수력 발전기에는 여러 종류가 있습니다. 오늘은 축류형 수력 발전기에 대해 자세히 소개하겠습니다. 최근 축류형 수력 발전기는 주로 고낙차 및 대형화 개발에 활용되고 있습니다. 국내 축류형 터빈의 개발 또한 빠르게 진행되고 있습니다. 건설된 거저우바 수력 발전소에는 두 종류의 축류형 패들 터빈이 설치되어 있는데, 그중 하나는 러너 직경이 11.3m로 세계 유사 터빈의 러너 직경과 같습니다. 여기서는 중형 축류형 터빈의 장단점을 살펴보겠습니다.
축류 터빈의 장점
프랜시스 터빈과 비교했을 때, 축류 터빈은 다음과 같은 주요 장점을 가지고 있습니다.
1. 높은 비속도와 우수한 에너지 특성을 지니고 있어 프랜시스 터빈보다 단위 속도와 단위 유량이 높습니다. 동일한 낙차 및 출력 조건에서 수력 터빈 발전기 장치의 크기를 크게 줄이고, 장치 무게를 감소시키며, 재료 소비를 절감할 수 있어 경제적 이점이 큽니다.
2. 축류 터빈의 러너 블레이드의 표면 형상 및 표면 조도는 제조상의 요구 사항을 충족하기 쉽습니다. 축류 프로펠러 터빈의 블레이드는 회전할 수 있기 때문에 평균 효율이 프랜시스 터빈보다 높습니다. 또한 부하 및 수두 변화에 따른 효율 변화가 적습니다.
3. 축류 패들 터빈의 러너 블레이드는 제조 및 운송을 용이하게 하기 위해 분해할 수 있습니다.
따라서 축류 터빈은 넓은 운전 범위에서 안정적이며 진동이 적고 효율과 출력이 높습니다. 특히 저수두 범위에서는 프랜시스 터빈을 거의 대체할 수 있습니다. 최근 수십 년 동안 단일 장치 용량과 수두 측면에서 크게 발전하고 널리 적용되고 있습니다.
3. 축류 터빈의 단점
하지만 축류 터빈은 단점도 가지고 있으며 적용 범위를 제한합니다. 주요 단점은 다음과 같습니다.
1. 날개 수가 적고 캔틸레버 구조이므로 강도가 약하여 중/고낙차 수력 발전소에는 적용할 수 없습니다.
2. 단위 유량이 크고 단위 회전 속도가 빠르기 때문에 동일한 수두 조건에서 프랜시스 터빈보다 흡입 높이가 작아져 발전소 기초 굴착 깊이가 크고 투자 비용이 상대적으로 높습니다.
위에서 언급한 축류 터빈의 단점을 보완하기 위해, 터빈 제조 시 고강도 및 캐비테이션 저항성이 우수한 신소재를 채택하고 설계 단계에서 블레이드의 응력 조건을 개선함으로써 축류 터빈의 적용 수두를 지속적으로 향상시켜 왔습니다. 현재 축류 프로펠러 터빈의 적용 수두 범위는 3~90m로, 프랜시스 터빈의 영역에 진입했습니다. 예를 들어, 해외 축류 프로펠러 터빈 단일 기종의 출력은 181,700kW, 수두는 88m, 러너 직경은 10.3m입니다. 중국에서 생산된 축류 프로펠러 터빈 단일 기종의 출력은 175,000kW, 수두는 78m, 러너 직경은 11.3m입니다. 축류 고정 프로펠러 터빈은 블레이드가 고정되어 있고 구조가 단순하지만, 수두 및 부하 변동이 큰 수력 발전소에는 적합하지 않습니다. 수두가 안정적이고 기저부하 또는 복수 발전 설비로 사용되는 대형 수력 발전소의 경우, 계절별 전력 생산량이 풍부할 때 경제성 비교를 통해 축류 프로펠러 터빈을 고려할 수 있습니다. 적용 가능한 수두 범위는 3~50m입니다. 축류 프로펠러 터빈은 일반적으로 수직형 구조를 채택하며, 작동 과정은 기본적으로 프랜시스 터빈과 동일합니다. 차이점은 부하 변동 시 가이드 베인의 회전뿐만 아니라 러너 블레이드의 회전도 조절하여 높은 효율을 유지한다는 점입니다.
앞서 프랜시스 터빈에 대해서도 소개한 바 있습니다. 수력 발전기 중에서 프랜시스 터빈은 축류 터빈과 매우 다릅니다. 예를 들어, 러너의 구조 형태가 다릅니다. 프랜시스 터빈의 날개는 주축과 거의 평행한 반면, 축류 터빈의 날개는 주축과 거의 수직입니다.
게시 시간: 2022년 4월 19일
