수력 발전의 구조나 종류, 장단점을 알기 쉽게 해설

수력 발전의 구조나 종류, 장단점을 알기 쉽게 해설

 

수력 발전은 강에 댐을 설치하는 등 물의 위치 에너지를 저축, 

 

용도에 따라서 해방하여 물레 방아를 회전시켜 발전하는 방법입니다.

수력 발전은 에너지의 변환 효율이 좋고, 

 

수자원이 풍부하고 기복이 심한 땅을 갖고 있다면 적합한 발전 방법입니다.

이 기사는 수력 발전의 구조나 장단점, 

 

더 나아가 수력 발전의 분류 등을 자세히 정리합니다.

 

 

 

 

 

수력 발전의 구조를 그림으로 쉽게 해설

수력 발전은 유수와 낙수 등 수력을 이용하며,

 

물레 방아를 회전시키고 물레 방아의 동력을 

 

전력으로 변환하여 발전하는 발전 방식입니다.

 

어떤 방법으로 물의 낙차를 받게 할 지,

 

물레 방아의 구조 물의 이용 방법(하천이나 댐을 이용)에 의해서

 

몇 가지 종류로 나뉘는데

 

높은 곳에 있는 물의 위치 에너지를

 

전기 에너지로 변환하는 부분은 바뀌지 않습니다.

 

발전기는 터빈을 회전시키는 화력 발전이나 

 

풍력 발전과 마찬가지로 전자 유도를 이용해서

 

회전력에서 전기 에너지를 얻는 기계입니다.

 

전자 유도는 코일 등의 반도체를 관통하는 자속이 변화할 때, 

 

그 반도체에 전위차(전압)가 생기는 물리 현상으로 

 

전위 차이에 의해서 흐르는 전류를 유도 전류라고 합니다.

도선에 연결된 코일 주위에서 자석을 회전시키면 

 

코일을 관통하는 자속이 변화하므로 유도 전류가 발생합니다.

 

발전기는 이 구조를 이용하며, 회전력을 전력으로 변환하고 있습니다.

 

수력 발전의 장단점을 소개

장점으로 수력 발전은 높은 에너지 변환 효율이나 

 

관리 코스트의 저렴함 등의 특징을 갖고 있어

 

주목 받고 있는 재생 가능 에너지의 하나입니다.

설비의 설치 및 운용에 다소의 이산화탄소 배출이 있지만

 

발전 시 이산화 탄소의 배출은 없습니다.

재생 가능 에너지 중에서 

 

가장 높은 에너지 변환 효율을 갖는 것이 수력 발전으로, 

 

풍력 발전이나 태양광 발전의 에너지 효율이 

 

10%에서 40%인 반면 수력 발전은 약 80% 정도 입니다.

 

한편 단점으로는 오래 전부터 활용됐다는 점에서 

 

댐과 수력 발전소가 유리한 땅은 이미 개발됐고, 

 

새로 대규모 토지를 찾기가 어렵고

 

신설되는 것은 비교적 소규모 시설이 되는 추세에 있습니다.

수력 발전은 발전과 관리에 드는 비용은 

 

다른 재생 가능 에너지와 비교해도 저렴하지만 

 

댐의 신설에는 비용이 듭니다.

 

또 수력 발전의 발전량은 강수량에 좌우될 수 있어

 

극단적으로 강수량이 적은 경우에는 발전할 수 없게 된다는 단점도 있습니다.

 

 

수력 발전의 종류와 각각의 구조를 해설

수력 발전은 어떻게 물의 낙차를 만들거나 

 

물의 이용 방법, 수차의 종류 등에 의한 분류할 수 있습니다.

이하는 수력 발전의 "구조물에 의한 분류"

 

"물의 이용 방법에 의한 분류"

 

"수차의 종류에 따른 분류"에 대해서 각각 정리합니다.

 

구조물에 의한 분류

수력 발전은 구조물에 의한

 

"댐식" "수로식" "댐 수로식"의 3가지로 분류할 수 있습니다.

 

댐식은, 하천 등에 댐을 건설하고 저수하고

 

저수로 만들어진 낙차에 의한 물의 위치 에너지를 저축하는 방식으로

 

댐의 수량에 의해서 수면의 높이가 바뀌어 수량에 의한 발전량이 변동합니다.

댐 부근에는 발전소를 설치하고 물레 방아를 회전시키는 것으로 발전합니다.

수로식은 강 하류에 발전소를 설치하고

 

상류에는 취수 보(취미)보)를 두고 흐름을 분기시킵니다.

본래의 하천 흐름보다 완만한 경사의 수로를 끌고 

 

발전소에서 가파르고 유수·낙수시키고 수차를 회전하게 발전한 후에, 

 

물은 원래의 하천에 되돌립니다.

댐 수로식은 댐과 수로를 이용하여 물레 방아를 회전하게 발전합니다.

이 방식은 저수와 발전의 장소를 따로 되어 입지 조건을 조율하기 쉬운 특징이 있습니다.

 

물의 이용 방법으로 분류

 

물의 이용 방법에 의해서"유입식(자기류식)"

 

"조정지식" "저수지식" "양수식"으로 분류할 수 있습니다.

 

유입식(자기류식)은 하천의 흐름을 그대로 끌어다 이용하는 방법입니다.

 

유입식은 출력 조정이 어렵지만 하천 흐름이 있는 동안은 

 

정상적으로 발전할 수 있어 베이스 부분의 수요를 담당하는 것이 많습니다.

 

조정지식은 전력 수요가 적을 때에 댐을 이용하여 저수하고,

 

전력 수요가 많아지면 이 물을 해방하는 것으로

 

전력 수요 변동에 대응하기 위한 방식입니다.

조정지식은 일간 주간 단위의 부하 조정에 이용하며

 

비교적 소규모입니다.

 

 

저수지식은 계절 간 조정을 위한 댐을 설치하는 대규모입니다.

양수식도 전력 수요의 변동에 대응하기 위한 방식입니다.

양수식에서는 발전소의 하류와 상류 각각에 댐을 만들어 

 

두 댐 간 물의 주고받음으로 전력 수요의 조정을 합니다.

전력 수요의 낮은 저 부하시에는 잉여 전력 등을 이용하여 

 

상류의 조정지에 물을 길어 올리고 두고 전력 수요가 높아지면 

 

그 물을 이용해서 발전량을 늘립니다.

양수식은 수력을 이용한 일종의 축전지이라고도 할 수 있습니다.

 

 

수차의 종류

수력 발전의 에너지 변환 효율을 향상시키기 위해서 

 

다양한 수차가 개발되고 있습니다.

수력 발전의 수차는 기구 내를 물로 채우는 수압을 유지한 채

 

회전에 이용하는 반동 수차와

 

유수를 가속하고 맞추기에서 회전시키는 충동 수차

 

2종류로 분류됩니다.

 

일례로 반동 수차는 "프랜시스 수차" "프로펠러 수차"

 

충동 수차는 "펠턴 수차" "크로스 플로우 수차"

 

등을 들 수 있습니다.

프랜시스 터빈은 수십 m에서 수백 m의

 

넓은 범위의 낙차에 대응하는 일본의 수력 발전소의 7할에서 사용되고

 

구조가 간편하기 때문에 보수하기 쉽다는 특징이 있습니다.

 

프로펠러 수차는 물이 세로 방향으로 유입하는 것이며,

 

이와 반대로, 세로 방향으로 유출하는 반동 수차로

 

수압의 변화에 대응하고 날개를 움직일 수 있는 것을 카플란 수차라고 합니다.

 

카플란 수차는 5m에서 80m정도의 낙차에 적합하며, 

 

프랜시스 수차에 비해서 발전 효율이 좋은 것이 특징입니다.

 

펠턴 수차는 노즐에서 분출된 제트 수류를 수차에 대고 회전시킵니다.

출력 조절이 쉽지만, 

 

200m이상의 고 낙차에 적합합니다.

 

크로스 플로우 수차는 소규모 수력 발전소에서 주로 이용됩니다.

유수를 가이드 베인의 2개로 나누어 각각을 수차에 대고 회전에 이용합니다.

 

 

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[ 이 기사는 일본 기사를 번역한 것입니다. ]

 

출처 - https://taiyoko-ch.com/knowledge/hydropower.html

 

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