세계 최초의 수력 발전소는 1878년 프랑스에 건설되었으며, 수력 발전기를 이용하여 전기를 생산했습니다. 오늘날까지 수력 발전기 제조는 프랑스 제조업의 "자랑"으로 불리고 있습니다. 하지만 이미 1878년 초창기부터 수력 발전기의 초기 설계가 존재했습니다. 1856년에는 롄롄 얼라이언스(Lianlian Alliance) 브랜드의 상용 직류 발전기가 출시되었습니다. 1865년에는 프랑스인 카세벤(Casseven)과 이탈리아인 마르코(Marko)가 직류 발전기와 수력 터빈을 결합하여 전기를 생산하는 방식을 구상했습니다. 1874년에는 러시아의 피로스키(Piroski) 또한 수력을 전기 에너지로 변환하는 설계안을 제안했습니다. 1878년, 세계 최초의 수력 발전소가 영국의 그랙사이드 매너(Gragside Manor)와 프랑스 파리 근교의 시르미트(Sirmite)에 건설되었고, 최초의 직류 수력 발전기가 등장했습니다. 1891년에는 루이투 올리칸(Ruitu Olican)사에서 최초의 현대식 수력 발전기(라우펜 수력 발전기)가 탄생했습니다. 1891년부터 현재까지 100년이 넘는 기간 동안 수력 발전 기술은 엄청난 발전을 이루었습니다.
초기 단계 (1891-1920)
수력 발전기가 처음 등장했을 당시에는 일반 직류 발전기나 교류 발전기를 수력 터빈에 연결하여 수력 발전기를 구성했습니다. 그 당시에는 수력 발전에 특화된 발전기가 없었습니다. 1891년 라우펜 수력 발전소가 건설되면서 비로소 수력 발전에 특화된 발전기가 등장했습니다. 초기 수력 발전소는 규모가 작고 전력 공급 범위가 좁은 고립된 발전소였기 때문에 발전기의 전압과 주파수가 불규칙적이고 매우 불안정했습니다. 구조적으로 수력 발전기는 대부분 수평형이었습니다. 또한 초기에는 대부분 직류 발전기가 사용되었고, 이후에 단상 교류, 삼상 교류, 이상 교류 수력 발전기가 등장했습니다.
초창기 수력 발전기 제조 분야에서 잘 알려진 기업으로는 BBC, 올리콘, 지멘스, 웨스팅하우스(WH), 에디슨, 제너럴 모터스(GE) 등이 있으며, 대표적인 수력 터빈 발전 설비로는 라우펜 수력 발전소의 300마력 3상 교류 터빈 발전기(1891년), 미국 폴섬 수력 발전소의 750kW 3상 교류 발전기(GE사 제작, 1893년), 나이아가라 폭포 미국 측 애덤스 수력 발전소의 5000마력 2상 교류 수력 발전기(1894년), 나이아가라 폭포 캐나다 측 온타리오 발전소의 12MNVA 및 16MVA 수평형 수력 발전기(1904~1912년), 그리고 1920년 GE사가 제작한 40MVA 스탠드형 수력 발전기 등이 있다. 스웨덴의 헬셰온 수력 발전소는 1893년에 건설되었습니다. 이 발전소는 344kV·A급 3상 교류 수평형 수력 발전기 4대를 갖추고 있었습니다. 발전기는 스웨덴의 제너럴 일렉트릭 컴퍼니(ASEA)에서 제작했습니다.
1891년 독일 프랑크푸르트에서 세계 박람회가 개최되었습니다. 박람회 조직위원회는 박람회에서 교류의 송전 및 응용을 시연하기 위해 박람회장에서 175km 떨어진 독일 라르펜에 있는 포틀랜드 시멘트 공장에 수력 터빈 발전기를 설치했습니다. 이 발전기는 박람회 조명과 100마력 3상 유도 전동기 구동에 사용되었습니다. 라르펜 수력 발전소의 수력 발전기는 루이투 외를리콘 사의 수석 엔지니어인 브라운이 설계하고 외를리콘 사에서 제작했습니다. 이 발전기는 3상 수평형으로 300마력, 150rpm, 32극, 40Hz, 상전압 55~65V입니다. 발전기의 외경은 1752mm이고 철심 길이는 380mm입니다. 발전기 고정자 슬롯의 수는 96개이며, 각 극과 각 상은 구리선으로 이루어져 있습니다. 이 구리선의 슬롯은 2mm 두께의 석면판으로 절연되어 있고, 끝부분은 나선형 구리선입니다. 회전자는 매립형 링에 계자 권선이 감겨 있는 구조입니다. 발전기는 수직 수력 터빈에서 한 쌍의 베벨 기어를 통해 구동되며, 또 다른 소형 직류 수력 발전기에 의해 여자됩니다. 발전기의 효율은 96.5%에 달합니다.
라우펜 발전소의 수력 발전기를 성공적으로 가동하여 프랑크푸르트로 전력을 송전한 것은 인류 역사상 최초의 산업 현장에서 이루어진 3상 전류 송전 시험입니다. 이는 교류, 특히 3상 교류의 실용화에 있어 획기적인 사건이며, 해당 발전기는 세계 최초의 3상 수력 발전기이기도 합니다.
위 내용은 수력 발전기의 초기 30년간의 설계 및 개발 과정을 보여줍니다. 실제로 수력 발전 기술의 발전 과정을 살펴보면, 수력 발전기는 일반적으로 30년 주기로 발전 단계를 거쳐 왔습니다. 즉, 1891년부터 1920년까지는 초기 단계, 1921년부터 1950년까지는 기술 성장 단계, 1951년부터 1984년까지는 급속한 발전 단계, 그리고 1985년부터 2010년까지는 안정적인 발전 단계라고 할 수 있습니다.
게시 시간: 2021년 9월 9일
