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발전공학

수력 계산

수력 계산

수력발전소와 화력발전소를 전력계통에 병행 운전하여 평균전력 80[MW], 부하율 75[%]의 부하(발전단 환산)를 공급하고 있다. 아래 사항에 대해 설명하시오. (단, 수력발전소 제원은 최대출력: 100[MW], 상시 첨두출력: 70[MW], 상시출력: 50[MW], 유효낙차: 85[m]이다.)
1) 수력발전기에 채택할 수차 종류와 비속도(특유속도) 및 사용한계
2) 수력발전소 최대출력, 상시 첨두출력, 상시출력의 정의
3) 화력발전소 출력은 몇 [MW]인가?

수차의 종류

1) 유효낙차 85[m]이므로 프란시스 수차 …… 프란시스 수차 적용낙차: 50~530m

2) 비속도 한계 산출

\[N_s\le\frac{20,000}{H+20}+30=\frac{20,000}{85+20}+30=220.5[m\cdot kW]\] \[\cdot\cdot\cdot (65\le N_s\le 350)\]

수력발전소의 출력

1) 최대출력

발전소에서 발생할 수 있는 최대출력

\[P_m=9.8Q_mH\eta [kW]\]\[Q_m[m^3/s]:최대사용수량, 갈수기 2-3배 수준\] \[\eta :수차의 효율, H:유효낙차[m]\]

2) 상시 첨두출력

1년을 통한 355일 이상, 매일 일정시간(일반적으로 4시간 기준)에 한해 발생할 수 있는 발전소의 출력이다.

3) 상시출력

1년을 통해 355일 이상 발생할 수 있는 발전소의 출력이다.

\[P_m=9.8Q_mH\eta [kW]\]\[Q[m^3/s]:갈수량(유입식), \] \[\eta :수차의 효율, H:유효낙차[m]\]

화력발전소의 출력

\[부하율=\frac{평균전력}{최대전력}\] \[\to 최대전력=\frac{평균전력}{부하율}=\frac{80}{0.75}=106.7[MW]\] \[화력발전소의 출력=106.7-50=56.7[MW]\]
상시출력 100,000[kW] 상시 첨두출력 150,000[kW] 8시간 계속발전 가능한 조정지식 수력발전소가 있다. 평균 유효낙차 80[m], ηt, ηg : 80%, 저수지 면적 180,000[m2]으로 단면적이 일정하다면 위와 같은 운전을 실시할 경우 수심은 몇[m]까지 사용하면 되는가?

※ 조정지식 발전소

저수지를 건설할 수 없을 정도로 유량이 적은 수계에서는 수로의 도중에 조정지를 설치해서 하천으로부터 취수량과 발전에 필요한 수량과의 차를 이 조정지에 저수하거나 방출함으로써 최대수량을 크게 설계할 수 있다. 조정지식은 수시간 걸친 변동부하에 대응하는 발전소로 첨두부하용 발전소이다. 우리나라에서는 소양강 충주 수력발전소를 제외한 대부분의 수력발전소는 모두 조정지식 발전소에 속하고 있다.

∙Q : 평균사용수량(자연유입량)
∙Qp : 첨두사용수량
∙Q0 : 상시 저수지 사용수량
∙T : 첨두부하 지속시간
∙면적A=면적B

첨두출력(Pp)에 필요한 유량(Qp)

\[P_p=9.8Q_pH\eta_t \eta_g\]\[Q_p=\frac{P_p}{9.8H\eta_t\eta_g}=\frac{150,000}{9.8\times 80\times 0.8}\fallingdotseq239.16[m^3/s]\]

상시출력(P)에 필요한 유량(Q)

\[P=9.8QH\eta_t\eta_g\] \[Q=\frac{P}{9.8H\eta_t\eta_g}=\frac{100,000}{9.8\times80\times0.8}\fallingdotseq159.44[m^3/s]\]

저수량(V[m3])및 수심(h[m])

\[V=(Q_p-Q)\times T\times 3,600=(239.16-159.44)\times 8\times3,600\]\[=2,295,936[m^3]\]\[또는 V=(Q-Q_0)\times(24-T)\times 3,600\] \[V=A\cdot h\]\[h=\frac{V}{A}=\frac{2,295,936}{180,000}\fallingdotseq 12.76[m]\]

수심 12.76[m]까지 사용하면 된다.

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