수력 발전소에서는 높은 고도에서 낮은 고도로 떨어지는 물의 중력 에너지가 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 데 활용됩니다. 상류의 물에 저장된 위치 에너지는 물이 하류로 떨어질 때 운동 에너지로 변환됩니다. 이 터빈은 떨어지는 물이 터빈 날개를 치면서 회전합니다. 물의 수두 차이를 얻기 위해 수력 발전소는 일반적으로 산악 지형에서 건설됩니다. 강의 경로에 인공 댐을 건설하여 필요한 수두를 생성합니다. 이 댐에서 물은 제어된 방식으로 하류로 떨어져 터빈 날개에 도달합니다. 결과적으로, 터빈은 물의 힘으로 회전하고, 터빈 축이 발전기 축과 연결되어 있으므로 발전기도 회전하게 됩니다.
주요 장점은 연료가 필요하지 않다는 것입니다. 필요한 댐을 건설한 후 자연적으로 이용 가능한 수두만 있으면 됩니다.
연료가 없으므로 연료 비용, 연소, 배출 가스, 대기 오염이 없습니다. 연소가 없기 때문에 수력 발전소 자체가 매우 깨끗합니다. 또한 대기 오염을 일으키지 않습니다. 구조적 측면에서도 열력 및 원자력 발전소보다 간단합니다.
유량이 있는 강을 가로지르는 거대한 댐을 건설해야 하므로 수력 발전소의 건설 비용은 다른 전통적인 열력 발전소보다 높을 수 있습니다. 공사 비용 외에도 공학 비용도 높습니다. 또 다른 단점은 부하 중심에 따라 어디든 건설할 수 없다는 것입니다.
따라서, 긴 송전선이 필요해 전력을 부하 중심으로 전송하는데 비용이 많이 들 수 있습니다.
그럼에도 불구하고, 댐에 저장된 물은 관개와 같은 다른 용도로도 활용될 수 있습니다. 때때로 강의 경로에 이러한 댐을 건설함으로써 강 하류의 기후 홍수가 크게 조절될 수 있습니다.
수력 발전소를 건설하기 위해서는 댐, 압력 터널, 서지 탱크, 밸브 하우스, 펜스톡, 발전소 등 6가지 주요 구성 요소가 필요합니다.
댐은 강의 경로를 가로지르는 인공 콘크리트 장벽입니다. 댐 뒤의 집수 지역은 거대한 저수지를 형성합니다.
압력 터널은 댐에서 밸브 하우스까지 물을 이끕니다.
밸브 하우스에는 두 가지 유형의 밸브가 있습니다. 하나는 메인 슬루싱 밸브이고, 다른 하나는 자동 격리 밸브입니다. 슬루싱 밸브는 하류로 흐르는 물을 제어하고, 자동 격리 밸브는 발전소에서 전기 부하가 갑자기 끊겼을 때 물 흐름을 중단합니다. 자동 격리 밸브는 물 흐름을 직접 제어하는 역할은 하지 않고, 긴급 상황에서 시스템을 보호하기 위해 작동합니다.
펜스톡은 밸브 하우스와 발전소 사이에 연결된 적합한 직경의 강관입니다. 물은 상부 밸브 하우스에서 하부 발전소로 이 펜스톡을 통해 흐릅니다.
발전소에는 물 터빈과 발전기, 그리고 관련된 승압 변압기 및 스위치 기어 시스템이 있어 전기를 생산하고 전송합니다.
마지막으로, 서지 탱크에 대해 설명하겠습니다. 서지 탱크는 수력 발전소와 관련된 보호 장치입니다. 밸브 하우스 바로 앞에 위치하며, 탱크의 높이는 댐 뒤의 저수지에 저장된 물의 수두보다 높아야 합니다. 이는 개방형 상부 수조입니다.
이 탱크의 목적은 터빈이 갑자기 물을 받지 않을 때 펜스톡이 파열되는 것을 막는 것입니다. 터빈 입구에는 조정기에 의해 제어되는 터빈 게이트가 있습니다. 조정기는 전기 부하의 변동에 따라 터빈 게이트를 여닫습니다. 만약 발전소에서 갑자기 전기 부하가 끊겼다면, 조정기는 터빈 게이트를 닫고 펜스톡에서 물을 차단합니다. 갑작스러운 물의 정지는 펜스톡 파이프라인이 심각하게 파열될 수 있습니다. 서지 탱크는 이 탱크 내의 수위 변화를 통해 이 역압을 흡수합니다.
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