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수력발전 전반에 대한 이론적 개요 - 수력 발전 전반에 대한 이론적 개요
수력발전 - 미리보기를 참고 바랍니다.
수력 발전 전반에 대한 이론적 개요
1 이론 수력과 발전소 출력
수력 발전에 의한 전력은 높은 곳에 있는 물이 가진 위치 에너지를 수차로써 기계 에너지로 전환하여 이것으로 발전기를 운전하여 전력을 발생한다.
지금 유량 Q(m3/sec)의 물이 유효 낙차 H(m)를 낙하할 때 이 물이 1초 간에 하는 일(work), 즉 공률(power)을 P라 하면
P=1.000QH (kg?m/sec)
1(kg?m)=9.8(J)이고 1,000(J/sec)=1(kW) 이므로 위 식은
P=9.8QH(kW)
이 P를 이론 수력이라 하며, 이 수력에 의하여 발전기에서 나오는 전력 P0는 수차의 효율을 ηt,발전기의 효율을 ηg라 하면 다음과 같이 된다.
P0=9.8ηt?ηgQH(kW)
수차 및 발전기의 각각의 효율 ηt, ηg는 수차 및 발전기의 형식, 용량, 회전수, 부하 상태의 대소 등에 의하여 다르나 보통 용량이 클수록 크며, 또 부하가 가벼울 때는 작으나 정격 사용시의 대체적인 값은 ηg=80~90(%), ηt=90~97(%)이다. 위의 두번째 식에서 명백한 바와 같이 수력을 유용하게 사용하는 데는 어떻게 하여 큰 낙차(H)와 유량(Q)을 경제적으로 얻는가가 문제가 된다. 하천의 하류부를 이용할 때는 유량은 비교적 작으나 큰 낙차를 취할 수 있는 경우가 많다.
2 수력 발전 방식
수력 발전은 하천으로부터 도수(導水)하여 그 낙차를 이용한 발전이다. 낙차를 얻는 방법으로는 다음과 같은 4가지 방식이 있다.
① 천연적인 낙차를 이용하는 수로식 ② 댐식 ③댐―수로식 ④ 인공적인 양수식이 있다.
① 수로식
: 굴곡이 심한 하천에서 굴곡부의 상류측에서 직선 수로를 설치하면 하류측에 가서 비교적 짧은 거리간에 큰 낙차를 얻을 수 있다. 이와같이 직선 수로로 도수하여 전력을 얻는 방식이 수로식 발전이다.
수로식 발전에서는 취수(取水)댐을 설치하여 취수한다. 댐 상류부에 취수구(intake)를 설치하여 하수(河水)를 도수로로 취수한다. 하천수는 토사를 혼합하여 유입하므로 될 수 있는대로 취수구 부근에 침사지(沈砂地)를 설치하고 토사를 침전시켜 배제한다. 하수로는 터널등으로 되어있으며 보통은 자연유하식(自然流下式)이다. 이렇게해서 유입된 물이 수차를 돌리게 되는데 이 물은 발전소에서 하류측으로 연장하여 만들어진 방수로를 통하여 하류 하천으로 방류되며, 그 출구를 방수구(放水口)라고 부른다.
전기의 수요량은 주간과 야간에 따라 다르다. 하천으로부터의 취수량이 일정하므로 이와 같은 변화에 대응하기 위한 못(池)이 필요하며, 이것을 조정지(調整池)라고 부른다.
수로식에 있어서는 수로 도중의 계곡을 가로 막아 조정지로 한 것이 많다. 이 경우는 조정지로부터 하류의 수로는 수압(水壓)터널(pressure tunnel)로 되며, 이와 같은 경우의 수조(水槽)는 서어지 탱크(surge tank, 調壓水池)로 된다. 이러한 방식을 특히 조정지를 가진 수로식이라고 부른다. 수로식에서는 수로 길이가 짧고 낙차가 클 수록 수력 지점으로서의 가치가 크다.
하나의 하천이 상류부에서 타하천(他河川)에 접근하며, 더우기 표고가 상당히 높은 위치를 흐르고 있는 지형에서는 분수령을 관통하여 낮은 쪽에 있는 타하천으로 신수로를 뚷어 연결시키면 극히 유리한 수력 지점이 형성될 수 있다. 이와 같은 방식을 유역변경방식(流域變更方式)이라고 한다.
② 댐식
:댐에 의하여 하수를 가로 막으면 상류측 수위가 상승하게 되어, 하류측의 하상(河床)과 그만큼 낙차가 생기는데, 이 물을 이용하여 발전하는 것이 댐식 발전소이다.
발전용 댐은 낙차와 하천 유량을 조절하는 큰 역할을 한다. 댐식 수력 지점으로서는 높은 댐을 건설하기 위하여 하폭(河幅)이 좁고 양안(兩岸) 및 댐 기초 지반의 암질이 견고한 곳이 좋으며, 더우기 그 상류 지역은 대 저수 용량을 저수할 수 있는 곳이 요망된다.
취수구는 저수지의 저수위(低水位) 이하에 설치하든가, 또는 저수지 가운데 취수탑을 세워서 언제든지 취수할 수 있도록 한다. 발전소는 보통 댐 하류의 양안에 설치되며 취수구와 발전소 사이는 관으로 연결된다. 취수지는 수력 발전 이외에 상수도 공업 용수등의 이수(利水)사업용으로, 또는 홍수 조절등의 치수(治水)사업용으로도 이용된다.
1개의 댐에 의하여 저수 용량이 큰 저수지를 만들면 여러가지 사업 목적으로 동시에 겸용할 수 있으므로, 이 댐을 다목적 댐(multipurpose dam)이라고 부르며, 하천 종합 개발 계획의 일환으로 발전 사업을 취급하고 있다.
③ 댐―수로식
댐―수로식이 채택되는 지점으로는 하천이 완경사로부터 급경사로 바뀌어지는 지점, 또는 굴곡이 많은 하천 유로로 바뀌는 곳이다. 즉 댐으로부터 수로로써 취수하여 댐의 낙차와 수로의 낙차를 합하여 1개 발전소를 건설한다.
그 수로 공작물은 취수구, 압력터널, 서어지 탱크 및 수로관 등이며, 수로식에 있어서의 조정지로부터 하류의 수로와 동일하다. 단, 저수지는 이용수의 양이 크게 되므로 그만큼 큰 수압이 걸리게 된다. 따라서 길이가 긴 수로는 만들 수 없다.
지하식 발전소의 건설은 지형상 필요한 경우라든가, 눈사태 등과 같으 재해를 피하기 위한 경우에 필요하다.
④ 양수식
화력 발전 및 원자력 발전은 능률상으로 보아 정상적인 운전을 하게 되므로 수요가 적은 경우에는 잉여전력(剩餘電力)을 발생하게 된다. 이와 같은 여분의 전력을 이용하여 하천의 물을 다시 하류 저수지 상류의 저수지로 양수하여 놓고 수요량이 많을 시기에 그 수량으로써 발전하는 것을 양수식 발전이라고 부르며 이와 같은 발전소를 양수식 발전소(pumped storage hydro electric plant)라고 부른다. 즉 양수식에는 1일간의 전력을 조정(調整)하는 조정지식(調整池式)과, 1년의 조절을 시행하는 저수지식이 있다.
양수식 발전소에서는 발전하기 위한 수압 터널, 서어지 탱크, 수압관 발전소가 그대로 이용된다.
3 전력 부하
전력 수요량의 크기를 부하(load)라고 부른다. 수요의 종류에 의하여 전력의 사용 시간, 소비율이 다르
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11011287&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
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파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 수력발전 전반에 대한 이론적 개요 - 수력 발전 전반에 대한 이론적 개요
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키워드 : 수력발전,전반에,대한,이론적,개요,수력,발전
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