을 전환하거나 가두어 저수지와 수두 차이를 만들어 강의 분열에 기여합니다. 강을 따라 설치된 수많은 수력 구조물과 수생 환경의 급격한 변화는 수생 생물의 이동 장벽을 만들 뿐만 아니라 에너지와 퇴적물의 이동을 제한합니다3,4,5,6. 이는 예를 들어 4종의 멸종 위기를 초래했습니다. 남아메리카 어종의 –10%7.

기존 수력 발전에 대한 의존도를 최소화하려면 혁신적인 솔루션을 사용하여 모든 유형의 수력 발전 기술의 잠재력을 탐구해야 합니다. 예를 들어, 브라질 아마존에 대한 연구에 따르면 인스트림 터빈은 기존 수력 발전 형태로 설치될 예정인 총 에너지의 약 63%를 감당할 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다8. 수직축 터빈(VAT)과 같은 유체 역학적 내부 스트림 터빈은 방향을 바꾸거나 수두 차이를 생성하기 위한 수력학적 구조를 요구하지 않고 자유롭게 흐르는 강의 흐름의 운동 에너지를 활용합니다. 이러한 터빈은 조립된 장치 또는 부품으로 운송될 수 있으며 현장에서 조립될 수 있으며 모든 하천 구역에 쉽게 설치할 수 있습니다. 유체 역학 터빈은 기존 방식에 비해 하천 수로 폭과 깊이의 일부만 필요하므로 잠재적으로 수생 생물이 통과할 수 있어 생물 다양성에 미치는 영향이 줄어듭니다. 더욱이 개방형 로터 설계와 VAT의 상대적으로 낮은 회전 속도는 수평축 터빈(HAT)과 비교할 때 어류 충돌9,10 위험을 줄이는 것으로 가정되었습니다.