카플란, 펠톤, 프랜시스 수차가 가장 널리 사용되는 수차는 운동 에너지와 위치 에너지를 수력 발전으로 변환하는 대형 회전 기계입니다. 이러한 수차는 수차의 현대 버전이며, 135년 이상 산업용 발전에 사용되어 왔으며, 최근에는 수력 발전에도 활용되고 있습니다.
오늘날 수력 터빈은 무엇에 사용되나요?
오늘날 수력 발전은 전 세계 전력 생산의 16%를 차지합니다. 19세기에는 전력망이 널리 보급되기 전에는 주로 산업용 전력에 수차가 사용되었습니다. 현재는 전력 생산에 사용되며, 댐이나 강수량이 많은 지역에서 찾아볼 수 있습니다.
전 세계 에너지 수요가 급증하고 기후 변화와 화석 연료 고갈 등의 요인이 대두됨에 따라, 수력 발전은 전 세계적으로 친환경 에너지의 한 형태로 큰 영향을 미칠 잠재력을 가지고 있습니다. 환경 친화적이고 깨끗한 전력원에 대한 수요가 계속됨에 따라, 프랜시스 터빈은 향후 몇 년 안에 매우 인기 있고 점점 더 많이 채택되는 솔루션이 될 수 있습니다.
수력 터빈은 어떻게 전기를 생산하나요?
자연적으로 또는 인공적으로 흐르는 물에서 발생하는 수압은 수차의 에너지원으로 사용됩니다. 이 에너지는 포집되어 수력 발전으로 전환됩니다. 수력 발전소는 일반적으로 활동하는 하천의 댐을 이용하여 물을 저장합니다. 물은 단계적으로 방출되어 터빈을 통과하면서 터빈을 회전시키고, 발전기를 작동시켜 전기를 생산합니다.
수력 터빈은 얼마나 큰가요?
수차는 작동 양정에 따라 고양정, 중양정, 저양정으로 분류할 수 있습니다. 저양정 수력 발전 시스템은 블레이드에 낮은 수압이 가해지면서도 높은 유량을 얻기 위해 수차의 크기가 커야 하므로 더 큽니다. 반면, 고양정 수력 발전 시스템은 유속이 빠른 수원에서 에너지를 얻기 때문에 넓은 표면적이 필요하지 않습니다.
수력 터빈을 포함한 다양한 수력 발전 시스템 부품의 크기를 설명하는 차트
수력 터빈을 포함한 다양한 수력 발전 시스템 부품의 크기를 설명하는 차트
아래에서는 다양한 용도와 수압에 사용되는 다양한 유형의 수차에 대한 몇 가지 예를 설명하겠습니다.
카플란 터빈(0~60m 압력 헤드)
이러한 터빈은 물이 흐르면서 압력을 변화시키므로 축류 반응 터빈이라고 합니다. 카플란 터빈은 프로펠러와 유사하며, 다양한 수압 및 압력 수준에서 효율을 극대화하기 위해 조절 가능한 날개를 갖추고 있습니다.
카플란 터빈 다이어그램
펠톤 터빈(300m~1600m 압력수두)
펠톤 터빈(또는 펠톤 수차)은 움직이는 물에서 에너지를 추출하는 임펄스 터빈으로 알려져 있습니다. 이 터빈은 숟가락 모양의 양동이에 힘을 가하고 디스크를 회전시켜 전력을 생성하기 위해 높은 수압이 필요하므로 고양정(high-head) 분야에 적합합니다.
펠톤 터빈
프랜시스 터빈(60m-300m 압력 헤드)
마지막으로 가장 유명한 수차인 프랜시스 수차는 전 세계 수력 발전의 60%를 담당합니다. 중간 낙차로 작동하는 충격 및 반작용 터빈인 프랜시스 수차는 축류와 방사류 개념을 결합합니다. 이를 통해 고낙차와 저낙차 터빈 사이의 간극을 메워 더욱 효율적인 설계를 가능하게 하며, 오늘날 엔지니어들에게 이를 더욱 개선하도록 요구하고 있습니다.
더 구체적으로, 프랜시스 터빈은 나선형 케이싱을 통해 물이 (정지된) 가이드 베인으로 흘러들어 (움직이는) 러너 블레이드 쪽으로 물이 흐르도록 제어함으로써 작동합니다. 물은 충격과 반작용의 힘을 결합하여 러너 블레이드를 회전시키고, 최종적으로 흡출관을 통해 러너 블레이드에서 빠져나와 외부 환경으로 물의 흐름을 방출합니다.
수력 터빈 설계는 어떻게 선택해야 하나요?
최적의 터빈 설계를 선택하는 것은 결국 한 가지 요소, 즉 사용 가능한 수두와 유량에 달려 있습니다. 어떤 종류의 수압을 활용할 수 있는지 파악한 후에는 프랜시스 터빈과 같은 밀폐형 "반작용 터빈 설계"와 펠톤 터빈과 같은 개방형 "충격 터빈 설계" 중 어떤 것이 더 적합한지 결정할 수 있습니다.
수차 다이어그램
마지막으로, 제안된 발전기의 필요한 회전 속도를 설정할 수 있습니다.
게시 시간: 2022년 7월 15일
