1. 수력발전소의 배치 형태
수력 발전소의 전형적인 배치 형태로는 주로 댐형 수력 발전소, 하천형 수력 발전소, 분류형 수력 발전소가 있습니다.
댐형 수력 발전소: 댐을 이용하여 하천의 수위를 높여 수두를 집중시키는 방식입니다. 하천 중류 및 상류의 고산 협곡에 건설되는 경우가 많으며, 일반적으로 중낙차에서 고낙차의 수력 발전소입니다. 가장 일반적인 배치 방식은 댐 부지 인근의 저류댐 하류에 수력 발전소를 설치하는 것으로, 댐 뒤쪽에 수력 발전소를 설치하는 방식입니다.
하상형 수력 발전소: 발전소, 저수문, 댐이 하상 위에 일렬로 배치되어 공동으로 물을 저류하는 수력 발전소입니다. 주로 하천 중류와 하류에 건설되며, 일반적으로 낙차가 낮고 유량이 많은 수력 발전소입니다.
전환형 수력 발전소: 전환 수로를 이용하여 하천 구간의 낙차를 모아 발전 수두를 형성하는 수력 발전소입니다. 유량이 적고 하천의 종경사가 큰 하천의 중류 및 상류에 주로 건설됩니다.
2. 수력발전 허브 건물 구성
수력발전소 허브 프로젝트의 주요 건물은 다음과 같습니다: 저수 구조물, 방류 구조물, 유입 구조물, 분류 및 방수 구조물, 수위 구조물, 발전, 변전 및 배전 건물 등.
1. 물 저장 구조물: 물 저장 구조물은 강을 가로막고, 물방울을 모으고, 댐이나 수문 등과 같은 저수지를 형성하는 데 사용됩니다.
2. 방수 구조물: 방수 구조물은 홍수를 방류하거나 하류에서 사용할 물을 방출하거나 저수지의 수위를 낮추기 위해 물을 방출하는 데 사용됩니다. 여기에는 스필웨이, 스필웨이 터널, 바닥 배출구 등이 있습니다.
3. 수력 발전소의 취수 구조: 수력 발전소의 취수 구조는 물을 분류 수로로 유입하는 데 사용되며, 압력이 있는 깊고 얕은 유입구 또는 압력이 없는 개방형 유입구가 있습니다.
4. 수력 발전소의 배수 및 방수 구조물: 수력 발전소의 배수 구조물은 발전용수를 저수지에서 터빈 발전기로 이송하는 데 사용됩니다. 방수 구조물은 발전에 사용된 물을 하류 수로로 방류하는 데 사용됩니다. 일반적인 구조물로는 수로, 터널, 압력 파이프라인 등이 있으며, 수로, 암거, 역사이펀 등과 같은 교차 구조물도 있습니다.
5. 수력 평수 구조물: 수력 평수 구조물은 가압된 분기수로의 서지 챔버와 비가압된 분기수로 끝부분의 압력 전류구와 같은 분기 또는 꼬리수 구조물에서 수력 발전소의 부하 변화로 인해 발생하는 유량 및 압력(수심)의 변화를 안정화하는 데 사용됩니다.
6. 발전·변전·배전 건물: 수력터빈발전기 유닛 및 그 제어장치를 설치하는 주전원실(설치장소 포함), 보조설비 보조전원실, 변압기를 설치하는 변전소, 고전압 배전장치를 설치하는 고전압 개폐장치를 포함합니다.
7. 기타 건물: 배, 나무, 물고기, 모래 차단, 모래 세척 등
댐의 일반적인 분류
댐은 하천을 가로막아 물을 막는 댐과 저수지, 하천 등의 물을 막는 댐을 모두 말합니다. 분류 기준에 따라 다양한 분류 방법이 있을 수 있습니다. 공학은 주로 다음과 같은 유형으로 나뉩니다.
1. 중력댐
중력댐은 콘크리트나 돌과 같은 재료로 건설된 댐으로, 주로 댐 본체의 자중에 의존하여 안정성을 유지합니다.
중력댐의 작동 원리
수압 및 기타 하중의 작용 하에서 중력댐은 주로 댐 자체의 자중에 의해 발생하는 미끄럼 방지력에 의존하여 안정성 요건을 충족합니다. 동시에, 댐 본체의 자중에 의해 발생하는 압축 응력은 수압에 의해 발생하는 인장 응력을 상쇄하여 강도 요건을 충족합니다. 중력댐의 기본 형상은 삼각형입니다. 평면상에서 댐의 축은 일반적으로 직선이지만, 지형, 지질 조건 또는 허브 배치 요건을 충족하기 위해 상류 쪽으로 갈수록 곡률이 작은 파선 또는 아치 형태로 배치되기도 합니다.
중력댐의 장점
(1) 구조적 기능이 명확하고 설계 방법이 간단하며 안전하고 신뢰성이 높습니다. 통계에 따르면 중력댐의 파괴율은 다양한 유형의 댐 중 상대적으로 낮습니다.
(2) 지형 및 지질 조건에 대한 적응성이 뛰어나며, 어떠한 형태의 하천 유역에도 중력댐을 건설할 수 있다.
(3) 허브에서의 홍수 방류 문제는 쉽게 해결할 수 있습니다. 중력댐을 월류 구조물로 만들거나, 댐 본체의 다양한 높이에 배수구를 설치할 수 있습니다. 일반적으로 별도의 여수로나 배수 터널을 설치할 필요가 없으며, 허브 배치도 간결합니다.
(4) 공사 중 유량 전환에 편리하다. 공사 기간 동안 댐 본체를 유량 전환에 활용할 수 있으며, 일반적으로 별도의 유량 전환 터널이 필요하지 않다.
(5) 시공이 편리하다.
중력댐의 단점
(1) 댐체의 단면크기가 크고, 사용하는 재료의 양이 많다.
(2) 댐체의 응력이 낮아 재료강도를 충분히 활용할 수 없다.
(3) 댐 본체와 기초 사이의 접촉면적이 크기 때문에 댐 바닥부에 높은 양력압이 발생하여 안정성에 불리하다.
(4) 댐 본체의 부피가 크고, 시공 중 콘크리트의 수화열과 경화수축으로 인해 불리한 온도응력과 수축응력이 발생하므로 콘크리트 타설 시 엄격한 온도관리가 요구된다.
2. 아치댐
아치댐은 기반암에 고정된 공간적 쉘 구조로, 평면상에서 상류를 향해 볼록한 아치 모양을 형성하고, 아치형 크라운 형상은 상류를 향해 수직 또는 볼록한 곡선 모양을 나타냅니다.
아치댐의 작동 원리
아치댐의 구조는 아치 효과와 보 효과를 모두 가지고 있으며, 댐이 지탱하는 하중은 아치의 작용을 통해 양쪽 둑으로 부분적으로 압축되고, 나머지 부분은 수직 보의 작용을 통해 댐 바닥의 기반암으로 전달됩니다.
아치댐의 특성
(1) 안정적 특성. 아치댐의 안정성은 자중에 의존하여 안정성을 유지하는 중력댐과는 달리, 주로 양쪽 아치 끝단의 반력에 의존합니다. 따라서 아치댐은 댐 부지의 지형 및 지질 조건에 대한 높은 요구 조건과 엄격한 기초 처리 요건을 가지고 있습니다.
(2) 구조적 특성. 아치 댐은 높은 차수의 부정정 구조에 속하며, 높은 과하중 용량과 높은 안전성을 가지고 있습니다. 외부 하중이 증가하거나 댐의 일부에 국부적인 균열이 발생하면, 댐 본체의 아치와 보의 작용이 스스로 조정되어 댐 본체의 응력 재분배를 유발합니다. 아치 댐은 가볍고 복원력이 뛰어난 본체를 가진 전체적인 공간 구조입니다. 공학적 실험 결과 내진성 또한 우수한 것으로 나타났습니다. 또한, 아치는 주로 축방향 압력을 받는 추력 구조이기 때문에 아치 내부의 휨 모멘트가 비교적 작고 응력 분포가 비교적 균일하여 재료의 강도를 발휘하는 데 유리합니다. 경제적 관점에서 볼 때, 아치 댐은 매우 우수한 유형의 댐입니다.
(3) 하중 특성. 아치댐 본체는 영구 신축이음매가 없고, 온도 변화와 기반암 변형이 댐 본체 응력에 큰 영향을 미칩니다. 설계 시 기반암 변형을 고려하고 온도를 주요 하중으로 포함해야 합니다.
아치댐은 단면이 얇고 기하학적 형태가 복잡하기 때문에 시공 품질, 댐 재료의 강도, 침투 방지 요건이 중력댐보다 엄격합니다.
3. 토암댐
토암댐은 흙과 돌과 같은 지역 자재로 만든 댐을 말하며, 역사상 가장 오래된 댐 유형입니다. 토암댐은 세계에서 가장 널리 사용되고 빠르게 발전하는 댐 건설 유형입니다.
토석댐의 광범위한 적용 및 개발 이유
(1) 자재를 현지 및 인근에서 조달할 수 있어 시멘트, 목재, 철강 등의 사용량을 대폭 절감하고, 공사 현장의 외부 운송량을 줄일 수 있습니다. 거의 모든 토석류를 댐 건설에 사용할 수 있습니다.
(2) 다양한 지형, 지질, 기후 조건에 적응할 수 있습니다. 특히 혹독한 기후, 복잡한 공학적 지질 조건, 그리고 고강도 지진 발생 지역에서는 토암댐이 유일하게 실현 가능한 댐 유형입니다.
(3) 대용량, 다기능, 고효율 건설기계의 개발로 토석댐의 다짐밀도가 높아지고, 토석댐의 단면적이 줄어들어 시공 진척도가 빨라지고, 원가가 절감되어 고토석댐 시공이 발전하게 되었다.
(4) 지반공학 이론, 실험방법, 전산기법의 발전으로 해석계산 수준이 향상되고 설계 진척도가 가속화되어 댐 설계의 안전성과 신뢰성이 더욱 보장되었습니다.
(5) 고사면, 지하공작구조물, 토석댐의 고속유량 에너지소산 및 침식방지 등 지원공사업 설계 및 시공기술의 종합적 개발 또한 토석댐 건설 및 추진을 가속화하는 데 중요한 촉진 역할을 담당하고 있다.
4. 록필댐
록필댐은 일반적으로 돌을 던지고, 채우고, 굴리는 등의 공법으로 건설되는 댐을 말합니다. 록필댐은 투수성이 있으므로 흙, 콘크리트, 아스팔트 콘크리트와 같은 불투수성 재료를 사용해야 합니다.
록필댐의 특성
(1) 구조적 특성: 다짐된 암반의 밀도가 높고, 전단 강도가 높으며, 댐 경사를 비교적 급하게 만들 수 있습니다. 이는 댐의 채움량을 절약할 뿐만 아니라 댐 바닥의 폭을 줄입니다. 또한, 수로 및 방류 구조물의 길이를 그에 따라 단축할 수 있으며, 허브의 배치를 콤팩트하게 하여 공사비를 더욱 절감할 수 있습니다.
(2) 시공 특성. 댐 본체 각 부분의 응력 상황에 따라 암반층을 여러 구역으로 구분할 수 있으며, 각 구역의 석재 및 치밀도에 대한 다양한 요건을 충족할 수 있습니다. 허브 내 배수 구조물 시공 시 굴착된 석재를 충분히 합리적으로 적용하여 비용을 절감할 수 있습니다. 콘크리트 표면 암반댐 시공은 우기나 혹한과 같은 기후 조건의 영향을 덜 받으며, 비교적 균형 잡히고 정상적인 시공이 가능합니다.
(3) 운영 및 유지관리 특성 다짐된 암석매립지의 침하변형은 매우 작다.
펌핑 스테이션
1. 펌프장 엔지니어링의 기본 구성 요소
펌프장 프로젝트는 그림과 같이 주로 펌프실, 배관, 입수 및 배출 건물, 그리고 변전소로 구성됩니다. 펌프실에는 물 펌프, 송수 장치, 동력 장치로 구성된 유닛이 설치되며, 보조 장비와 전기 장비도 포함됩니다. 주요 입수 및 배출 구조물에는 취수 시설과 배수 시설, 그리고 입수 및 배출 풀(또는 급수탑)이 포함됩니다.
펌프장의 파이프라인에는 유입관과 유출관이 있습니다. 유입관은 원수와 워터 펌프의 유입구를 연결하고, 유출관은 워터 펌프의 유출구와 유출구 가장자리를 연결하는 파이프라인입니다.
펌프장이 가동되면, 유입구와 유입관을 통해 물 흐름이 워터 펌프로 유입됩니다. 워터 펌프에 의해 가압된 물 흐름은 배출구(또는 급수탑) 또는 파이프라인으로 보내져 물을 끌어올리거나 운반하는 목적을 달성합니다.
2. 펌프 스테이션 허브의 레이아웃
펌프장 엔지니어링의 허브 레이아웃은 다양한 조건과 요건을 종합적으로 고려하고, 건물의 유형을 결정하며, 상대적 위치를 합리적으로 배치하고, 상호 관계를 처리하는 것을 의미합니다. 허브 레이아웃은 주로 펌프장이 수행하는 작업을 기반으로 고려됩니다. 각 펌프장은 펌프실, 유입 및 유출 파이프라인, 유입 및 유출 건물 등 주요 작업에 따라 서로 다른 배치를 가져야 합니다.
암거, 통제문 등 관련 보조 건축물은 본 사업과 양립 가능해야 합니다. 또한, 종합적인 활용 요건을 고려하여 역세권 내 도로, 선박, 어항 통행 등의 요건이 있는 경우, 도로교량, 선박갑문, 어항 등의 배치와 본 사업의 연관성을 고려해야 합니다.
펌프장에서 수행하는 다양한 작업에 따라, 펌프장 허브의 레이아웃에는 일반적으로 관개 펌프장, 배수 펌프장, 배수 관개 조합 펌프장 등 몇 가지 전형적인 형태가 포함됩니다.
수문은 수문을 이용하여 물을 가두고 유출량을 조절하는 저수두 수력 구조물입니다. 강, 운하, 저수지, 호수 기슭에 흔히 설치됩니다.
1. 일반적으로 사용되는 수문의 분류
수문의 작업 내용에 따른 분류
1. 방류수문: 홍수를 막고, 수위를 조절하고, 방류량을 조절하기 위해 하천이나 수로에 설치되는 수문. 하천 수로에 위치한 방류수문은 하천 차단수문이라고도 합니다.
2. 취수문: 강, 저수지 또는 호수 기슭에 설치되어 물의 흐름을 조절합니다. 취수문은 취수문 또는 수로 수문이라고도 합니다.
3. 홍수 분산 수문: 하천의 한쪽 면에 설치되는 경우가 많으며, 하류의 안전 방류 용량을 초과하는 홍수를 홍수 분산 구역(저류 또는 저류 구역)이나 여수로로 방류하는 데 사용됩니다. 홍수 분산 수문은 양방향으로 물을 흐르게 하며, 홍수 발생 후 물을 저장했다가 이곳에서 하천으로 방류합니다.
4. 배수문: 내륙이나 저지대 농작물에 해로운 침수를 막기 위해 강둑을 따라 흔히 설치됩니다. 배수문은 양방향으로 작동합니다. 하천 수위가 내호나 저지대보다 높을 경우, 배수문은 주로 물을 차단하여 농경지나 주택이 침수되는 것을 방지합니다. 하천 수위가 내호나 저지대보다 낮을 경우, 배수문은 주로 침수 및 배수에 사용됩니다.
5. 조수문: 바다 하구 근처에 설치하여 만조 시에는 바닷물이 역류하는 것을 막기 위해 닫는다. 썰물 때 수문을 열어 물을 흘려보내면 양방향으로 물이 차단되는 특징이 있다. 조수문은 배수 수문과 유사하지만 더 자주 작동한다. 외해의 조수가 내하보다 높을 때는 수문을 닫아 바닷물이 내하로 역류하는 것을 막는다. 외해의 조수가 내해의 강물보다 낮을 때는 수문을 열어 물을 흘려보낸다.
6. 모래세척수문(모래방수수문): 진흙이 섞인 하천의 흐름에 설치되며, 유입수문, 조절수문 또는 수로체계 앞에 쌓인 퇴적물을 방류하는 데 사용된다.
7. 또한, 얼음 덩어리나 떠다니는 물체 등을 제거하기 위한 얼음 배출 게이트와 하수 게이트가 설치되어 있습니다.
게이트실의 구조적 형태에 따라 개방형, 흉벽형, 암거형 등으로 구분할 수 있다.
1. 개방형: 수문을 통과하는 물의 흐름이 방해받지 않으며, 배출 용량이 큽니다.
2. 유방벽형: 게이트 위에 유방벽이 있어 방수시 게이트에 가해지는 힘을 줄이고 방수진폭을 증가시킬 수 있습니다.
3. 암거형: 수문 앞에 가압 또는 무가압 터널체가 있고, 터널 상부는 흙으로 채워져 있습니다. 주로 소형 수문에 사용됩니다.
게이트 흐름의 크기에 따라 대, 중, 소의 세 가지 형태로 나눌 수 있습니다.
1000m3/s 이상의 유량을 갖는 대형 수문
100~1000m3/s 용량의 중형 수문;
100m3/s 미만의 용량을 가진 소형 수문.
2. 수문의 구성
수문은 주로 상류 연결부, 수문실, 하류 연결부의 3개 부분으로 구성되어 있다.
상류 연결부: 상류 연결부는 수문을 통해 물의 흐름을 원활하게 유도하고, 양안과 하상 침식으로부터 보호하며, 양안과 하상 침식 방지를 위한 지하 등고선을 형성하여 양안과 하상 기초의 침수 방지 안정성을 확보하는 역할을 합니다. 일반적으로 상류 연결부는 상류 날개벽, 바닥, 상류 침식 방지 홈, 그리고 양측 사면 보호벽으로 구성됩니다.
게이트 챔버: 수문의 주요 부분으로, 수위와 흐름을 조절하고, 누수와 침식을 방지하는 기능을 합니다.
게이트 챔버 섹션의 구조는 게이트, 게이트 교각, 측면 교각(보벽), 바닥판, 흉벽, 작업교, 교통교, 호이스트 등으로 구성됩니다.
게이트는 게이트를 통과하는 유량을 조절하는 데 사용됩니다. 게이트는 게이트 바닥판에 설치되며, 오리피스를 가로지르고 게이트 교각으로 지지됩니다. 게이트는 유지보수 게이트와 서비스 게이트로 구분됩니다.
작동 게이트는 정상 작동 시 물을 차단하고 배출 흐름을 제어하는 데 사용됩니다.
유지관리 게이트는 유지관리 기간 동안 일시적으로 물을 유지하는 데 사용됩니다.
게이트 기둥은 베이 홀을 분리하고 게이트, 흉벽, 작업교량, 교통교량을 지지하는 데 사용됩니다.
게이트 기둥은 게이트, 흉벽 및 게이트 기둥 자체의 물 유지 용량이 지탱하는 수압을 바닥판으로 전달합니다.
가슴벽은 작업 게이트 위에 설치되어 물을 유지하고 게이트 크기를 크게 줄이는 데 도움이 됩니다.
유방벽을 이동식으로 제작할 수도 있으며, 대규모 홍수가 발생할 경우 유방벽을 열어 방류량을 늘릴 수도 있습니다.
바닥판은 챔버의 기초이며, 챔버 상부 구조물의 무게와 하중을 기초로 전달하는 역할을 합니다. 연약한 기초 위에 지어진 챔버는 주로 바닥판과 기초 사이의 마찰력에 의해 안정성을 유지하며, 바닥판은 또한 누수 방지 및 세굴 방지 기능을 수행합니다.
작업교량과 교통교량은 들어올리는 장비를 설치하고, 게이트를 작동하고, 해협을 횡단하는 교통을 연결하는 데 사용됩니다.
하류 연결 구간: 수문을 통과하는 물의 잔여 에너지를 제거하고, 수문 밖으로 나가는 물의 흐름이 균일하게 확산되도록 유도하며, 흐름 속도 분포를 조절하고 흐름 속도를 늦추며, 수문 밖으로 물이 흘러나간 후 하류 침식을 방지하는 데 사용됩니다.
일반적으로 정수장, 에이프런, 에이프런, 하류 침식방지수로, 하류 날개벽, 양쪽 경사면 보호대가 포함됩니다.
게시 시간: 2023년 11월 21일
