[특별기고] 소수력 발전 보급확대 방안

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[특별기고] 소수력 발전 보급확대 방안

2006년 12월 2일 (토) 00:08:00 | 지면 발행 ( 2006년 11월호 - 전체 보기 )

소수력 발전 보급확대 방안 한국수자원공사 과장 이경배 leekb@water.or.kr 우리를 둘러싼 에너지 대외환경은 고유가에 따른 에너지시장의 수급불안과 세계 각국의 에너지자원 확보경쟁 심화로 갈수록 어려워지고 있다. 에너지 자원의 절대부족으로 국내 수요의 97%를 해외에서 수입해야 하는 우리나라는 화석에너지의 고갈에 대비하며 탄산가스 규제와 기후변화협약에 따르고 환경오염 및 지구온난화에 대처하기 위하여 2011년까지 전체 에너지의 5%를 신·재생에너지로 충당하려는 계획아래 기술개발과 보급 확대를 위한 여러 정책 수단들을 동원하고 있다. 국·내외적으로 화석에너지의 고갈문제와 환경규제에 대한 해결방안이라는 점에서 신·재생에너지의 보급 확대 방안 마련에 우리나라뿐만 아니라 세계 각국이 심혈을 기울이고 있다. 수력은 탄산가스를 배출하지 않는 청정에너지로 지구 온난화에 무관하고 지역의 분산전원으로 적합한 신·재생에너지원이다. 수력은 국내의 자연적인 지역조건과 조화를 이루며 국내 부존 잠재량이 많다. 특히, 수력은 탄산가스를 배출하지 않는 청정에너지로서 범세계적인 환경오염 규제에 적극적으로 대비하는 방안이며 지역의 분산전원에 적합한 자원으로 평가되고 있다. 최근 유가 급등으로 인해 수력 개발의 필요성이 확대되고 있으나, 환경단체와 지역주역민의 반대, 주민 보상문제, 입지선정 등으로 수력개발 실행에는 많은 어려움이 있다. 소수력 설비용량의 전 세계 반 이상이 중국에 설치되어 있으며 호주, 캐나다, 인도, 네팔, 뉴질랜드에서 계통연계형 또는 독립형으로 설치, 가동되고 있다. 최근 환경파괴의 문제가 대두됨에 따라 대수력보다는 환경위해를 최소화하는 소수력 기술개발과 운전방식이 고안되어 보급되고 있다. 우리나라는 연평균강수량이 1천245㎜로써, 강수량이 풍부하고 전국토의 2/3가 산지로 구성되어 있어 지형과 수문학적으로 일반하천, 농업용수, 관개용수, 하수처리장의 방류수, 수도관로, 기력발전소의 냉각수, 양어장의 순환수 등 각 지역에 산재한 미활용 소규모 수력 자원이 많이 있다. 소수력(Small Hydropower)이라 함은 2005년 이전에는 신에너지및재생에너지개발·이용·보급시행규칙에 '물의 유동에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 설비용량 1만㎾ 이하'를 소수력으로 규정하였으나, 2005.10.13에 시행세칙이 개정되어 양수를 제외한 모든 수력설비를 신·재생에너지로 분류하고 있으며, 신·재생에너지 연구개발 및 보급대상은 주로 소수력발전을 대상으로 하고 있다.

수력발전은 <그림 1>과 같이 고·저차에 의한 물의 위치에너지를 이용하여 수차와 발전기를 돌려서 발전하는 방식으로 높은 곳에 위치하는 하천이나 저수지의 물을 수압관로를 통해서 낮은 곳에 있는 수차로 보내어 수차를 회전시키고 수차와 직결된 발전기로 부터 전기를 얻어내는 방식이다. 화석에너지 고갈에 대비한 안정된 전력 확보 방안으로 자연의 순환에너지인 수력발전 개발의 필요성이 절실하나, 환경보호 때문에 대규모 댐건설이 제한될 수 밖에 없다. 따라서 소하천이나 기존 시설물을 이용한 소규모 수력발전 개발이 바람직하다. 우리나라에서의 소수력 개발은 산과 계곡이 많은 지역적 특성을 이용하여 댐이나 소하천을 이용한 발전방식이 주종을 이루었으나, 개발지역 주변 지역민의 각종 민원에 따른 건설비용의 증가와 강우량의 계절별 편중에 따른 가동율이 낮아 연중 지속적인 발전 불가로 전력생산량이 적어 경제성이 부족하다. 그래서 소수력 개발이 원활하게 이루어지지 않았는데 최근에 수차발전기의 국산화와 정부의 보급 확대정책 등으로 공공기관에서 민원발생 우려가 없고 가동율이 높은 중·소규모댐, 농업용저수지, 하수종말처리장, 수도관로, 기력발전소의 냉각수 등 기존 시설물을 이용한 소수력 개발이 활발하게 추진되고 있다. 소수력은 중·소 하천에 이르기까지 개발이 가능하여 다른 신재생에너지 분야에 비해 국내 부존 잠재량이 많지만 보상비 증가에 따른 건설비용 증가, 주변지역민의 민원, 입지선정 등의 어려움은 남아 있다. 그러므로 소수력과 같은 국내 부존에너지의 활용 확대를 위해서는 국민의 인식변화, 관련 기술개발, 정부의 제도적 기반조성 및 관련 산업의 육성 등 다각적인 노력이 필요하며 민간투자를 촉진하기 위한 지원대책을 서둘러서 마련해야 한다. 소수력 발전량 1억5천751만㎿h 우리나라의 소수력 개발은 제1차 석유파동이후 에너지 개발의 필요성을 절감한 정부에 의해 추진되어 1974년에 '소수력개발 입지 및 자원조사연구'와 1975년에 '시범 소계곡발전소의 연구조사 설계'가 수행되었으며, 강원도 횡성군 안흥 소수력발전소(설비용량 450㎾)가 1978년에 최초로 준공하였다. 1978년 제2차 석유파동이후 소수력에 대한 관심이 더욱 고조되면서 1982년에 '소수력발전 개발방안'을 마련하여 민간자본에 의한 소수력발전소 건설을 유도하고 1982년부터 1984년까지 국내에서 소수력발전 개발이 가능한 유망 후보지의 자원을 실측하여 실제적인 소수력 개발 가능한 지점을 조사하였다. 에너지자립도 향상 및 대체에너지 개발을 위한 '대체에너지개발촉진법(1987.12) 및 동법시행령(1988.05)'을 제정·공포하고 정부주도로 소수력개발에 관한 연구를 지원하였다.

<표 1>의 소수력발전소 보급현황은 2005년 12월말 기준으로 44개 지점, 5만7천534㎾ 설비용량에 연간 전기생산량은 1억5천751만㎿h에 달하고 있으며 개인사업자 14개소, 한국수자원공사 13개소, 한국전력공사 및 발전회사 7개소, 지자체 5개소(하수종말처리장 4개소, 정수장 1개소), 한국농촌공사 5개소가 가동중에 있다. 일반 하천을 이용한 경우가 10개소, 댐 및 저수지 24개소, 하수종말처리장 4개소, 정수장 2개소, 양수발전소의 하부저수지 3개소 등이다. 소규모 소수력발전으로 환경친화적인 에너지개발 소수력발전은 공해가 없는 청정에너지로 신·재생에너지백서(산업자원부, 2006.08)에 의하면 150만㎾ 정도의 부존량이 있으며 다른 대체 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존자원으로 평가되고 있다. 소수력 자원의 적극적인 개발은 에너지원의 개발 차원뿐 아니라 경제·사회적으로 전력 수요 급증시의 부하 평준화 효과, 석유 수입 대체 및 민간 주도의 반영구적 사업으로서 환경 친화적인 에너지원의 개발과 부수적으로 지역개발의 촉진과 경제적 파급효과, 관련 기술의 수출 산업화 등의 효과를 거둘 수 있다. 소수력 개발이 가능한 후보지 대상은 유효저수량 300만톤에 유역면적 15㎢이상의 농업용 저수지, 하수처리용량이 2만톤/일 이상의 하수종말처리장, 시설용량 5만톤/일 이상의 정수장, 높이가 2m 이상인 농업용 보 등이다. 농업용 보는 기존 콘크리트 보의 상단에 가동보(Rubber Dam)를 설치하여 소수력을 개발할 수 있다. 일반하천, 농업용 보, 수도관로, 폐광 용출수, 양어장의 순환수, 기력발전소의 냉각수 등 미활용 소수력 자원을 이용할 수 있는 개발지점은 매우 다양하다. 하지만 댐식을 이용한 소수력개발은 댐건설 추진과정에서 발생하는 님비(NIMBY) 현상이나 지역간의 물꼬싸움, 환경단체의 반발과 같은 문제를 일으킬 소지가 있으나, 소하천을 이용한 가동보(Rubber Dam)를 설치하여 하천유지용수와 관개용수 등으로 이용하면서 한편으로 수상레저와 같은 관광자원을 개발하면 지역경제에 도움을 줄 수 있기 때문에 경제적 타당성만 확보되면 적극적인 개발이 필요하다. 그래서 최근에는 민원발생 우려가 없는 기존 시설물을 이용한 소수력 개발이 추진되고 있다. 현재 소수력 설비용량 5만7천534㎾는 부존잠재량의 약3.8%에 불과하여 개발여지가 아주 많이 남아 있다. 정부에서는 <표 2>와 같이 2011년까지 8만㎾ 보급목표를 정하여 추진하고 있다.

소수력 산업기반의 취약 소수력 발전소의 규모는 작아지고 기존의 발전소들보다 원거리에 위치하여 개발비용이 증가하기 때문에 1990년 이후 민간기업에 의해 개발된 발전소가 없고 2000년 이후에 공공기관에서 기존 시설물(댐, 저수지, 하수종말처리장, 수도관로, 기력발전소 냉각수)을 이용한 소수력 발전소를 개발하여 보급하고 있을 뿐이다. 따라서 소수력 보급향상을 위해서는 일반 하천에 적합한 효율이 높고 가격 경쟁력이 있는 수차발전기의 기술개발이 선행되어 협소한 소수력 시장을 부가가치가 높은 시장으로 확대시켜 기업의 투자가치를 높여 주는 것이 급선무이다. 소수력은 1987년부터 기술개발을 시작하였으나, 1990년대 저유가시대를 거치면서 기술개발에 대한 관심과 투자가 저조하였고, 수차발전기 국산화 등 일부성과도 있었으나, 타 에너지원에 비해 적은 예산으로 분산해 지원함으로써 초기시장 형성에 실패하였다. 그래서 민간기업이 발전소 건설에 투자하여 운영하기에는 경제성이 없는 에너지라는 부정적 인식이 팽배해 왔다. 소수력의 건설단가는 수력자원의 이용형태별 개발지점의 여건에 따라 다르고 설비용량에 따른 변화요인이 가장 높은 특징이 있다. 일반하천에 설비용량 1천㎾을 개발할 경우 건설단가는 350만원/㎾으로 발전전력기준가격으로는 경제성이 확보되지 않아 계획된 지점은 물론 국내 잠재 수력자원에 대한 개발이 어렵다. 한국전력거래소의 2005년 평균 전력거래단가(SMP)는 61.97원/㎾h이고 2006년 1월부터 8월까지의 평균 전력거래단가(SMP)는 78.13원/㎾h으로 정산되어 발전차액을 지원받지 않은 현상이 발생하고 있다. 소수력은 발전차액지원을 통해 일반 수력보다 1.2배 높은 가격을 보장해 주고 있으나, 강우량 등 자연조건에 따른 가동율 제약(35% 내외)으로 연간발전량이 적어 경제성 확보에 어려움이 있다. 발전전력의 기준가격 지침이 제정된 이후 소수력은 기존 시설물을 이용한 개발이 확대되었다. 최근에는 보상비용과 원자재 상승에 따른 건설비용의 증가로 경제성이 확보되지 않아 개발이 둔화될 전망이다. 2006.10.11부로 신·재생에너지이용 발전전력의 기준가격이 73.69원/㎾h에서 72.80원/㎾h으로 개정되었다. 소수력 건설단가는 <표 3>과 같이 유연탄 등 화력발전의 약 2.9배 수준으로 현 기술수준에서는 자생적 시장창출이 곤란하다. 소수력은 산·학·연 기술개발, 실증연구 지원, 민간에 대한 설치비 보조, 지자체 지원사업, 차액지원제도 등을 통해 정부가 지원을 확대해왔으나, 민간기업이 인센티브를 느끼지 못하는 수준이다. 소수력은 1988~2005년까지 분야별 지원 구성비의 0.7% 수준으로 타 에너지원에 비해 투자비가 미약하여 경제성확보를 위한 기술개발에 어려움을 겪고 있다. 따라서 기술개발투자비를 증액할 필요가 있다. 소수력의 기술수준은 전반적으로 선진국의 50∼70%수준으로 평가되고 있으나, 수차 등 주요분야 핵심기술은 55%수준에 머물고 있으며, 특히 주요 시스템기술, 수차효율 등이 선진국에 비해 낮아 보급에 어려움을 겪고 있다. 소수력 개발은 1년에 2∼3개로 시장이 협소하여 개발지점의 유량 및 낙차에 따라 중소업체에서 수차(허브, 날개)의 설계조건을 계산하여 수차발전기를 주문 생산하고 있는 실정이다. 이와 같이 협소한 시장규모 하에서는 대량생산을 위한 기술개발과 원가절감 등의 경쟁력 제고에 한계가 있다. 또한 국내 산업기반이 취약하여 연구개발 여건 조성이 되지 않아 연구인력, 연구기반 등 기술개발을 위한 인프라도 열악하다. 막대한 소수력 자원 잠재량에 비해 강우량이 홍수기(6월~9월)에 집중되어 년간 가동율이 낮을 수 밖에 없는 자연여건도 타국에 비해 크게 유리하지 않은 상황이다. 소수력 개발지점은 환경단체와 주변 지역민의 반대 등으로 새로운 시장창출에 어려움이 있다. 이러한 어려운 여건을 극복하기 위해서는 일관성 있는 정책을 통해 안정적인 투자환경을 조성하고, 선택과 집중에 따른 전략적 투자로 기술개발과 산업화를 지원해서 수요창출을 도모할 필요가 있다. 정부는 투자예산의 대폭 확대 및 신재생에너지법 전면 개정 등으로 과거 에너지안보차원에 머물던 신재생에너지의 개발보급에서 산업화를 위한 본격적인 개발·보급사업의 추진모색이 필요하다. 경쟁력 있는 수차발전기 기술개발 에너지의 대외 의존도가 97%로 높은 우리나라는 친환경적이고 무한한 개발과 사용이 가능한 수력 분야의 상용화를 위한 기술개발을 서둘러야 한다. 설비표준화, 효율향상기술 및 시스템 자동화 기술을 중점적으로 개발하여 성공한다면 에너지사용의 합리화 측면에서 중요한 역할을 담당할 수 있다. 수력은 연중 일정하지 않은 강우로 인한 수자원의 한계로 낮은 가동율을 받아들여야만 하는 불리한 부분도 있으나, 상하수도, 기력발전소, 양어장과 같은 가동율이 높은 지점과 저낙차, 저유량으로 발전이 가능한 일반하천에 적용가능한 수차발전기의 상용화 기술을 개발하다면 소수력 개발보급은 매우 낙관적이다. 그 예로는 기존 시설물을 이용한 수도관로, 하수종말처리장, 기력발전소의 냉각수, 양어장의 순환수 등을 이용한 소수력 개발이다. 그래서 최근의 소수력 개발추세는 일반 하천뿐만 아니라 기존 시설물을 이용한 소수력개발이 추진되고 있으며 단위시설용량이 소형화되고 있다. 소수력 기술개발은 투자회수기간이 길고 협소한 시장규모 때문에 민간기업이 참여하여 기술개발을 독자적으로 수행하기가 어렵다. 그러나 소수력 자원면에서 다른 나라에 뒤지지 않은 우리나라는 소수력 개발의 활성화를 위해 일반 하천에 경제성과 효율이 높은 수차발전기의 기술개발이 필요하다. 소수력은 산업기반이 취약하여 연구인력, 연구기반 등 기술개발을 위한 인프라가 열악하지만, 기술개발을 통한 일관성 있는 정책을 통해 안정적 투자환경을 조성하고, 선택과 집중에 따른 전략적 투자로 기술개발과 산업화를 지원해 나갈 때 소수력 보급목표를 달성할 수 있을 것이다. 향후 수력분야의 상용화를 위해서는 수차발전기 표준화·간소화기술개발, 효율향상기술 및 시스템 자동화기술을 중점적으로 개발하여야 한다. 그래서 <표 4>와 같이 소수력기술개발 기본계획을 제시한다. 주요핵심기술 개발 소수력 발전기술이 선진국 수준으로 진입하기 위해서는 기술개발에 집중할 필요가 있다. 소수력은 투자비의 회수기간이 장기간임을 고려할 때 민간 자본의 시설투자만으로 보급을 증대해 나가기는 어려우므로 자원조사 및 원천기술 개발을 정부에서 지원하고 기술개발성과가 나타날 즈음에 대비하여 소수력발전시설에 시설투자할 수 있도록 지원제도를 강화하고 합리적인 제도개선을 할 필요가 있다. 소수력발전 보급계획 목표를 달성하기 위하여 관련 기술을 보유하고 시스템을 국산화하도록 정부의 정책적인 지원이 필요하다. 소수력발전 기술은 큰 투자 소요액, 긴 투자회수기간, 초기시장의 불확실성으로 인해 민간제조업체에서 독자적으로 기술투자를 하기에는 아직 어려운 실정이다. 그래서 선진국에서도 정부주도로 표준화를 지원하여 기술개발을 완료하고 보급확산에 주력하고 있다. 따라서 선진국의 연구 자료와 기술을 분석하여 산·학·연 공동 기술개발에 따른 협력을 강화하여 원천기술을 확보하고 핵심기술을 개발하기 위한 노력이 필요하다. 소수력 자원면에서 다른 나라에 뒤지지 않은 우리나라는 소수력 개발 지점의 특성에 적합한 수차를 개발하여 표준화하고 건설비용을 절감시켜 경제성을 향상시키면 소수력 보급량 목표는 희망적이다. 따라서 앞으로 다양한 국내 미활용 소수력 개발지점의 특성과 개발조건에 맞는 수차의 표준화·간소화 기술과 발전소 건물의 표준화 기술을 산·학·연 협동연구로 개발하여 초기 투자비의 20~30%이상을 절감할 수 있도록 하여야 한다. 소수력 개발 보급을 위해 향후 추진되어야 할 주요 핵심기술 개발 내용은 다음과 같다. ① 소수력 자원조사 및 활용기술개발 ② 수차발전기의 국산화 및 표준화 기술개발 ③ 계통보호 및 자동화설비 간소화 기술개발 ④ 수차발전설비 성능시험인증센터 구축 기술개발 ⑤ 소수력 신기술 건설공법 및 발전소 건물 표준화 기술개발이다.

보급목표 점검과 피드백 시스템 구축 정부의 '2005년도 신재생에너지 기술개발 및 이용·보급실행계획(2005.03)'에 의하면 2006년 2㎿보급에서 2011년까지 80㎿ 보급목표를 정하여 추진하고 있다. 지난 2년간의 소수력발전 개발 계획과 실적을 비교하면 <표 5>와 같다. 계획이 3㎿인데 비해 9개소 7.3㎿를 건설하여 계획 목표치의 2.4배 실적을 달성하였으나, 민간기업의 참여는 없고 공공기관에서만 개발하였다는 것을 눈여겨 볼 필요가 있다. 민간기업이 참여하지 않는 이유는 경제성 있는 소수력 개발지점, 발전사업에 따른 관련법령의 인·허가, 지역주역민의 민원문제, 재원조달 방법과 정부의 소수력개발 보급 목표치 적정여부 등에 있지 않은가를 검토할 필요가 있다. 따라서 정부에서는 민간기업에서 소수력개발에 참여하지 않은 사유를 정확히 규명하여 참여할 수 있도록 하는 방안을 강구하는데 더욱 노력해야 한다. 즉, 주기적으로 목표치에 대한 실적을 점검하고 발전사업허가에 따른 미래의 소수력발전 개발 전망과 더불어 발전사업 등 관련 전문가의 의견을 충분히 수렴하여 제도화하는 등 피드백시스템 구축이 필요하다. 신·재생에너지 관련 법, 지침 통합 정비 필요 소수력 발전사업을 하기 위해서는 전기사업법, 하천법, 건축법, 국토의 계획 및 이용에 관한 법, 산림법, 농지법, 환경정책기본법, 신지관리법 등 20여개의 법령이 연관되어 있어 현실적으로 발전사업자가 모든 법을 이해할 수가 없는 실정이며, 또한 관련 부서도 중앙 및 지자체, 정부산하기관, 협회 등이 너무 많이 관련되어 있다. 발전사업과 관련하여 전기사업법, 신에너지 및 재생에너지개발·이용·보급촉진법, 하천법 등이 있고, 고시형태의 타에너지지원사업 운영 요령, 신·재생에너지 이용 발전전력의 기준가격 지침, 신·재생에너지 발전전력의 거래에 관한 지침, 대체에너지 보급사업 운영규정 등이 있으며, 한국전력거래소, 한전 등에서 제정한 전력시장 운영규칙, 타에너지 지원사업 수행요령, 대체에너지발전 지원사업 운영지침, 배전용 전기설비 이용규정 등 여러 종류의 법, 제도가 있다. 따라서 이러한 법, 제도 등을 관련자가 손쉽게 접할 수 있도록 통합하여 발간하는 작업이 필요하며, 인허가에 대한 행정절차 간소화, 발전소 건설비, 운영비 등을 감소시킬 수 있는 관련법과 제도를 개정하여 발전사업자가 사업하기 좋은 여건을 만들어 주는 것이 시급하다. 수차발전기 표준화로 경제력 향상 소수력은 환경 훼손이 상대적으로 적은 청정에너지이면서 에너지 밀도가 높고 지역의 분산전원에 적합한 에너지원이므로 기술개발에 투자하고 개발 지원사업을 활발하게 추진하여야 한다. 소수력의 국내 부존 자원량은 상당한 데 경제성이 부족하여 개발이 미진하였는데 최근 신·재생에너지 개발의 필요성이 증폭되면서 공공기관에서 민원발생 우려가 없는 기존 시설물을 이용한 소수력을 개발하여 타당성이 입증되고 있다. 소수력 개발을 활성화하기 위해서는 우선 철저한 사전 조사계획으로 개발 후보지의 경제성이 확보되어야 한다. 그리고 장기 투자사업으로 투자비가 한정된 상태에서 투자의 효용성을 극대화하기 위한 발전방식, 설비용량, 수차발전기 형식, 발전소 운영방법 등에 대한 기술력이 제고되어야 한다. 아울러 건설비용과 상업발전개시후의 운영비용을 절감시킬 수 있도록 IT기술을 접목시켜 무인자동화 시스템으로 구축하여 경제성을 높여야 한다. 따라서 일반 하천이나 기존 시설물을 이용한 농업용 저수지, 수도관로, 하수종말처리장, 기력 발전소의 냉각수 등 다양한 국내의 소수력 자원 특성에 적합한 수차발전기의 개발과 표준화 기술개발이 우선되어야 한다. 인·허가 절차의 획기적인 간소화 관련법 개정이 필요하다.

부족한 에너지를 일부 분담하고 환경오염을 덜게 하는 효과가 있는 소수력개발 의 활성화를 위하여 다음과 같은 다각적인 노력이 필요하다. 첫째, 산·학·연 협동으로 우리나라 특성에 적합하고 효율이 높은 수차발전기뿐 만 아니라 보조설비 및 제어설비의 간소화·표준화 기술개발 연구를 위한 지속적인 투자가 필요하다. 둘째, 농업용 저수지, 수도관로, 하수처리장, 기력발전소 냉각수 등의 기존 시설물을 이용하는 소수력 개발이 다변화될 수 있도록 저용량화에 맞는 수차발전기를 표준화하여 경제성을 향상시켜야 한다. 셋째, 인·허가 절차의 획기적인 간소화 및 운영비용절감을 위한 소수력발전소의 무인자동화가 가능하도록 전기사업법 개정 및 개발보급을 위한 관련법령을 정비하여야 한다. 넷째, 발전소 준공후의 운영유지비 절감을 위해 최신 IT기술을 접목한 무인화 시스템을 표준화하고 소수력 성능 예측 기술을 향상시켜야 한다. 다섯째, 설비용량별 발전소 건물의 신기술 건설공법을 도입하여 토목·건축비용을 절감할 수 있도록 발전소 건물을 표준화하여 건설비용을 절감하여야 한다. 글쓴이는 조선대학교룰 졸업하고 충남대학교에서 석사학위를 받았다. 현재 에너지관리공단 위촉 소수력기술연구회 회장을 역임하고 있다.