월간전기

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소수력 발전시스템 시공사례

2006-12-02

서론대양전기는 1971년 비상용 발전기 생산업체로 출발한 회사로, 1980년대 이후 20여년간 소수력 청정 에너지 개발에 매진하여 순수 민간설비 및 기술로 한국 소수력 발전소 50%이상의 발전설비를 제작, 시공하여 왔다. 현재 대양전기는 한국에너지기술 연구원, 서울산업대학교 등과 산·학·연 연구 활동으로 소수력, 풍력 발전 등에 대한 연구활동을 지속적으로 수행하고 있다.본론1. 국내 소수력발전소 현황 국내 소수력발전소 현황은 <그림 1>과 같이 수입 수차발전기가 총 18개소, 설비용량은 20.6MW이며, 국산 수차발전기가 총 27개소, 설비용량은 32.8MW이다.2. 대양전기의 제작 실적기존 댐의 낙차를 이용한 수차발전기는 <표 1>과 같이 총 19개소를 보급하였고, 발전설비 용량은 22.8MW에 이른다. <그림 1>은 양양양수발전소 하부댐 소수력발전소의 프란시스 수차발전기 설치사례이다. 3. 상하수도관 차압이용상수도관의 차압을 이용한 소수력발전소는 <표 2>와 같이 천상정수장과 성남정수장 2개소가 있으며, 하수도관을 이용한 소수력발전소는 천안 하수처리장 등 4개소가 있고 총 발전설비용량은 815kW이다. 4. 하천의 자연낙차를 이용하천의 자연낙차를 이용한 소수력발전소는 <표 3>과 같이 3개소 4,800kW이다. 국내에는 발전이 가능한 하천이 많지만 민원 등의 문제로 현재 개발이 거의 없는 상태이다. 5. 연구개발소수력 수차발전기의 개발 및 성능향상, 운영 유지를 위한 연구활동으로 <그림 5>와 같이 보다 우수한 소수력 수차발전기를 개발하여 보급하고 있다.6. 설비의 개선방향1) 프란시스 수차발전시스템대양전기에서는 현재 25대의 프란시스 수차발전기를 제작, 시공하였다.이중 횡축형이 18대, 종축형이 8대이다. 횡축형의 경우 축의 이완 현상, 베어링의 편마모, 구조물의 변형 등으로 설비의 수리, 보완을 하는 경우가 많이 발생하고 있다. 이런 현상으로 외국 수입사의 제품을 대양전기에서 보완하는 경우도 수차례 있었다. 종축형의 경우 지금까지 이런 사례가 발생한 일이 없고, 현재도 양호한 상태로 운전하고 있다. 이는 관습적인 형태의 설계로 인해 발생하는 문제로 앞으로 개선해나가야할 부분이다. <그림 5>에서 보는 바와 같이 횡축 프란시스 수차의 단점과 종축 프란시스 수차의 장점을 비교했다.2) 물의 흐름과 발전출력저낙차 수차의 경우 방수로의 물의 흐름이 부드럽게 이뤄져야한다. 이론적인 계산이나 분석으로는 도출하기 어려운 경우로 실제 시공 후 성능시험을 수행하는 과정에서 나타나는 경우가 많고 그로 인해 발전 손실을 감수하는 경우가 대부분이다. <그림 6>은 방수로의 물마루 발생으로 낙차가 줄어든 사례이다.3) 관로의 손실발전용수의 유입을 위한 유입관 내의 유속은 2m/s이하로 설정하는 것이 좋다. 관의 직경이 줄어들면서 유속이 빨라지고 이로 인해 관로 손실이 발생하게 된다. <그림 7>에서 보는 바와 같이 관로의 유속을 빠르게 설정하여 실제낙차에서 5M의 낙차손실이 발생하여 전체 효율이 약 18% 저하된 사례이다.4) 방수로의 장애물수차를 통과한 물이 빠져나가는 방수로에 장애가 없어야 한다. 방수로의 장애물로 인해 방수위의 변화가 생기지 않더라도 수차의 효율이 떨어지는 사례가 종종 발생하고 있다. <그림 8>에서 보는 바와 같이 방수로의 장애물 제거로 출력이 320kW에서 400kW로 증가한 사례이다.5) 방수로의 구조방수로의 구조는 가능하면 직선으로 구성해야 한다. 설치 여건상 방수로의 직선화가 불가능하다면 꺽임부위를 부드럽게 처리해야 발전손실을 최소화할 수 있다. <그림 9>에서 보는 바와 같이 직각으로 꺽인 방수로 곡선에 물의 흐름을 자연스럽게 하기 위해 안내판을 추가 설치함으로써 출력이 10% 증가한 사례이다.결론 대양전기에서 20여년간 소수력 수차발전기를 설계, 제작, 시공하며 발생했던 문제점 및 그에 대한 보완 사항에 대해 제시했다. 대양전기에서는 이런 문제점을 해결하기 위한 유일한 방법은 연구개발이라고 판단하여 이를 극복하기 위해 노력해왔고 앞으로도 매진할 것이다.현재 이런 문제점을 해결하기 위해 <그림 11>과 같이 자체적으로 발전기 성능 실험 장비를 개발, 운영 중이다. < Energy News >

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