수력 발전은 어떻게 작동합니까?

수력 발전은 빠르게 사라지고 있지만 태양열 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지원이 빠르게 따라잡고 있으며 여전히 세계 전기의 가장 큰 부분을 차지합니다.

수력 발전은 20세기에 널리 보급되어 그 힘과 풍부함으로 인해 "백탄"이라는 별명을 얻었습니다.

에너지를 생산하는 독창적이고 가장 기본적인 방법은 수력 발전이었습니다.

간단히 말해서, 수력 발전은 떨어지는 물이나 움직이는 물에서 에너지를 생성하는 것입니다. 강에는 전기를 생산하기 위해 댐이 건설됩니다.

그런 다음 터빈은 물의 지속적인 흐름에 의해 회전합니다.

가장 인기있는 재생 에너지 21세기 초의 원천은 수력 발전이었는데, 2019년에는 세계 총 발전 용량의 18% 이상을 차지했습니다.

"수력 전기 에너지는 어떻게 작동합니까?"에서 우리는 수력 전기 에너지의 작동 원리를 살펴봅니다.

수력 발전이란 무엇입니까?

수력발전은 친환경적인 및 강 또는 기타 수역의 자연적 흐름을 변경하기 위해 댐 또는 전환 구조를 사용하여 전력을 생성하는 재생 가능한 에너지원.

수력발전이라고도 하는 수력발전은 전기 에 의해 구동되는 발전기에서 터빈 변하게 하다잉 잠재력 떨어지거나 빠르게 흐르는 물 으로 기계적 에너지.

수력 발전의 장점

USGS(US Geological Service)에 따르면 어떤 종류의 에너지 생성도 완벽한 솔루션을 제공하지는 않지만 수력 발전은 여전히 ​​여러 가지 이점을 제공할 수 있습니다.

출처: 수력 발전의 장점과 단점은 무엇입니까? (태양광 홈페이지)

1. 재생 에너지의 원천

전기를 생산하기 위해 지구의 물을 사용하기 때문에 수력 발전은 재생 가능한 자원으로 간주됩니다.

태양이 비치면 지표면의 물이 증발하여 구름을 만들고 결국 비와 눈으로 지구로 돌아옵니다.

우리는 그것을 고갈시킬 수 없기 때문에 희소성으로 인한 가격 상승에 대해 걱정하지 않습니다.

따라서 수력 발전소는 오래 지속됩니다. 다른 상황에서는 25년 동안 지속되도록 의도된 기계가 XNUMX배 오래 사용.

2. 청정 에너지원

많은 "녹색" 및 "청정" 대체 에너지원 중 하나는 수력 전기입니다. 수력 발전은 환경을 오염시키지 않습니다.

수력 발전소는 에너지를 생산하는 동안 유해하거나 온실 가스를 대기로 방출하지 않습니다.

오염이 가장 심한 시기는 발전소를 짓는 시기다.

가동 중인 수력발전소는 석탄, 석유, 천연가스에 비해 온실가스 배출량이 적어 기후변화, 산성비, 스모그를 감소시킨다.

대기 오염 물질을 방출하지 않기 때문에 수력 발전은 우리가 호흡하는 공기의 질을 개선하는 데 도움이 됩니다.

또한 식물은 유해한 부산물을 생성하지 않습니다.

오늘날, 수력 발전의 사용은 4.5만 배럴 이상의 석유에 해당하는 온실 가스 배출을 방지하여 지구 온난화 속도를 가속화합니다.

3. 저렴한 에너지원

고가의 초기 건설 비용에도 불구하고 수력 발전은 비용 효율적인 에너지원입니다.

강물은 시장의 변동에 영향을 받지 않는 무한한 자원입니다.

석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료 기반 에너지원의 가격은 시장 변동성의 영향을 크게 받아 급격한 상승 또는 하락을 유발할 수 있습니다.

평균 수명이 50~100년인 수력 발전 시설은 다음 세대에 혜택을 줄 수 있는 장기 투자입니다.

또한 운영 및 유지 관리 비용이 훨씬 저렴하며 오늘날의 기술 요구 사항을 충족하도록 간단히 수정할 수 있습니다.

4. 원격 커뮤니티 개발 지원

이러한 재생 가능 에너지 시설은 일자리를 창출할 뿐만 아니라 지역 주민과 기업이 사용할 수 있는 청정 에너지입니다.

전기가 필요한 외딴 지역에는 산업, 상업, 교통 및 기타 중요한 지역 사회 개발을 끌어들이는 수력 발전소가 있습니다.

이러한 모든 이니셔티브는 지역 경제, 의료 및 교육에 대한 접근성, 주민들의 전반적인 삶의 질을 개선하는 데 도움이 됩니다.

EIA는 이 신뢰할 수 있고 적응 가능한 전원이 다른 개발자에게 커뮤니티의 매력을 증가시킨다고 주장합니다.

5. 레크리에이션 기회

낚시, 보트 타기 및 수영은 모두 댐 뒤에 생성되는 호수에서 가능한 레크리에이션 활동입니다.

호수의 물은 잠재적으로 관개용으로 사용될 수 있습니다. 큰 댐은 또한 관광객들에게 인기 있는 목적지가 됩니다.

수력 발전 시설은 필요에 따라 사용하고 강우량이 부족할 때 관개용으로 사용하기 위해 엄청난 양의 물을 저장할 수 있습니다.

물을 저장할 수 있는 것은 가뭄과 홍수에 대한 취약성을 줄이고 수위를 고갈로부터 보호하기 때문에 유리합니다.

6. 피크 수요 강화

수력 발전은 수요가 없는 상태에서 최대 출력에 이르기까지 빠르고 신뢰할 수 있는 용량으로 USGS로부터 찬사를 받았습니다.

생산자는 다른 어떤 에너지원보다 빠르게 이러한 유형의 재생 에너지를 전기로 변환하고 전력망에 추가할 수 있습니다.

수력 발전은 이 기능으로 인해 변화하는 소비자 요구에 적응하기 위한 최선의 선택입니다.

7. 다목적 에너지 솔루션 제공

예를 들어, 수력 발전은 물 및 태양 에너지와 같은 다른 재생 가능 에너지원의 생존 가능성을 높입니다.

수력 발전 설비는 기후에 따라 변동될 수 있으므로 태양열 및 풍력 에너지를 보완하는 이상적인 설비입니다.

결과적으로 수력발전은 미래에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 재생 가능한 에너지원만.

수력 발전의 단점

수력 발전소는 많은 장점이 있지만 다른 에너지원과 마찬가지로 위험과 단점을 최소화하기 위해 현명하게 개발하고 사용해야 합니다.

이러한 단점 중 일부는 거의 모든 에너지 플랜트에 적용될 수 있지만 물 전환 문제는 수력 발전에만 있습니다.

출처: 수력 발전의 5가지 단점(PMCAOnline)

1. 환경 피해

자연적인 물의 흐름 방해는 환경과 하천 생태계에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

식량이 부족하거나 번식기가 시작되면 특정 어종과 기타 야생 동물이 일반적으로 이동합니다.

댐 건설로 인해 경로가 차단되어 물의 흐름이 중단되어 강을 따라 서식하는 서식지가 사라지기 시작할 수 있습니다.

이것은 동물이 물에 도달하는 것을 방지할 수도 있으며, 이로 인해 물고기가 번식하지 못하거나 물고기가 사망할 수 있습니다.

수력 댐, 강의 흐름 변경, 거리 건설 및 전력선 설치로 인해 수력 발전의 자연적 효과는 자연 중단과 관련이 있습니다.

이 과정을 연구하고 한 가지 구성 요소만으로 판단하기는 어렵지만 수력 발전소는 물고기와 물고기가 이동하는 방식에 영향을 줄 수 있습니다.

더 많은 고객 투자가 어종 학대와 관련되어 있어 많은 사람들이 이 주제에 대해 강하게 느끼고 있음을 나타냅니다.

2. 댐 건설의 환경영향

수력 발전은 재생 가능한 자원이지만 댐 건설에 필요한 철강 및 콘크리트 생산은 온실 가스를 생성할 수 있습니다.

전 세계적으로 식물을 건설하기에 적합한 장소는 많지 않습니다.

또한 이러한 위치 중 일부는 에너지를 최대 잠재력으로 사용할 수 있는 대도시에서 멀리 떨어져 있습니다.

3. 높은 초기 자본 비용

모든 발전소 건설은 어렵고 비용이 많이 들지만 수력 발전소는 물의 흐름을 막기 위해 댐이 필요합니다.

결과적으로, 그들은 비슷한 규모의 화석 연료 시설보다 더 비쌉니다.

수력발전시설은 지리학적인 어려움, 수중 기초공사, 기초건설에 필요한 자재 등의 문제로 건설비용이 매우 비쌉니다.

유일한 이점은 완료 후 유지 관리가 많이 필요하지 않다는 것입니다.

건설에 투자된 자금을 회수하려면 수력 발전소를 상당한 시간 동안 가동해야 합니다.

4. 갈등 가능성

물을 활용하기 위해 풍부한 수력 발전소를 보유한 국가에서는 종종 강을 가로질러 댐을 건설합니다.

이 행동은 칭찬할 만하지만 자연적인 물이 한 방향에서 다른 방향으로 흐르는 것을 막을 수 있습니다.

다양한 지역에 댐을 건설하려는 사람들을 수용하기 위해 한 곳에서 필요하지 않은 물을 다른 곳으로 우회합니다.

그러나 거기에 물이 부족하면 전쟁으로 이어질 수 있으므로 댐으로 물이 흐르는 것을 막아야 합니다.

5. 가뭄을 일으킬 수 있음

수력 발전은 가장 신뢰할 수 있는 재생 에너지원이지만 특정 지역의 물 가용성에 의존합니다.

따라서 가뭄 수력발전소가 얼마나 잘 운영되는지에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

에너지 및 전력의 총 비용은 물의 가용성을 기준으로 계산됩니다.

건조한 주문은 필요한 힘을 얻지 못하게 하기 때문에 사람들이 물을 얻는 능력에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

그리고 기후 변화로 인해 지구가 계속 뜨거워지면서 이런 일이 발생할 수 있습니다. 더 일반적으로.

6. 낮은 고도에서의 홍수 위험

하류에 거주하는 지역사회는 높은 고도에 댐이 건설될 때 범람의 위험이 있으며, 이로 인해 강력한 수류가 댐에서 방출되어 홍수를 일으킬 가능성.

댐 건설의 힘에도 불구하고 여전히 위험이 있습니다. 그만큼 Banqiao 댐 실패 기록된 역사상 가장 큰 댐 재해입니다.

태풍으로 인한 폭우로 댐이 무너졌다. 그 결과 171,000명이 사망했습니다.

7. 이산화탄소와 메탄 배출

많은 양의 이산화탄소와 메탄이 수력 발전소에서 방출됩니다.

물 아래의 초목은 댐에 가까운 이러한 습한 곳에서 부패하기 시작합니다.

또한 식물은 많은 양의 탄소와 메탄 그들이 죽을 때.

8. 지질학적 피해

대규모 댐 건설로 심각한 지질학적 피해가 발생할 수 있습니다.

촉발된 미국 후버댐 건설 지진 근처의 지표면이 눌려 있는 것은 지질학적 피해의 대표적인 예입니다.

9. 지역 수문학에 대한 의존

수력 발전은 물의 흐름에만 의존하기 때문에 환경의 변화는 이러한 댐이 얼마나 성공적으로 전기를 생산하는지에 영향을 미칠 수 있습니다.

예를 들어, 수력발전 댐은 기후 변화가 특정 위치의 물 흐름을 낮추면 예상보다 생산성이 떨어질 수 있습니다.

예를 들어, 케냐 에너지 요구량의 66%는 수력 발전으로 충족됩니다.

케냐는 가뭄으로 인한 에너지 제약으로 오랫동안 영향을 받았다고 주장 국제 강, 세계의 강의 보존에 전념하는 그룹.

반면에 일부 지역은 현재 기후 변화의 결과로 더 큰 홍수 위험에 직면해 있습니다.

이러한 상황에서 댐은 홍수 조절과 재생 에너지 생산을 모두 제공할 수 있습니다.

수력 발전은 어떻게 작동합니까?

수력 발전은 어떻게 작동합니까?

출처: 수력 발전소는 어떻게 작동합니까? 간략한 역사 및 기본 역학 (WIKA 블로그 – WIKA USA)

강 또는 기타 수역의 자연적 흐름을 변경하는 댐 또는 기타 구조물은 다음을 생성하는 데 사용됩니다. 수력, 종종 수력 발전으로 알려져 있습니다.

에너지를 생성하기 위해 수력 발전은 물을 연료로 사용하고 폐기물을 남기지 않는 영구적이고 끝없는 물 순환을 사용합니다.

여러 가지가 있지만 수력 발전소의 종류, 그들은 항상 하류로 이동하는 물의 운동 에너지에 의해 추진됩니다.

이 운동 에너지를 건물, 기업 및 기타 시설에 전력을 공급하는 데 나중에 사용할 수 있는 전기로 전환하기 위해 수력 발전은 터빈과 발전기를 사용합니다.

수력 발전 시설은 일반적으로 물을 사용하여 에너지를 생산하기 때문에 수원 위나 근처에 위치합니다.

흐르는 물에서 추출할 수 있는 에너지의 양은 물의 부피와 두 지점 사이의 고도 변화 또는 "수두"에 따라 달라집니다.

생산할 수 있는 전력의 양은 흐름과 수두에 따라 증가합니다.

플랜트 수준에서 물은 에너지를 생성하는 발전기를 회전시키는 터빈 블레이드를 회전시키는 펜스톡이라고도 하는 파이프를 통해 순환합니다.

이것이 양수 저장 및 유수 시스템을 포함한 대부분의 기존 수력 발전 시설이 작동하는 방식입니다.

수력 발전소 다이어그램

수력 발전소의 구성 요소

수력 발전소의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.

• Forebay 및 섭취 구조
• 헤드 레이스 또는 흡입 도관
• 펜스탁
• 서지 챔버
• 수력 터빈
• 파워 하우스
• 드래프트 튜브 및 Tailrace

1. Forebay 및 흡기 구조

포베이는 이름에서 알 수 있듯이 입구 앞의 더 큰 수역입니다. 펜스톡이 저수지에서 바로 물을 끌어올 때 저수지는 저수지 역할을 합니다.

터빈 앞의 운하 부분은 운하가 물을 터빈으로 수송할 때 만을 만들기 위해 확장됩니다.

터빈에 물을 공급하기 위해 포베이는 일시적으로 물을 저장합니다. 물이 운하나 저수지로 들어갈 때 흐르도록 할 수 없습니다.

유입되는 물을 관리하기 위해 취수구에 호이스트를 설치합니다. 쓰레기, 나무 등이 펜스탁에 들어가는 것을 방지하기 위해 쓰레기 랙이 게이트 앞에 배치됩니다.

또한 정기적으로 쓰레기통을 치우기 위해 갈퀴를 사용할 수 있습니다.

2. 헤드 레이스 또는 흡입 도관

그들은 저수지에서 터빈으로 물을 운반합니다. 현장 상황에 따라 개방형 수로 또는 압력 도관(Penstock)을 선택할 수 있습니다.

압력 도관은 댐 본체의 나팔 모양의 흡입 통로, 긴 강철 또는 콘크리트 도관, 또는 때때로 저수지와 발전소 사이에서 몇 킬로미터를 달리는 터널이 될 수 있습니다.

압력 도관의 기울기는 현장 조건에 따라 결정되며 지구의 윤곽을 따르지 않습니다. 물은 개방 수로에서보다 전력 도관에서 더 빠른 속도로 이동합니다.

속도는 대략 2.5미터의 헤드 높이까지 3~60m/sec 사이에서 변할 수 있습니다.

속도는 헤드가 높을수록 더 높을 수 있습니다. 때로는 전체 또는 부분적으로 개방 채널을 기본 도관으로 사용하는 것이 실용적이거나 비용 효율적입니다.

헤드 레이스 운하(head race canal)는 일반적으로 헤드 손실이 중요한 로우 헤드 시스템에서 사용됩니다. 이것은 축압대나 터빈으로 물을 보낼 수 있습니다.

열린 수로에는 항해나 관개용으로 사용할 수 있다는 이점이 있습니다.

3. 펜스탁

Penstock은 저수지 또는 흡입 구조에서 터빈으로 물을 운반하는 크고 경사진 파이프 역할을 합니다.

그들은 일정량의 압력 하에서 작동하므로 펜스톡 게이트를 갑자기 닫거나 열면 펜스톡에 수격 현상이 발생할 수 있습니다.

따라서 펜 스톡이 일반 파이프와 같다는 점을 제외하고는 수격 충격을 견딜 수 있도록 제작되었습니다.

이러한 압력을 완화하기 위해 긴 펜스톡에는 서지 탱크를 사용할 수 있고 짧은 펜스톡에는 강력한 벽을 사용할 수 있습니다.

Penstock은 강철 또는 철근 콘크리트를 사용하여 생산됩니다. 길이가 짧은 경우 각 터빈에 대해 별도의 펜스톡이 사용됩니다.

마찬가지로 길이가 크면 하나의 큰 펜스톡을 사용하고 끝에서 가지로 나뉩니다.

4. 서지 챔버

때때로 서지 탱크로 알려진 서지 챔버는 펜스톡 압력을 제어하기 위한 상단 개구부가 있는 실린더입니다.

그것은 실용적인 만큼 전원 하우스 가까이에 위치하고 있으며 펜스톡에 연결되어 있습니다.

서지 탱크의 수위는 파워 하우스가 펜스탁에서 오는 물 부하를 거부할 때마다 펜스톡의 압력을 증가시키고 제어합니다.

이와 유사하게 서지 탱크는 수요가 많을 때 발전소로 물의 흐름을 가속화하여 수위를 떨어뜨립니다.

서지탱크의 수위는 발전소의 배출이 일정할 때 안정됩니다.

서지 탱크는 다양한 종류가 있으며 플랜트의 요구 사항, 펜스탁의 길이 등에 따라 선택됩니다.

5. 유압 터빈

수력 터빈은 수력 에너지를 기계적 에너지로 변환한 다음 터빈의 축을 발전기에 연결하여 전기 에너지로 변환하는 장치입니다.

이 경우의 메커니즘은 펜스톡의 물이 고압 상태에서 원형 블레이드 또는 러너와 접촉할 때마다 발전기가 전기를 생성한다는 것입니다.

일반적으로 두 가지 유형의 수력 터빈은 반응 터빈과 임펄스 터빈입니다.

속도 터빈은 임펄스 터빈의 또 다른 이름입니다. 임펄스 터빈의 예는 Pelton 휠 터빈입니다.

압력 터빈은 반응 터빈의 또 다른 이름입니다. 이 그룹에는 Kaplan 터빈과 Francis 터빈이 포함됩니다.

6. 파워 하우스

전기 및 유압 기계를 보호하기 위해 "발전소"로 알려진 시설이 설치됩니다.

일반적으로 발전소용으로 구축된 기초 또는 하부 구조는 전체 장비를 지지합니다.

반작용 터빈의 기초를 만들 때 드래프트 튜브 및 스크롤 케이싱과 같은 일부 장비는 내부에 고정됩니다. 결과적으로 기초가 대규모로 구축됩니다.

상부 구조 측면에서 수직 터빈은 XNUMX층의 발전기 아래에 위치합니다.

또한 수평 터빈이 제공됩니다. XNUMX층 또는 중이층에는 제어실이 있습니다.

7. 드래프트 튜브 및 테일 레이스

테일 레이스는 임펄스 휠의 경우 터빈이 배출되고 반작용 터빈의 경우 흡출관을 통해 배출되는 통로를 나타냅니다.

흡출관이라고도 하는 흡입관은 모든 반응 터빈의 출구 측에 설치된 밀폐된 관입니다.

그것은 터빈 러너의 배출 끝에서 시작하여 표면 아래 0.5미터인 꼬리 수위까지 내려갑니다.

물의 흐름을 점진적으로 늦추기 위해 일반적으로 직선 흡출관에 4~6도의 플레어를 적용합니다.

결론

수력 발전소의 작동 원리가 알려지면서 이와 같이 정교한 것이 재생 가능하고 50-100년 동안 지속될 수 있다는 것을 아는 것이 좋습니다. 짱 이네.

자주 묻는 질문

수력 발전은 무엇에 사용됩니까?

수력 발전은 운동 에너지를 전기로 변환하여 전기를 생성하는 데 사용되며, 이는 건물, 기업 및 기타 시설에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 수력 발전은 이러한 프로세스에 터빈과 발전기를 사용합니다.

수력 발전은 재생 가능합니까?

수력 발전은 재생 에너지의 한 형태입니다. 그렇습니다. 왜요? 물 때문에. 물이 어떻게 증발하여 구름이 되고 강수로 지표면으로 되돌아오는지를 관찰할 수 있습니다. 물 순환은 지속적으로 갱신되고 반복적으로 사용하여 전력을 생산할 수 있습니다.

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