1. 수력발전 개요
수력 발전은 자연 하천의 수력을 사람이 사용할 수 있는 전기 에너지로 변환하는 것입니다. 발전소에서 사용하는 에너지원은 태양열, 하천의 수력, 기류를 이용한 풍력 등 다양합니다. 수력 발전은 비용이 저렴하며, 다른 수자원 보호 사업과 병행하여 건설할 수도 있습니다. 중국은 수자원이 풍부하고 수자원 여건이 매우 양호합니다. 수력 발전은 국가 경제 건설에 중요한 역할을 합니다.
하천의 상류 수위는 하류 수위보다 높습니다. 하천의 수위 차이로 인해 수력이 발생합니다. 이 에너지를 위치 에너지 또는 위치 에너지라고 합니다. 하천 수면 높이의 차이를 낙차라고 하며, 수위차 또는 수두라고도 합니다. 이 낙차는 수력 발전의 기본 조건입니다. 또한, 수력 발전의 크기는 하천의 유량에 따라 달라지는데, 이는 낙차만큼 중요한 또 다른 기본 조건입니다. 낙차와 유량 모두 수력 발전의 크기에 직접적인 영향을 미칩니다. 낙차가 클수록 수력 발전도 커집니다. 낙차와 유량이 상대적으로 적으면 수력 발전소의 출력은 작아집니다.
낙차는 일반적으로 미터 단위로 표시됩니다. 수위 구배는 낙차와 거리의 비율로, 낙차의 집중도를 나타낼 수 있습니다. 낙차가 상대적으로 집중되어 있으면 수력 발전이 더 편리합니다. 수력 발전소에서 사용하는 낙차는 수력 발전소 상류 수면과 수차 터빈을 통과한 후 하류 수면의 차이입니다.
유량은 단위 시간 동안 강을 통해 흐르는 물의 양으로, 초당 입방미터로 표현됩니다. 1입방미터의 물은 1톤입니다. 강의 흐름은 언제 어디서나 변하기 때문에 흐름에 대해 이야기할 때는 흐르는 특정 장소의 시간을 설명해야 합니다. 흐름은 시간에 따라 크게 변합니다. 일반적으로 중국의 강은 여름, 가을, 우기에는 흐름이 많지만 겨울과 봄에는 흐름이 적습니다. 흐름은 월별로 다르고 수량은 해마다 다릅니다. 일반적인 하천의 흐름은 상류에서 비교적 적습니다. 지류가 합류함에 따라 하류 흐름은 점차 증가합니다. 따라서 상류 낙차가 집중되어도 흐름은 적고 하류 흐름이 크지만 낙차는 비교적 분산됩니다. 따라서 강의 중류에서 수력을 사용하는 것이 종종 가장 경제적입니다.
수력 발전소에서 사용되는 낙하량과 유량을 알면 다음 공식을 사용하여 출력을 계산할 수 있습니다.
N= GQH
수식에서 N은 출력, 단위는 kW, 전력이라고도 함.
Q — 유량(초당 입방미터)
H — 드롭(미터)
G=9.8은 중력가속도(뉴턴/kg)입니다.
이론 전력은 위 공식에 따라 계산되며, 손실은 차감되지 않습니다. 실제로 수력 발전 과정에서 수차, 송전 장비, 발전기 등은 필연적으로 전력 손실을 겪습니다. 따라서 이론 전력은 할인되어야 합니다. 즉, 실제로 사용할 수 있는 전력에 효율 계수(기호: K)를 곱해야 합니다.
수력 발전소 발전기의 설계 전력을 정격 전력이라고 하며, 실제 전력을 실제 전력이라고 합니다. 에너지 변환 과정에서 불가피하게 일부 에너지 손실이 발생합니다. 수력 발전 과정에서는 주로 수력 터빈과 발전기(파이프라인 손실 포함)의 손실이 발생합니다. 농촌 소규모 수력 발전소에서는 각종 손실이 전체 이론 전력의 40~50%를 차지하므로 수력 발전소의 출력은 이론 전력의 50~60%만 사용할 수 있습니다. 즉, 효율은 약 0.5~0.60(터빈 효율 0.70~0.85, 발전기 효율 0.85~0.90, 배관 및 송전 설비 효율 0.80~0.85 포함)입니다. 따라서 수력 발전소의 실제 전력(출력)은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.
K – 수력 발전소의 효율(0.5~0.6)은 소규모 수력 발전소의 대략적인 계산에 사용됩니다. 위 공식은 다음과 같이 단순화할 수 있습니다.
N=(0.5 ～ 0.6) QHG 실제 전력=효율 × 유량 × 강하 × 9.8
수력 발전은 물을 이용하여 수차라고 불리는 일종의 기계를 구동하는 것입니다. 예를 들어, 중국의 고대 수차는 매우 단순한 수차였습니다. 현재 사용되는 다양한 수차는 다양한 특수 유압 조건에 맞춰 회전력을 높이고 기계 에너지로 변환할 수 있도록 설계되었습니다. 또 다른 기계인 발전기는 수차에 연결되어 발전기의 회전자가 수차와 함께 회전하도록 하여 전기를 생산합니다. 발전기는 두 부분으로 나눌 수 있습니다. 수차와 함께 회전하는 부분을 발전기의 회전자라고 하며, 회전자 주변에는 여러 개의 자극이 있습니다. 회전자 주변의 원은 발전기의 고정자라고 하며, 고정자에는 여러 개의 구리 코일이 감겨 있습니다. 회전자의 여러 자극이 고정자 구리 코일의 중앙에서 회전하면 구리선에 전류가 발생하고, 발전기는 기계 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.
발전소에서 생성된 전기 에너지는 다양한 전기 장비에서 기계 에너지(모터 또는 전동기), 빛 에너지(전구), 열 에너지(전기로) 등으로 변환됩니다.
2. 수력발전소 구성
수력 발전소는 수력 구조물, 기계 장비, 전기 장비로 구성됩니다.
（1）수력구조물
여기에는 웨어(댐), 흡입구, 수로(또는 터널), 전방 저수지(또는 조절 탱크), 수문, 발전소 및 방수로 등이 포함됩니다.
강에 보(댐)를 건설하여 강을 막고 수면을 높여 저수지를 형성합니다. 이렇게 하면 보(댐) 위의 저수지 수면에서 댐 아래 강 수면까지 집중 낙차가 형성되고, 이후 수도관이나 터널을 통해 수력 발전소로 물이 유입됩니다. 가파른 하천에서는 유수로를 사용하여 낙차를 형성할 수도 있습니다. 예를 들어, 자연 하천의 낙차는 1km당 10m입니다. 이 구간의 상류에 수로를 열어 물을 유입하면 수로는 강을 따라 굴착되고 수로의 경사는 평평해집니다. 수로의 낙차가 1km당 1m에 불과하다면 물은 수로를 따라 5km를 흐르고 물은 5m만 떨어지지만, 자연 하천에서는 5km를 걸으면 50m가 떨어집니다. 이때 수로의 물은 물관이나 터널을 통해 강을 통해 발전소로 다시 흘러가고, 전기를 생산하는 데 사용할 수 있는 45m 높이의 집중 낙차가 있습니다.
집중된 물방울을 형성하기 위해 분류수로, 터널 또는 물관(플라스틱관, 강철관, 콘크리트관 등)을 사용하는 수력 발전소를 분류수로형 수력 발전소라고 하며, 이는 수력 발전소의 전형적인 배치입니다.
（2）기계 및 전기 장비
위의 수력 공사(웨어, 운하, 포베이, 펜스톡 및 발전소) 외에도 수력 발전소에는 다음과 같은 장비가 필요합니다.
(1) 기계장비
유압 터빈, 조속기, 게이트 밸브, 송전 장비 및 비발전 장비가 있습니다.
(2) 전기 장비
발전기, 배전 제어반, 변압기, 송전선 등이 있습니다.
그러나 모든 소규모 수력 발전소가 위와 같은 수력 구조물과 기계 및 전기 설비를 갖추고 있는 것은 아닙니다. 수두가 6m 미만인 저낙차 수력 발전소는 일반적으로 분기수로와 개수로 분기실 방식을 채택하며, 이 경우 전수구와 수압관이 없습니다. 전력 공급 범위가 좁고 송전 거리가 짧은 발전소는 변압기 없이 직접 송전합니다. 저수지가 있는 수력 발전소는 댐을 건설할 필요가 없습니다. 심수 유입구를 채택하고, 댐의 내부 배관(또는 터널)과 여수로에는 보, 취수구, 수로, 전수구와 같은 수력 구조물을 사용할 필요가 없습니다.
수력 발전소를 건설하려면 먼저 면밀한 조사와 설계가 이루어져야 합니다. 설계는 기본 설계, 기술 설계, 시공 상세의 세 단계로 구성됩니다. 설계를 성공적으로 수행하기 위해서는 먼저 철저한 조사, 즉 해당 지역의 자연 및 경제 조건, 즉 지형, 지질, 수문, 자본 등을 완전히 이해해야 합니다. 설계의 정확성과 신뢰성은 이러한 조건을 완벽하게 파악하고 분석한 후에야 보장될 수 있습니다.
소수력 발전소의 구성 요소는 수력 발전소의 유형에 따라 다양한 형태를 갖습니다.
3、지형 측량
지형 측량의 질은 프로젝트 레이아웃과 수량 추산에 큰 영향을 미칩니다.
지질 탐사(지질학적 조건 이해)는 유역 지질 및 하천변 지질에 대한 전반적인 이해와 연구뿐만 아니라, 발전소 자체의 안전에 직접적인 영향을 미치는 기계실 기초의 견고성 여부도 파악해야 합니다. 일정 저수량을 가진 댐이 파괴되면 수력 발전소 자체뿐만 아니라 하류 지역의 막대한 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있습니다. 따라서 일반적으로 전수구의 지질학적 선정이 최우선적으로 고려됩니다.
4、수중수학
수력 발전소의 경우, 가장 중요한 수문학적 데이터는 하천 수위, 유량, 퇴적물 농도, 결빙, 기상 데이터, 그리고 홍수 조사 데이터입니다. 하천 유량의 규모는 수력 발전소의 방류로 설계에 영향을 미치며, 홍수의 심각성을 과소평가하여 댐 파괴로 이어질 수 있습니다. 하천에 의해 운반되는 퇴적물은 최악의 경우 저수지를 빠르게 채울 수 있습니다. 예를 들어, 하천으로 유입되는 퇴적물은 하천의 토사를 침전시키고, 굵은 퇴적물은 수력 터빈을 통과하여 수력 터빈의 마모를 유발할 수 있습니다. 따라서 수력 발전소 건설에는 충분한 수문학적 데이터가 반드시 필요합니다.
따라서 수력 발전소 건설을 결정하기 전에, 해당 전력 공급 지역의 경제 발전 방향과 향후 전력 수요를 조사하고 연구해야 합니다. 동시에 개발 지역 내 다른 전력원의 상황을 예측해야 합니다. 이러한 조건들을 검토하고 분석한 후에야 수력 발전소 건설 필요성 여부와 건설 규모를 결정할 수 있습니다.
일반적으로 수력발전 조사의 목적은 수력발전소의 설계 및 건설에 필요한 정확하고 신뢰할 수 있는 기본 데이터를 제공하는 것입니다.
5、선정된 역의 일반 조건
관측소 부지 선정에 대한 일반적인 조건은 다음의 네 가지 측면에서 설명될 수 있다.
(1) 선정된 발전소 부지는 수력 에너지를 가장 경제적으로 활용하고 비용 절감 원칙에 부합해야 합니다. 즉, 발전소 완공 후 최소 비용으로 최대 전력을 생산할 수 있어야 합니다. 일반적으로 연간 발전 수익과 발전소 건설 투자액을 추산하여 투자 자본을 얼마나 오래 회수할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 그러나 수문학적, 지형적 조건과 전력 수요의 차이로 인해 비용과 투자는 특정 수치에 의해 제한되어서는 안 됩니다.
(2) 선정된 발전소 부지는 우수한 지형, 지질, 수문 조건을 갖추어야 하며, 설계 및 시공이 가능해야 합니다. 소수력 발전소 건설은 건축 자재 측면에서 가능한 한 "현지 자재"를 원칙으로 해야 합니다.
(3) 선정된 발전소 부지는 송전 및 처리 구역에 최대한 가깝게 위치하여 송전 설비 투자 및 전력 손실을 최소화해야 합니다.
(4) 발전소 부지 선정 시에는 기존 수력 구조물을 최대한 활용해야 합니다. 예를 들어, 관개수로에 물방울을 이용하여 수력 발전소를 건설하거나, 관개 저수지 근처에 수력 발전소를 건설하여 관개 유량을 이용하여 발전하는 방식 등이 있습니다. 이러한 수력 발전소는 물이 있을 때 발전하는 원리를 준수할 수 있으므로 경제적 의의가 더욱 뚜렷합니다.
게시 시간: 2022년 10월 25일
