KR200349016Y1 - 수리계통의 잉여낙차를 활용한 소수력 발전설비 - Google Patents

Abstract

본 고안은 댐 및 저수지에서 도수터널을 통하여 생활용수 또는 공업용수를 수리계통도에 의하여 공급할 때 발생되는 잉여 낙차를 이용하여 도수터널 출구에 연결된 관로 상에 소수력 발전설비를 설치하여 에너지원의 개발 차원뿐 아니라 안정적인 생활용수 또는 공업용수를 함께 공급함으로서 경제, 사회적으로 전력수요 급증시의 부하 평준하 효과 및 석유수입을 대체하고 반영구적 공익사업으로서 환경친화적인 에너지의 개발을 통한 지역개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급효과의 극대화 및 관련기술의 수출 산업화 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있다.

Description

수리계통의 잉여낙차를 활용한 소수력 발전설비{The little water-power generating equipment which applies the surplus water level of irrigation channel}

본 고안은 소수력 발전설비에 관한 것으로서, 통상 각종 산업용수 등으로 사용하기 위하여 댐 및 저수지에 설치된 취수탑을 통하여 취수된 물은 수리계통도에 의해 수용가의 착수정에 공급되고 있는 실정에 있고, 이러한 수리계통도의 도수관로 상에 소수력 발전기를 설치함으로써, 안정적인 생활용수 또는 공업용수를 공급함과 동시에 잉여낙차에 의해 소수력 발전을 할 수 있도록 하여, 발전된 전력을 지속적으로 공급함으로써 특히 하절기 등 경제, 사회적으로 전력수요 급증 시 전력 과, 수요로부터 부하 평준하 효과 및 석유수입을 대체효과를 달성하고자 한 것이다.

통상 물이 가지고 있는 위치에너지를 운동에너지로 바꿔 수차를 돌리고 이에 연결된 발전기로 발전하여 전기 에너지를 일으키는 방식의 수력발전의 유형으로 댐형 수력발전과 수로식 수력발전 및 이를 복합화한 댐·수로식 수력발전 등의 다양한 형태의 발전방식이 알려져 있다.

상기 댐 형식 수력발전은 전통적 수력발전방식의 하나로서 대용량의 물을 저장할 수 있는 댐을 쌓아 물을 저장한 후, 이 물을 도수터널을 통하여 도수 시키고 이때 발생되는 고 낙차에 의한 수차의 회전과 이에 연결된 발전기를 이용 발전을 하게 되며 사용된 물은 방수구를 통하여 하천 하류 측으로 방류하게 되는 형태이다.

또, 수로식 수력발전의 경우 강 상류 측의 취수구에서 물을 유도한 후 본류와의 낙차를 이용하여 발전하는 방식을 일컬으며, 댐·수로방식의 경우 이들의 양 방식을 복합화한 형태의 발전방식을 말한다.

이와 같은 상기의 종래 수력발전방식은 모두 발전에만 그 목적을 두고 설치, 운영되는 발전방식에 해당되고, 또, 대용량 발전을 위한 것으로서, 이를 건설하기 위해서는 방대한 저수유역과 건설비용 및 건설기간이 소요되는 실정에 있는 것이다.

이와는 달리 최근에 이르러서는 전통적인 수자원의 이용방식인 발전 이외에 각종 산업에 필요한 자원으로서 물이 광범위하게 사용되고 있고, 특히 생활용수, 공업용수 등 각종 산업용수로의 물의 활용을 위해 댐, 저수지 및 하천 등으로부터는 지속적으로 취수가 행해지고 있는 실정에 있다.

그러나, 이 경우 수원지에서 취수된 물은 그 사용목적에 따라 단순 취수된 후 수용가의 착수정 측으로 공급될 뿐 별다른 활용이 이루어지고 있지 않는 실정에 있으며, 특히 취수원과 착수정과의 사이의 수리계통에서 물의 위치에너지를 일으키는 상당한 잉여낙차가 발생되고 있으나, 수용가 측에서는 이의 감쇄를 위하여 도수관로 상의 밸브를 여닫음으로서 이를 감쇄하고 있을 뿐, 이 잉여낙차를 에너지자원으로 전혀 활용하지 못하고 있는 실정이다.

본 고안은 상기와 같은 수리계통도에서 발생되는 잉여낙차를 이용하여 도수관로 상에 소수력 발전기를 설치함으로써, 안정적인 생활용수 또는 공업용수를 공급함과 동시에 이때 발생되는 잉여낙차에 의해 소수력 발전을 행함으로써 특히 하절기 등 경제, 사회적으로 전력수요 급증 시에 발생하는 전력 과수요로 인한 부하 평준하 효과 및 석유수입을 대체효과를 달성하고자 한 것이다.

도 1은 본 고안에 의한 수차발전설비를 수리계통에 설치한 상태의 개요도.

도 2는 본 고안에 의한 수차발전설비를 관로 상에 설치한 상태의 평면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호설명]

1 : 에어 챔버(Air Chamber) 2 : 바이패스(ByPass) 관로

3 : 바이패스 밸브(ByPass V/V) 4 : 유입관로

5 : 인렛 밸브(InLet V/V ) 6 : 드레프트 튜브(Draft Tube)

7 : 토출 밸브 8 : 토출관로

20: 발전부 21: 발전기

22: 달팽이관 23: 수차

24: 가이드 밴(Guide Van) 30: 취수탑

31: 취수공 40: 댐

50: 도수관로 51: 도수터널

60: 착수정 100:소수력 발전설비

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 여러 단의 취수구멍을 갖추고서 또는 개방된 벽면에 문비가 설치되어 적당한 수심으로부터 취할 수 있도록 된 취수탑과 이 취수탑으로부터 도수터널을 이용하여 댐 및 산 등 지형지물을 관통하여 수리계통의 도수터널 및 도수관로를 통해 물을 수용가의 배수지 또는 착수정까지 자연 유하로 흘러 보내며, 이 도수관로 상에 터빈과 발전기 등을 갖춘 소수력 발전설비가 설치된 구성으로 되어있다.

이하, 본 고안을 예시된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따라 용수확보장치를 이용한 발전설비가 설치된 저수지용 댐의 개략적인 단면도로서, 이에 의하여 본 고안을 설명하면, 여러 단의 취수 구멍(31)을 갖추고서 또는 개방된 벽면에 문비가 설치되어 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 원통 또는 각종 단면 형상인 취수탑(30)으로부터 취수된 물은 댐(40)과 각종 지형지물을 관통하는 도수관로(50)와 도수터널(51)을 통해 수용가의 착수정(60)까지 자연유하식으로 흘려 보내지는 도수과정을 거치게 된다.

이러한 수리계통에는 고지대에 위치한 댐(40)과 저지대인 수용가의 착수정(60)사이에는 물의 위치수두에 의한 상당한 잉여낙차(H)가 발생되고, 이 잉여낙차(H)를 이용하여 도수관로(50)상에 소수력 발전설비(100)를 설치하여 지속적인 발전이 이루어지게 한 대략적인 구성으로 이루어져 있다.

상기와 같은 대략적인 구성을 갖는 본 고안의 구체적인 소수력 발전설비의 평면도가 도 2에 예시되어 있으며, 이를 구체적으로 살펴보면,

수용가의 착수정(60)측의 일정 위치의 도수관로(50)를 병렬로 분기하여 유입관로(4)와 바이패스 관로(2)로 각기 분기함과 동시에 그 분기점에는 에어챔버(1)를 설치하며, 상기 바이패스 관로(2)의 중간부에는 바이패스 밸브(3)가 구비되고, 상기 유입관로(4)의 중간에도 인렛밸브(5)가 설치되며, 이 유입관로(4)와 연결된 달팽이관(22)과 수차(23) 및 그 축에 발전기 (21)로 이루어진 발전부(20)를 연결하고, 발전이 끝난 물은 드래프트 튜브(6)와 토출 밸브(7) 및 토출관로(8)를 통하여 수용가의 착수정(60)측으로 흘러가는 전체적인 구성으로 이루어져 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 고안의 발전부(20)는 유입관로(4)측으로부터 달팽이관(22)과 그 중심에 설치된 수차(23) 및 수차 축에 연결된 발전기(21)로 구성되어 있으며, 상기 달팽이관(22)의 내측면과 수차(23)의 사이에는 가이드 밴(24)이 구비되어 있으며, 이 가이드 밴(24)의 개폐량에 따라 수차(23)로 유입되는 사용수량을 조정함으로써 수차(23)의 출력을 조정하는 기능을 수행하게 된다.

이와 같이 달팽이관(22)내측에 구비된 가이드 밴(24)의 구동을 위해 가이드 밴 구동축과 연결 링 및 이를 구동하기 위한 써보 모터 등이 구비되어 있으며, 이러한 구성은 수차발전기에 공히 적용되는 구조로서 본 고안에서는 이들 구조에 대하여는 구체적인 도식화를 생략하였다.

이러한 전체적인 구성의 본 고안의 각 부의 작용에 대하여 살펴보면,

바이패스 관로의 경우, 발전기(21)의 고장이나 발전이 필요 없이 용수의 공급만 필요한 경우에 안정적 용수공급을 위하여 이를 설치한 것으로, 이 바이패스 관로(2)의 시점인 분기점의 에어챔버(1)와 중간부에는 바이패스 밸브(3)가 각기 구비되어 있어, 에어챔버(1)에 의해 바이패스 밸브(3)의 급격한 개폐로 인해 관로 상에서 발생되는 수격현상을 방지함과 동시에, 바이패스 밸브(3)는 수차 발전부(20)의 운전 중에는 이를 폐쇄함으로서 발전기(21)의 출력을 최대로 향상시킴과 동시에 비상시에는 이를 개방하여 바이패스관로(2)를 따라 효과적으로 배출하여 용수의 원활한 공급이 이루어지게 하고 수리계통의 잉여낙차를 조정하는 안전밸브 역할도 수행하는 것이다.

또한, 도수관로(50)의 분기점과 합류지점에는 에어챔버(1)가 각기 구비되어 있어 각 밸브의 급격한 개폐로 인해 관로 상에서 발생되는 수격현상을 방지하게 되며, 특히 인렛밸브(5)의 경우 공급되는 유량을 효과적으로 제어함과 동시에 발전부(20)의 운전을 위한 밸브로도 사용된다.

이러한 본 고안에 의한 수차발전설비의 설치에 따른 효과를 살펴보면, 기 설치된 도수관로에 수리계통을 분석, 잉여낙차를 이용하여 소수력 발전설비를 설치, 안정적인 생활용수 또는 공업용수를 공급하는 차원뿐 아니라 에너지원의 개발을 함께 이루어 경제, 사회적으로 전력수요 급증시의 부하 평준하 효과 및 석유수입을 대체하는 효과를 달성할 수 있다.

또, 각종 용수의 수리계통도에 한 번 건설하여 물이 공급되는 한 지속적인 전력을 안정적으로 얻을 수 있는 반영구적 공익사업으로서 환경친화적인 에너지의 개발을 통한 지역개발의 촉진과 이로 인한 경제적 파급효과의 극대화 및 관련기술의 수출 산업화 등의 부수적인 효과를 거둘 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 수리계통에 의거 기존의 안정적인 용수공급을 목적으로 하는 시설물인 도수관로에 있어서,

   잉여낙차(H)가 발생되는 수용가 착수정(60)측의 일정 위치의 도수관로(50)를 바이패스 관로(2)와 유입관로(4)로 각기 병렬로 분기하고, 상기 바이패스 관로(2) 상에는 바이패스 밸브(3)를 구비하고, 유입관로(4)측에도 인렛밸브(5)를 설치한 후, 이 유입관로(4)상에 발전부(20)를 연결하고, 발전이 끝난 물은 드래프트 튜브(6)와 토출측 밸브(7) 및 토출관로(8)를 경유하여 상기 바이패스 관로(2)와 합류토록 하는 전체적인 구성으로 이루어져 용수공급과 수력발전이 동시에 이루어지도록 함을 특징으로 하는 수리계통의 잉여낙차를 활용한 소수력 발전설비.
2. 제 1 항에 있어서,

   수차발전기의 회전, 또는 급정지로 인한 수충격 및 수격작용으로부터 발전부(20), 도수터널(51) 및 도수관로(50) 등을 보호하기 위하여, 도수관로(50)상의 바이패스 관로(2)와 유입관로(4)의 분기점 및 토출관로(8)와 바이패스 관로(2)의 합류지점 상에는 각각 에어챔버(1)가 더 구비됨을 특징으로 하는 수리계통의 잉여낙차를 활용한 소수력 저낙차 발전설비.