수력 발전기에는 여러 종류가 있습니다. 오늘은 축류형 수력 발전기에 대해 자세히 소개하겠습니다. 최근 축류형 터빈 발전기는 주로 고낙차 및 대형화 방향으로 개발되고 있습니다. 국내 축류형 터빈 기술은 빠르게 발전하고 있으며, 거저우바 수력 발전소에 설치된 두 대의 축류형 패들 터빈 중 하나는 직경이 11.3미터로 현재 세계 최대 규모입니다. 축류형 터빈의 장점과 단점에 대해 살펴보겠습니다.
축류 터빈의 장점
프랜시스 터빈과 비교했을 때, 축류 터빈은 다음과 같은 주요 장점을 가지고 있습니다.
1. 높은 비속도와 우수한 에너지 특성을 지니고 있어 단위 속도와 단위 유량이 프랜시스 터빈보다 높습니다. 동일한 수두 및 출력 조건에서 터빈 발전기 장치의 크기를 크게 줄이고, 무게를 감소시키며, 재료 소비를 절감할 수 있어 경제적입니다.
2. 축류 터빈의 러너 블레이드의 표면 형상 및 표면 조도는 제조상의 요구 사항을 쉽게 충족할 수 있습니다. 축류 회전식 패들 터빈의 블레이드는 회전할 수 있으므로 평균 효율이 혼합류 터빈보다 높습니다. 또한 부하 및 수두 변화에 따른 효율 변화도 크지 않습니다.
3. 축류식 패들 터빈의 러너 블레이드는 분해가 가능하여 제조 및 운송이 편리합니다.
따라서 축류 터빈은 진동이 적고 효율과 출력이 높은 등 더 넓은 운전 범위에서 안정성을 유지할 수 있습니다. 저낙차 영역에서는 프랜시스 터빈을 거의 대체했습니다. 최근 수십 년 동안 단일 장치 용량과 수두 사용 측면 모두에서 큰 발전이 있었고, 적용 범위 또한 매우 넓어졌습니다.
축류 터빈의 단점
하지만 축류 터빈은 단점도 가지고 있으며 적용 범위를 제한합니다. 주요 단점은 다음과 같습니다.
1. 날개 수가 적고 캔틸레버 구조여서 강도가 약하기 때문에 중낙차 및 고낙차 수력 발전소에는 사용할 수 없습니다.
2. 단위 유량과 단위 회전 속도가 크기 때문에 동일한 수두 조건에서 프랜시스 터빈보다 흡입 높이가 작아 발전소 기초 굴착 깊이가 크고 투자 비용이 상대적으로 높습니다.
앞서 언급한 축류 터빈의 단점을 보완하기 위해 고강도 캐비테이션 방지 신소재를 터빈 제조에 사용하고 블레이드 설계에서 블레이드의 힘을 향상시켜 축류 터빈의 적용 수두를 지속적으로 개선해 왔습니다. 현재 축류 패들 터빈의 적용 수두는 3~90m에 이르러 프랜시스 터빈의 영역에 진입했습니다. 예를 들어, 해외 축류 패들 터빈의 최대 단일 출력은 181,700kW, 최대 수두는 88m, 러너 직경은 10.3m입니다. 우리나라에서 생산된 축류 패들 터빈의 최대 단일 출력은 175,000kW, 최대 수두는 78m, 최대 러너 직경은 11.3m입니다. 축류 고정 프로펠러 터빈은 블레이드가 고정되어 있고 구조가 단순하지만, 수두와 부하 변동이 큰 수력 발전소에는 적합하지 않습니다. 축류식 패들 터빈은 수두가 안정적이며 기저부하 또는 다중 유닛 대규모 발전소로 사용될 수 있습니다. 계절별 발전량이 풍부할 때는 경제성 비교도 가능하므로 고려해 볼 만합니다. 적용 가능한 수두 범위는 3~50m입니다. 축류식 패들 터빈은 일반적으로 수직형 장치를 사용하며, 작동 원리는 기본적으로 프랜시스 터빈과 동일합니다. 차이점은 부하 변화에 따라 가이드 베인의 회전뿐만 아니라 러너 블레이드의 회전도 조절하여 높은 효율을 유지한다는 점입니다.
앞서 프랜시스 터빈에 대해서도 소개했습니다. 터빈 발전기 중에서도 프랜시스 터빈과 축류 터빈은 큰 차이점이 있습니다. 예를 들어, 러너의 구조가 다릅니다. 프랜시스 터빈의 블레이드는 주축과 거의 평행한 반면, 축류 터빈은 주축과 거의 수직입니다.
게시 시간: 2021년 11월 11일
