KR101050234B1 - Eco-friendly small hydro power generation system and small hydro power generation method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에 관한 것으로서, 지반을 통과한 지층수를 지층수 정수장치에서 여과 및 취수하여 집수한 뒤 집수된 여과수를 도수터널을 통해 발전장치로 방류하여 전기에너지를 생산하도록 함으로써, 취수된 여과수의 식수 및 생활용수로의 공급, 발전이 모두 가능한 이점과 더불어, 주변지역의 전력수급에 기여할 수 있고, 취수펌프 운전 등에 소요되는 유지관리비용의 절감, 연중 수량 변동에 관계없는 안정적인 발전, 경관훼손이나 민원문제의 원천적 방지를 가능하게 하는 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 발전용수 차단을 위한 밸브의 닫힘을 수격압이 발생하지 않도록 적절히 제어해줌으로써, 조압수조의 설치 없이도 수압 급상승으로 인한 수격압 발생을 방지하고, 이에 조압수조 설치에 따른 비용을 줄일 수 있는 동시에 수격압으로 인한 문제를 해결할 수 있는 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에 관한 것이다.The present invention relates to an eco-friendly hydrophobic power generation system and a hydrophobic power generation method, which collects and collects groundwater that has passed through the ground in a groundwater water purification device, and discharges the collected filtrate into a power generation device through a water tunnel. By producing, it is possible to supply the generated filtered water to drinking water and living water, and to contribute to the supply and demand of electricity in the surrounding area, to reduce the maintenance cost required for the operation of the intake pump, and to change the quantity of water throughout the year. The present invention relates to an eco-friendly small hydro power generation system and a small hydro power generation method that enable the fundamental prevention of stable power generation, landscape damage or civil complaints. In addition, the present invention by properly controlling the closing of the valve for generating water to prevent the water hammer is generated, to prevent the occurrence of water hammer due to the hydraulic pressure rise without the installation of the pressure tank, thereby reducing the cost of installing the pressure tank The present invention relates to an environmentally friendly hydroelectric power generation system and hydropower generation method that can solve problems caused by water hammer.
Description
본 발명은 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지반을 통과한 지층수를 지층수 정수장치에서 여과 및 취수하여 집수한 뒤 집수된 여과수를 도수터널을 통해 발전장치로 방류하여 전기에너지를 생산하도록 함으로써, 취수된 여과수의 식수 및 생활용수로의 공급, 발전이 모두 가능한 이점과 더불어, 주변지역의 전력수급에 기여할 수 있고, 취수펌프 운전 등에 소요되는 유지관리비용의 절감, 연중 수량 변동에 관계없는 안정적인 발전, 경관훼손이나 민원문제의 원천적 방지를 가능하게 하는 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an environmentally friendly hydroelectric power generation system and hydrophobic power generation method, and more particularly, the groundwater that has passed through the ground is collected by filtration and withdrawal from the groundwater water purification device, and then the collected filtered water is discharged into the power generation device through a water tunnel. By producing electrical energy, it is possible to supply the generated filtered water to drinking water and living water, and contribute to the supply and demand of the surrounding area, and to reduce the maintenance cost required for the operation of the intake pump and year-round. The present invention relates to an eco-friendly small hydro power generation system and a small hydro power generation method that enable the stable prevention of irrespective quantity changes, the fundamental prevention of landscape damage or civil complaints.
일반적으로 발전방식에는 수력발전, 화력발전, 원자력발전 등이 있으나, 이들 발전방식은 대규모의 발전설비와 막대한 양의 에너지원이 필요할 뿐만 아니라 설치장소에 큰 제약이 따르는 등 해결해야 할 문제점들이 많다. Generally, there are hydroelectric power generation, thermal power generation, and nuclear power generation. However, these power generation methods require large-scale power generation facilities and enormous amounts of energy sources, and there are many problems to be solved, such as large installation restrictions.
특히, 화력과 원자력은 환경파괴를 초래할 수 있어 사용에 제한적일 수밖에 없고, 수력은 풍부한 수량과 낙차를 갖지 않는 한 발전이 어려운 단점이 있다.In particular, the thermal power and nuclear power can cause environmental damage, but can not be limited to use, hydropower is difficult to develop unless it has abundant quantities and drops.
이에 최근에는 설치장소에 비교적 제약을 덜 받으면서 지속적인 전력생산이 가능한 소수력 발전방식이 이용되고 있다.In recent years, a small hydro power generation method has been used, which is capable of generating continuous power while being relatively restricted in the installation site.
소수력 발전은 소하천의 유수를 이용하여 전력을 생산하는 방법으로, 생산된 전력을 하천 주변의 전력시설물, 예를 들면 가로등이나 조명등과 같이 비교적 소규모 전력이 필요한 곳에 공급한다.Small-scale power generation is a method of generating electric power by using stream water, and supplies the generated electric power to a power facility near a river, for example, where a small amount of electric power is needed such as a street lamp or a light.
현재 소수력 발전은 다른 신재생에너지원에 비해 설비이용률이 높으면서 이산화탄소 배출량도 가장 적은 친환경적 에너지원으로 인정받고 있고, 일반 하천을 이용한 댐, 수로, 댐수로식 및 정수장, 하수처리장, 농업용 저수지, 다목적댐 여수로 및 조정지 등의 기존 시설을 이용하는 형태로 개발되고 있다.Currently, small-scale power generation is recognized as an eco-friendly energy source with higher facility utilization rate and lower CO2 emissions than other renewable energy sources, and it uses dams, waterways, dams, water purification plants, sewage treatment plants, agricultural reservoirs, and multipurpose dams. And it is being developed in the form of using existing facilities such as control sites.
농업용 저수지, 농업용 보, 하수처리장, 정수장 및 다목적댐의 용수로 등에 적용할 수 있는 점을 감안할 때, 국내의 개발 잠재량은 매우 풍부하고, 청정자원으로 개발할 가치가 매우 크다 할 수 있다.Given that it can be applied to agricultural reservoirs, agricultural beams, sewage treatment plants, water purification plants and multi-purpose dams, etc., domestic development potential is very rich and it can be very valuable to develop clean resources.
이에 국내의 경우도 여러 지역에 소수력 발전설비가 이미 설치되어 있고, 정부의 지원에 따라 그 설치기수와 연간 전력생산량이 증가하고 있는 추세에 있다.In Korea, small-scale power generation facilities are already installed in various regions, and the number of installed bases and annual power production is increasing with the support of the government.
현재 국내 수력설비 총 용량은 1,595MW인데, 이중 소수력은 총 53개소 136기 69,650kW가 보급되어 있고, 국내 개발 가능한 소수력 자원 잠재량은 약 502개소 150만kW 정도로 평가되고 있다.At present, the total capacity of hydropower facilities in Korea is 1,595MW. Among them, 136 units of 69,650kW are distributed in 53 places, and the potential for developing hydropower resources in Korea is estimated to be about 1.5 millionkW in 502 places.
그러나, 지금까지의 소수력은 주로 계곡수나 하천수를 직접 이용하는 형태로 개발되고 있으며, 이러한 형태의 발전방식은 강수량에 따라 변동이 많고 갈수기에도 수량이 풍부한 지역을 찾기가 쉽지 않다는 문제점을 가지고 있다.However, until now, small hydro power has been developed in the form of directly using the valley water or the river water, and this type of power generation method has a problem that it is difficult to find a region with abundant quantity due to precipitation and abundance even in the dry season.
또한, 지상에 관을 설치하거나 물막이, 굴착 등을 수반하므로 경관을 해칠 수 있음은 물론 공사시 많은 민원을 야기하는 문제점이 있고, 특히 환경보전지역이나 지역주민의 반대로 시행이 어려운 경우가 많아 적합한 입지를 찾기가 어려운 문제점이 있다.In addition, the installation of pipes on the ground, water barriers, excavation, etc. can damage the landscape as well as cause a lot of civil complaints during construction, and in particular, it is difficult to implement the environmental conservation area or local residents in the opposite direction, the appropriate location There is a problem that is difficult to find.
그리고, 통상의 수력발전설비에서는 상부저수지와 하부저수지 사이에 도수관 및 수압관, 수력발전소가 위치하여, 상부저수지에서 도수관 및 수압관을 통해 수력발전소로 유입되는 물의 낙차를 이용하는 수력발전이 이루어지는데, 이때 수압관의 상류측에는 수격압(water hammer)을 고려한 조압수조(surge tank)의 설치가 필수적이다. In addition, in a conventional hydroelectric power generation facility, a water pipe, a hydraulic pipe, and a hydro power plant are positioned between an upper reservoir and a lower reservoir, and hydro power generation is performed using a drop of water flowing into the hydro power plant through the water pipe and the hydraulic pipe at the upper reservoir. At this time, it is essential to install a surge tank considering a water hammer on the upstream side of the hydraulic pipe.
도 9는 조압수조를 갖춘 일반적인 수력발전설비를 나타내는 도면으로서, 이를 설명하면, 취수댐에 의해 조성된 상부저수지(101)와 이에 낙차를 가지는 하부저수지(102) 사이에 경사를 가지는 도수관(103) 및 수압관(104)이 연결되고, 수압관(104)의 하단부 위치에는 발전소(105)가 설치된다.FIG. 9 is a view illustrating a general hydro power plant equipped with a pressure tank, and in this case, a
이에 따라, 도수관(103) 및 수압관(104)을 통해 상부저수지(101)에서 유입된 물이 하부저수지(102)로 배출되기 전에 상기 발전소(105)를 통과하는 물에 의해 수력발전이 이루어지도록 되어 있다.Accordingly, before the water introduced from the
이때, 종래에는 조압수조(106)가 설치되며, 이는 수압관(104)의 입구 전단의 도수관(103) 하단부에 설치될 수 있고, 수압을 떨어뜨리는 역할을 한다.At this time, in the prior art, the
즉, 관로의 흐르는 물을 급정지시킬 경우 관로 내에 과도한 압력상승이 발생하고 그 파동이 관로 내에 전파되어 주기기 및 관로의 파괴를 초래할 수 있으므로, 상기와 같은 조압수조(106)를 설치하여 관로의 수압을 떨어뜨리는 것이다.That is, when suddenly stopping the flowing water in the pipeline, excessive pressure rise may occur in the pipeline, and the wave may propagate in the pipeline, resulting in destruction of the main machinery and the pipeline, so that the
특히, 발전소에서 단전시나 기타 이유로 발전기를 정지시켜야 하는 비상상황에서 차단되는 밸브의 순간적인 닫힘 등 여러 원인으로 인하여 뜻하지 않은 수압의 급상승이 발생할 경우, 조압수조는 수압을 낮추어 관로 파괴를 최소화하는 동시에 수격압에 의한 주기기 설비의 손상을 방지하는 등 중요한 역할을 하게 된다.In particular, when an unexpected sudden increase in water pressure occurs due to various reasons, such as the momentary closing of a valve that shuts down the generator in the event of a power failure or other reasons, the pressure tank lowers the water pressure to minimize the breakage of the pipeline and at the same time It plays an important role such as preventing damage to the main equipment due to pressure.
그러나, 이러한 조압수조의 설치는 전체 설비비용을 증가시키며, 더욱이 소하천의 유수를 이용하는 소수력 발전설비에 조압수조를 설치하는 것은 비용상으로 많은 불리함이 있는 등 경제성 측면에서 비효율적이다. However, the installation of such a pressure tank increases the overall equipment cost, and in addition, it is inefficient in terms of economics, such as the installation of the pressure tank in the small hydro power generation facilities using the flow of the small river has a lot of disadvantages in cost.
한편, 지표수는 지표면의 물 중에서 하천, 호소, 습지 등의 물로서, 최근 지표수의 오염과 질소, 인 등의 유입에 의한 부영양화가 심각한 사회문제로 대두되고 있다.On the other hand, surface water is water such as rivers, lakes, wetlands, etc. among surface waters. Recently, surface water pollution and eutrophication due to inflow of nitrogen, phosphorus, etc. are emerging as serious social problems.
이에 지표수를 생활용수 및 수자원으로서 뿐만 아니라 환경의 구성요소로서 재검토할 필요성이 있고, 특히 지표수를 식수로 사용하는데 필요한 기술의 개발이 절실히 요청되고 있다. Therefore, there is a need to reexamine surface water not only as living water and water resources but also as a component of the environment, and in particular, the development of technologies necessary for using surface water as drinking water is urgently requested.
일반적으로 식수로 사용될 수 있는 여과수의 취수는 연직 집수정을 설치한 뒤 연직 집수정으로부터 대수층에 수평 또는 경사방향으로 다수의 취수관을 설치하여 유도 취수하는 형태로 이루어진다.In general, the intake of the filtered water which can be used as drinking water is made of a form of induction withdrawal by installing a plurality of intake pipes in the horizontal or inclined direction from the vertical reservoir to the aquifer.
이러한 집수정에서는 하루에 적게는 수천에서 많게는 수십만 ㎥ 가량의 물을 취수하게 되는데, 그 취수량이 많으므로 펌핑 등을 통해 정수장 등의 목표지점까지 이송하는데는 많은 소요전력이 필요하며, 이에 유지관리비용이 크게 드는 문제점이 있다.In such a sump, water is taken from as little as thousands to as many as hundreds of thousands of m3 per day. Since the amount of intake is large, a lot of power is required to transfer to a target point such as a water purification plant by pumping, and thus maintenance costs There is a big lifting problem.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 발명한 것으로서, 하천, 저수지, 호수, 습지, 오폐수처리(정화)된 물 등의 지표수 중 지반을 통과한 물을 여과 및 취수하여 집수한 뒤 도수터널을 통해 발전장치로 방류하여 전기에너지를 생산하도록 함으로써, 취수된 여과수를 이용한 식수 또는 생활용수의 공급과 더불어 발전이 가능하고, 이에 주변지역의 전력수급에 기여할 수 있는 동시에, 취수펌프의 운전 등에 소요되는 유지관리비용의 절감, 연중 수량 변동과 상관없는 안정적인 발전, 경관훼손이나 민원문제의 원천적 방지가 가능해지는 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been invented in consideration of the above-mentioned points, and after collecting the water that has passed through the ground of the surface water, such as rivers, reservoirs, lakes, wetlands, and wastewater treatment (purified), the water tunnel By discharging to the power generation device to produce electric energy, it is possible to generate power together with the supply of drinking water or living water using the filtered water, which can contribute to the supply and demand of electric power in the surrounding area, and to operate the intake pump. The aim is to provide an eco-friendly small hydro power generation system and a small hydro power generation method that can reduce the maintenance costs, stable development irrespective of quantity fluctuations throughout the year, and prevent source damages or civil complaints.
또한, 본 발명은 발전용수 차단을 위한 밸브의 닫힘을 적절히 제어하여 수격압의 발생을 완전히 배제함으로써, 조압수조의 설치 없이도 수압 급상승으로 인한 수격압 발생을 방지하고, 이에 조압수조 설치에 따른 비용을 줄일 수 있는 동시에 수격압으로 인한 문제를 해결할 수 있는 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In addition, the present invention is to properly control the closing of the valve for generating water to completely eliminate the occurrence of water pressure, thereby preventing the occurrence of water pressure due to the pressure rise without the installation of the pressure tank, thereby the cost of installing the pressure tank The purpose of the present invention is to provide an eco-friendly hydroelectric power generation system and hydropower generation method that can solve the problems caused by water hammer.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은에서 제공하는 친환경적 소수력발전시스템은 지반을 통과한 지층수를 여과필터와 취수유공관을 통해 여과 및 취수하여 집수정에 집수하는 지층수 정수장치와, 상기 지층수 정수장치의 집수정으로부터 경사를 가지고 설치되는 도수터널과, 상기 도수터널의 하부에 설치되어 집수정으로부터 도수터널을 통해 방류되는 여과수에 의해 전기를 생산하는 발전장치와, 상기 도수터널에서 발전장치로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브장치와, 상기 밸브장치의 개폐 구동을 제어하기 위한 제어장치를 포함하여 구성되고, 상기 제어장치에는 밸브장치의 닫힘이 완료될 때까지의 시간 및 닫힘속도가 미리 설정되며, 상기 밸브장치의 닫힘시 상기 제어장치의 제어에 의해 밸브장치가 미리 설정된 상기 시간 동안 단계적으로 서서히 닫히도록 하는 완속 닫힘 제어가 수행됨으로써 급격한 밸브 닫힘으로 인한 수격압 발생을 방지할 수 있는 특징이 있다. In order to achieve the above object, the present invention provides an eco-friendly hydrophobic power generation system is a ground water purification device that collects and collects the groundwater that has passed through the ground through a filtration filter and a water intake pipe, and collects the water collection well, and the groundwater A power generation tunnel installed at an inclination from the water collecting well of the water purification device, a power generation device installed at a lower portion of the water supply tunnel to discharge electricity from the water collecting well through the water purification tunnel, and the power generation tunnel to the power generation device. And a valve device for selectively opening and closing the flow path of the filtered water, and a control device for controlling the opening and closing operation of the valve device, wherein the control device includes a time until the closing of the valve device is completed and a closing time. The speed is preset and the valve device is preset by the control of the control device when the valve device is closed. The slow closing control is performed to gradually close step by step during the time, thereby preventing the occurrence of water hammer pressure due to sudden valve closing.
여기서, 상기 밸브장치의 완속 닫힘 제어는 단전시나 발전장치의 이상 발생시에 이루어지는 것임을 특징으로 한다.Here, the slow closing control of the valve device is characterized in that it is made at the time of power failure or abnormality of the power generation device.
또한, 상기 지층수 정수장치의 집수정에 설치되는 수위계를 더 포함하고, 상기 수위계의 검출값을 입력받은 제어장치가 집수정 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위임을 판단하게 되면 상기 밸브장치의 완속 닫힘 제어를 수행하도록 하는 등 수위계와 밸브장치 간의 연계적인 작동이 이루어질 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.The water purifier may further include a water level meter installed in the sump of the ground water purifier, and when the control device receiving the detection value of the water level meter determines that the filtered water in the sump is below the discharge limit, the valve device is slowly closed. It is characterized in that the interlocking operation between the water gauge and the valve device, such as to perform the control.
또한, 상기 지층수 정수장치는 지표수 인근의 지반을 굴착하여 시공되는 집수정과, 상기 집수정에 다수개가 적층되어 설치되는 관 형상의 프리캐스트 구조물과, 상기 지표수의 하측 지반을 통과한 뒤 유입되는 여과수를 취수하여 상기 집수정으로 안내하도록 지중에 적어도 한 개 이상으로 설치되는 취수유공관과, 상기 취수유공관 내에 삽입되어 취수유공관으로 유입되는 지층수를 여과하는 여과필터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the ground water purification device is a water collecting well constructed by excavating the ground near the surface water, a tubular precast structure is installed by stacking a plurality of the water collecting well, and the filtered water flowing after passing through the lower ground of the surface water It is characterized in that it comprises a filtration filter for filtering the groundwater flowing into the water intake pipe and the water intake pipe is installed in at least one in the ground so as to guide the water collection well.
바람직한 실시예에서, 상기 지층수 정수장치는 집수정에 집수된 여과수를 펌핑하여 음용수 또는 생활용수로 공급하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the groundwater purifier is characterized in that it further comprises a pump for pumping the filtered water collected in the sump to supply drinking water or domestic water.
또한, 상기 취수유공관의 외주면에 토목섬유 또는 드레인보드가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the geotextile or drain board is installed on the outer peripheral surface of the water intake pipe.
또한, 상기 도수터널은 발전장치를 통해 음용수 또는 생활용수 공급을 위한 연결수로 또는 착수정으로 연결되고, 상기 도수터널로부터 방류되어 발전장치를 통과한 방류 여과수가 상기 연결수로 또는 착수정으로 배출된 뒤 상수도관 또는 생활용수관을 통해 음용수 또는 생활용수로 공급될 수 있게 된 것을 특징으로 한다.In addition, the distillation tunnel is connected to the connection channel for the supply of drinking water or domestic water through the power generation device or to the impingement well, discharged from the distillation tunnel and discharged through the power generation device discharged to the connection water or the impregnation well after It is characterized in that it can be supplied to drinking water or living water through a water pipe or living water pipe.
그리고, 본 발명은, 지반을 통과한 지층수를 여과필터와 취수유공관을 통해 여과 및 취수하여 집수정에 집수하는 지층수 정수장치를 시공하는 단계와, 상기 지층수 정수장치의 집수정으로부터 경사를 가지도록 도수터널을 시공하는 단계와, 상기 도수터널의 하부에 발전장치를 설치하는 단계와, 상기 도수터널로부터 발전장치로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브장치를 설치하고, 상기 밸브장치의 개폐 구동을 제어하기 위한 제어장치를 구비하는 단계와, 지반을 통과한 지층수가 여과 및 취수된 뒤 상기 집수정에 집수되는 단계와, 상기 발전장치가 집수정으로부터 도수터널을 통해 방류되는 여과수에 의해 전기를 생산하는 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 제어장치에는 밸브장치의 닫힘이 완료될 때까지의 시간 및 닫힘속도가 미리 설정되며, 상기 밸브장치의 닫힘시에 상기 제어장치의 제어에 의해 밸브장치가 미리 설정된 상기 시간 동안 단계적으로 서서히 닫히도록 하는 완속 닫힘 제어가 수행됨으로써, 급격한 밸브 닫힘으로 인한 수격압 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of constructing a groundwater purification apparatus for filtering and withdrawing the groundwater that has passed through the ground through the filtration filter and the water intake pipe and collecting it in the water collecting well, Constructing a distillation tunnel to have a step; installing a power generation device at a lower portion of the distillation tunnel; and installing a valve device for selectively opening and closing a flow path of filtered water flowing into the power generation device from the distillation tunnel; Providing a control device for controlling the opening and closing operation of the device, collecting ground water after the groundwater has passed through the ground, and collecting the collected water, and the filtered water discharged from the water collecting well through the water tunnel. Producing electricity by the; comprising, the control device has a time and closing speed until the closing of the valve device is completed Is set in advance, and slow closing control is performed so that the valve device is gradually closed by the control of the control device step by step when the valve device is closed, thereby preventing occurrence of water hammer due to sudden valve closing. It provides an environmentally friendly small hydro power generation method characterized in that.
여기서, 상기 밸브장치의 완속 닫힘 제어는 단전시나 발전장치의 이상 발생시에 이루어지는 것임을 특징으로 한다.Here, the slow closing control of the valve device is characterized in that it is made at the time of power failure or abnormality of the power generation device.
또한, 상기 지층수 정수장치의 집수정에 수위계를 설치하고, 상기 수위계의 검출값을 입력받은 제어장치가 집수정 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위임을 판단하게 되면 상기 밸브장치의 완속 닫힘 제어를 수행하는 등 수위계로부터 제공된 신호에 의해 밸브장치의 완속 닫힘 제어가 연계적으로 이루어질 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.In addition, when the water level meter is installed in the sump of the ground water purifier and the control device that receives the detection value of the water level meter determines that the filtration water in the sump is below the discharge limit, the slow closing control of the valve device is performed. It is characterized in that the slow closing control of the valve device can be made in association by a signal provided from the water gauge.
또한, 상기 지층수 정수장치를 시공하는 단계는 지표수로부터 일정거리 이격된 지반을 굴착하여 집수정을 형성하는 단계와, 상기 집수정에 관 형상의 프리캐스트 구조물을 다수개 적층하여 설치하는 단계와, 상기 프리캐스트 구조물의 측면에서 지표수가 있는 방향으로 천공하여 지중에 수평공을 형성하는 단계와, 상기 수평공 내에 여과필터케이싱을 삽입하는 단계와, 상기 여과필터케이싱 내에 취수유공관을 삽입하는 단계와, 상기 취수유공관 내에 여과필터를 삽입하는 단계와, 상기 여과필터케이싱을 수평공으로부터 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the construction of the groundwater purification apparatus includes the steps of excavating the ground spaced from the surface water to form a water well, and stacking and installing a plurality of tubular precast structures in the water well; Forming a horizontal hole in the ground by drilling in the direction of the surface water from the side of the precast structure, inserting a filter filter casing into the horizontal hole, inserting a water intake pipe into the filter filter casing; And inserting a filtration filter into the intake oil pipe, and removing the filtration filter casing from the horizontal hole.
또한, 상기 집수정에 집수된 여과수를 펌핑하는 펌프를 설치하고, 상기 펌프를 이용하여 집수정에 집수된 여과수를 음용수 또는 생활용수로 공급하는 것을 특징으로 한다.In addition, the pump is installed to pump the filtered water collected in the sump, characterized in that for supplying the filtered water collected in the sump to drinking water or domestic water using the pump.
또한, 상기 취수유공관의 삽입시 취수유공관의 외주면에 토목섬유 또는 드레인보드를 감싼 상태로 설치하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the water intake pipe is inserted, characterized in that installed in the state wrapped around the geotextile or drain board on the outer peripheral surface of the water intake pipe.
또한, 상기 프리캐스트 구조물을 설치한 뒤 도수터널을 시공하는 단계에서 프리캐스트 구조물의 하단부로부터 도수터널을 설치하고, 발전장치를 설치하는 단계에서 상기 도수터널의 하단부 출구에 발전장치를 설치하는 것을 특징으로 한다.In addition, after the installation of the precast structure to install the frequency tunnel from the lower end of the precast structure in the construction of the power station, and in the step of installing the power generator in the step of installing the power generator in the outlet of the lower end of the tunnel It is done.
또한, 상기 발전장치를 설치하는 단계는 도수터널의 출구측에 수차를 설치하고 상기 수차에 연결하여 발전기를 설치하여 이루어짐을 특징으로 한다.
In addition, the step of installing the power generation device is characterized in that the aberration is installed on the outlet side of the raceway tunnel and connected to the aberration, characterized in that made by installing a generator.
이에 따라, 본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템 및 소수력발전방법에서는 하천, 저수지, 호수, 습지 등 인근에 지반을 통과한 지층수를 여과하여 집수하는 지층수 정수장치를 설치하고 집수된 여과수를 도수터널을 통해 발전장치로 공급하여 발전용수로 사용할 수 있도록 함으로써, 여과수를 이용한 전력생산으로 주변지역의 전력수급에 기여하는 동시에 여과수 취수에 소요되는 전력비용 등 유지관리비용을 절감할 수 있고, 여과수를 주변지역의 음용수 또는 생활용수로 공급하는 경우 용수난을 해결할 수 있는 이점이 있다.Accordingly, in the environmentally friendly hydroelectric power generation system and hydroelectric power generation method according to the present invention, a groundwater purification apparatus is installed to filter and collect the groundwater that has passed through the ground in the vicinity of rivers, reservoirs, lakes, wetlands, etc. By supplying the power to the power plant through the power plant, it can be used as power generation water, thereby contributing to the supply and demand of the surrounding area through the production of power from the filtered water, and reducing the maintenance costs such as the power cost required to collect the filtered water. If the supply of drinking water or living water has the advantage that can solve the water shortage.
또한 하천, 저수지, 호수, 습지 등 수량이 풍부한 지표수를 여과하여 발전에 이용하므로 연중 수량의 변동에 관계없이 안정적인 발전이 가능하며, 여과수의 취수, 식수 및 용수로의 공급, 발전이 모두 가능한 이점과 더불어, 모든 작업이 지하에서 이루어지므로 경관훼손이나 민원문제를 원천적으로 방지할 수 있고, 영구적으로 활용될 수 있는 에너지원으로서 그 활용가치가 매우 크다.In addition, it is possible to generate stable water regardless of fluctuations in the year by filtering surface water with abundant quantity of water such as rivers, reservoirs, lakes, wetlands, etc. Since all the work is done underground, it is possible to prevent landscape damage or civil affairs at the source, and its value is very high as an energy source that can be used permanently.
또한 발전용수를 차단하기 위한 밸브장치를 제어함에 있어서, 비상 닫힘시 미리 설정된 시간 동안에 밸브장치가 단계적으로 서서히 닫히도록 제어함으로써, 조압수조의 설치 없이도 수격압 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 결국 조압수조의 설치에 따른 소요 비용을 절감할 수 있는 동시에 수격압으로 인한 여러 문제를 해결할 수 있는 이점이 있다.
In addition, in controlling the valve device for shutting off the power generation water, by controlling the valve device to be gradually closed gradually during a predetermined time during emergency closing, it is possible to effectively prevent the occurrence of water hammer pressure without installing a pressure tank, and finally The cost of installing the tank can be reduced, while at the same time it can solve many problems caused by water hammer.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력발전시스템을 나타내는 개략적인 측면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 소수력발전시스템을 나타내는 개략적인 평면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력발전시스템에서 여과필터를 이용한 지층수 정수장치를 도시한 개략도
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력발전시스템에서 여과필터를 이용한 지층수 정수장치를 시공하는 순서를 도시한 공정도
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력 발전시스템의 발전장치를 나타내는 정단면도, 평단면도 및 측단면도
도 6a 내지 도 6f는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력발전시스템의 시공 순서를 도시한 공정도
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력발전시스템에서 수위계와 유량계의 검출과 연계한 밸브장치의 가동을 설명하기 위한 그래프
도 9는 일반적인 조압수조를 갖춘 수력발전설비를 나타내는 개략도1 is a schematic side view showing an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a schematic plan view showing an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention
Figure 3 is a schematic diagram showing the groundwater purification apparatus using a filtration filter in a hydrophobic power generation system according to an embodiment of the present invention
4A to 4F are process diagrams showing a procedure for constructing a groundwater purification apparatus using a filtration filter in a hydrophobic power generation system according to an embodiment of the present invention.
5a to 5c is a front sectional view, a plan sectional view and a side sectional view showing a power generation device of an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention
6a to 6f is a process chart showing the construction sequence of an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention
7 and 8 are graphs for explaining the operation of the valve device associated with the detection of the water gauge and the flow meter in an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention
9 is a schematic diagram showing a hydro power plant equipped with a general pressure tank.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력발전시스템을 나타내는 개략적인 측면도와 평면도이다. 1 and 2 are a schematic side view and a plan view showing an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명은 지층수 정수장치(A)를 발전용수 공급원으로 이용하는 소수력발전시스템(S)에 관한 것으로서, 지층수 정수장치(A)는 지표수(10) 중 하측 지반을 통해 지중으로 유입된 지층수를 포함하여 주변 지층을 통과하여 유입된 지층수를 여과필터로 여과하여 취수한 뒤 집수정(14)에 집수하고 집수정에 집수된 여과수를 펌프(26)를 이용하여 음용수(식수) 또는 생활용수로 공급하도록 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the present invention relates to a hydrophobic power generation system (S) using the groundwater water purification device (A) as a power source for power generation, wherein the groundwater water purification device (A) is used in the surface water (10). The groundwater introduced through the surrounding ground, including the groundwater introduced into the ground through the lower ground, is collected by filtration with a filtration filter, and collected in the
이와 더불어, 본 발명에서는 집수정(14)에 집수된 여과수를 도수터널(32)을 통해 낙차를 가지는 발전장치(34)로 공급하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 주변지역에 공급하면서 발전에 사용된 여과수는 발전장치(34)에서 연결수로 또는 저류조(50)로 방류하여 음용수 또는 생활용수로 공급할 수 있도록 구성된다.In addition, in the present invention, by supplying the filtered water collected in the
또한, 본 발명에 따른 소수력발전시스템에서는 단전시나 발전장치의 이상 발생 등 비상시에 도수터널(32)을 통해 발전장치(34)로 유입되는 발전용수(여과수)를 차단하기 위한 밸브장치(40)의 닫힘을 적절히 제어해줌으로써, 조압수조의 설치 없이도 급격한 수압 상승 및 수격압을 방지하고, 수격압으로 인한 문제 발생을 방지할 수 있도록 구성된다.In addition, in the hydro-power generation system according to the present invention of the
우선, 본 발명에 따른 소수력발전시스템에서 이용되는 지층수 정수장치의 구성에 대해 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다. First, the configuration of the groundwater purification apparatus used in the hydro-power generation system according to the present invention will be described with reference to FIG. 3.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 지층수 정수장치(A)는 지표수(10) 인근의 지반(12)으로부터 굴착하여 시공되는 집수정(14)과, 상기 집수정(14)에 다수개가 적층되어 설치되는 관 형상의 프리캐스트 구조물(16)과, 상기 지표수(10)의 하측 지반을 통과한 뒤 유입되는 여과수를 취수하여 상기 집수정(14)으로 안내하도록 지중에 적어도 한 개 이상으로 설치되는 취수유공관(22)과, 상기 취수유공관(22) 내에 삽입되어 취수유공관으로 유입되는 지층수를 여과하는 여과필터(도 4e에서 도면부호 24임)와, 상기 집수정(14)에 집수된 여과수를 펌핑하여 공급하기 위한 펌프(26)로 구성된다.As shown in FIG. 3, in the present invention, the groundwater purification apparatus A includes a plurality of catching
즉, 지층수 정수장치(A)는 집수정(14), 프리캐스트 구조물(16), 취수유공관(22), 여과필터(24) 및 펌프(26)가 유기적으로 결합되어 이루어진 장치이다.That is, the groundwater purification apparatus A is a device in which the sump well 14, the
여기서, 집수정(14)은 지표수(10) 인근의 지반(12)을 굴착하여 시공되는 것으로서, 지중에 일정한 직경 및 소정 깊이를 가지도록 시공될 수 있으며, 여과필터(24)를 통과하여 취수유공관(22)으로 취수된 뒤 안내되는 여과수가 집수될 수 있도록 형성되는 일종의 우물이다. Here, the water collecting well 14 is to be constructed by excavating the ground (12) near the
또한, 프리캐스트 구조물(16)은 공장에서 제작한 콘크리트관으로서, 일정한 직경 및 높이를 가지는 원형의 콘크리트관이 사용될 수 있고, 다수개의 콘크리트관을 집수정(14)의 내부에 삽입 및 적층하여 시공하며, 집수정(14)의 내부를 따라 시공된 상태에서 집수정의 붕괴를 방지하는 기능을 한다.In addition, the
그리고, 취수유공관(22)은 여과필터(24)를 통과한 여과수를 취수하여 집수정(14)으로 안내하는 관으로서, 지중에서 집수정(14)으로 연결되도록 설치된다.In addition, the
이때, 일정한 직경 및 소정 길이를 가지는 하나 또는 다수개의 취수유공관(22)이 수평 또는 경사방향으로 설치될 수 있고, 투수성이 높은 지표수(10) 하측의 대수층에 설치되어 대수층으로부터 지반(12)을 통과하여 여과된 물을 취수하게 된다.In this case, one or a plurality of
지표수(10)의 하측 지반을 통과한 뒤 여과필터(24)를 통과한 여과수가 상기 취수유공관(22)으로 유입되면, 유입된 여과수가 취수유공관(22)을 따라 집수정(14)으로 안내되어 집수된다.When the filtered water passing through the lower ground of the
또한, 여과필터(24)는 일정한 직경 및 소정 길이를 가지는 것으로서, 상기 취수유공관(22)의 내부로 삽입되어 설치되며, 지반을 통과한 뒤 취수유공관(22)으로 유입되는 지층수에서 이물질을 제거하는 구성부이다.In addition, the
그리고, 펌프(26)는 집수정(14)에 집수된 여과수를 음용수나 생활용수로 사용할 수 있게 취수하기 위한 취수수단으로서, 집수정(14)의 상단에 고정 설치될 수 있고, 집수정(14)이 지중에 설치됨을 고려하여 집수정 내 여과수를 흡입하여 펌핑하는 양수펌프가 사용될 수 있으나, 음용수나 생활용수로 사용하기 위하여 집수정 내 여과수를 퍼올릴 수 있는 두레박 등이 사용될 수도 있음을 밝혀둔다.In addition, the
또한, 취수유공관(22)의 외주면에는 투수성을 가지면서 외부로부터 이물질의 유입을 방지하는 토목섬유 또는 드레인보드(27)가 추가로 설치될 수 있다.In addition, the outer circumferential surface of the
이하, 상기한 구성으로 이루어진 지층수 정수장치의 시공 과정에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the construction process of the groundwater purification device having the above-described configuration will be described.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력발전시스템에서 이용되는 지층수 정수장치를 시공하는 순서를 도시한 공정도이다.4A to 4F are process diagrams showing a procedure for constructing a groundwater purification apparatus used in a hydrophobic power generation system according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4f에 도시한 바와 같이, 지층수 정수장치(A)의 시공방법은 지표수(10)로부터 일정거리 이격된 지반(12)을 굴착하여 집수정(14)을 형성하는 단계와, 상기 집수정(14)에 관 형상의 프리캐스트 구조물(16)을 다수개 적층하여 설치하는 단계와, 상기 프리캐스트 구조물(16)의 측면에서 지표수(10)가 있는 방향으로 천공하여 지중에 수평공(18)을 형성하는 단계와, 상기 수평공(18) 내에 여과필터케이싱(20)을 삽입하는 단계와, 상기 여과필터케이싱(20) 내에 취수유공관(22)을 삽입하는 단계와, 상기 취수유공관(22) 내에 여과필터(24)를 삽입하는 단계와, 상기 여과필터케이싱(20)을 수평공(18)으로부터 제거하는 단계와, 상기 집수정(14)에 집수된 여과수를 펌핑하여 공급하기 위한 펌프(26)를 설치하는 단계로 이루어진다.As shown in FIGS. 4A to 4F, the construction method of the groundwater purification apparatus A includes excavating the
여기서, 상기 집수정(14)은 지반을 수직으로 굴착하여 시공할 수 있으며, 지중에 일정한 직경 및 소정 깊이로 시공할 수 있다.Here, the water collecting well 14 may be constructed by excavating the ground vertically, and may be constructed with a predetermined diameter and a predetermined depth in the ground.
또한, 상기 프리캐스트 구조물(16)로는 원형의 콘크리트관을 사용할 수 있으며, 집수정(14) 내에 일정한 직경 및 높이를 가지는 원형의 콘크리트관 다수개를 순차적으로 삽입하여 시공할 수 있다. In addition, a circular concrete tube may be used as the
상기 수평공(18)은 집수정(14) 내에서 지중으로 천공하여 형성하는 것으로, 프리캐스트 구조물(16) 측면에서 지표수(10)가 있는 방향으로 일정한 직경 및 소정 길이로 수평하게 천공하여 형성할 수 있다.The
상기 여과필터케이싱(20)은 수평공(18)의 내부에 삽입하여 설치하되, 취수공유관(22) 및 여과필터(24)의 삽입 후 제거하게 되는 가설구조물로서, 집수정(14) 내에서 선 시공된 수평공(18)의 내부로 일정한 직경 및 길이의 여과필터케이싱(20)을 삽입하여 시공할 수 있다.The
상기 여과필터케이싱(20)은 수평공(18) 내 취수유공관(22)이 설치되는 구간에 걸쳐 삽입되는 것이므로, 집수정(14) 내에서 일정한 직경 및 길이의 여과필터케이싱 여러 개를 순차적으로 삽입하여 전체 케이싱이 상기 구간에 걸쳐 연속되도록 시공할 수 있다. Since the
상기 여과필터케이싱(20)의 시공이 완료되면, 여과필터케이싱(20)의 내부로 일정한 직경 및 길이의 취수유공관(22)을 삽입하고, 이어 취수유공관(22)의 내부에 일정한 직경 및 길이의 여과필터(24)를 삽입한다.When the construction of the
상기 취수유공관(22)과 여과필터(24) 역시 집수정(14) 내에서 일정한 직경 및 길이의 취수유공관과 여과필터 여러 개를 각각 순차적으로 삽입하여 연속되게 시공한다. The
또한, 취수유공관(22)의 삽입시 취수유공관의 외주면에 토목섬유 또는 드레인보드(27)를 감싼 상태로 설치한다.In addition, when the
여기서, 기존 여과 시스템의 경우, 스트레이너관의 외부에 중간크기 자갈 및 잔자갈 등의 조립상의 여과재가 충진되고, 원통형 금속망으로 고정된 여과부가 수평 집수관과 일체로 조립된 단일 여과 시스템을 사용하고 있으나, 본 발명의 경우, 취수유공관 외주면에 투수성을 갖는 토목섬유 또는 드레인보드를 사용한 1차 여과재를 설치하고, 확실한 여과효과를 얻기 위하여 취수유공관 안에 폴리프로필렌 소재의 고밀도 여과필터를 추가로 삽입하는 이중여과 시스템을 적용하고 있다. Here, in the case of the existing filtration system, a medium filtration material such as medium gravel and residue is filled in the outside of the strainer tube, and a single filtration system in which the filtration unit fixed with a cylindrical metal mesh is integrally assembled with the horizontal collecting pipe is used. In the case of the present invention, the primary filter medium using the ground permeable geotextile or drain board having water permeability on the outer circumferential surface of the water intake pipe, and additionally insert a high-density filtration filter of polypropylene material in the water inlet pipe to obtain a sure filtration effect The filtration system is applied.
따라서, 종래의 단일 여과 시스템에 비하여 보다 뛰어난 여과효과를 기대할 수 있다. Therefore, a superior filtration effect can be expected as compared to the conventional single filtration system.
상기와 같이 취수유공관(22)과 여과필터(24)의 삽입이 완료되면, 수평공(18)에 삽입된 여과필터케이싱(20)을 제거하고, 이어 집수정(14)의 상단에 펌프(26)를 설치한다.When the insertion of the
이와 같이 하여, 상기한 시공 과정을 통해 지층수 정수장치(A)를 완성하게 되며, 시공된 지층수 정수장치(A)에서는 지표수(10)의 하측 지반을 통해 지중으로 유입된 지층수가 여과필터(24)를 통과하여 여과된 뒤 취수유공관(22)의 내부로 유입되고, 이어 취수유공관(22)의 내부로 취수된 여과수는 집수정(14)으로 안내되어 집수되는 바, 결국 집수정(14)에 집수된 여과수가 펌프(26)의 펌핑에 의해 공급되어 음용수 또는 생활용수로 사용될 수 있게 된다. In this way, the ground water purification device (A) is completed through the above-described construction process, and in the ground water purification device (A), the ground water flowed into the ground through the lower ground of the
한편, 상기 집수정(14)에 집수된 여과수를 발전용수로 사용하여 전기를 생산하는 친환경적 소수력발전시스템(S)이 구성될 수 있으며, 이러한 본 발명의 친환경적 소수력발전시스템(S)은 집수정(14)에 집수된 여과수를 도수터널(32)을 통해 낙차를 가지는 발전장치(34)로 공급하여 전기를 생산하고, 생산된 전기를 주변지역에 공급하면서 발전에 사용된 여과수는 발전장치(34)에서 상수도관 또는 생활용수관 등이 연결된 연결수로 또는 저류조(50)로 방류되도록 하여 주변지역의 주민에게 음용수 또는 생활용수로 공급될 수 있도록 구성된다.On the other hand, an environmentally friendly hydroelectric power generation system (S) for producing electricity by using the filtered water collected in the water collecting well (14) as power generation water, the environmentally friendly hydropower generation system (S) of the present invention is a water collecting well (14). ) To supply electricity to the
앞서 지층수 정수장치에 대해 설명함에 있어서 하천, 저수지, 호수, 습지 등의 지표수에 한해 여과 및 취수할 수 있는 것으로 설명하였으나, 상기한 지층수 정수장치는 지중에 존재하는 지하수에 대해서도 여과 및 취수가 가능하고, 또한 오폐수처리된 물이 집수되는 집수장 인근에 설치되는 경우 오폐수처리(정화)된 물을 집수장 하측의 취수유공관을 통해 여과하여 취수하는 것이 가능하므로, 이하 본 발명에 따른 소수력 발전시스템에서는 자연의 지표수뿐만 아니라 오폐수처리된 물, 지하수를 처리한 여과수를 발전용수로 이용하는 개념으로 이해함이 타당하다. In the above description of the groundwater purifier, it has been described that only surface water such as rivers, reservoirs, lakes, and wetlands can be filtered and taken in. However, the above groundwater purifier can be filtered and withdrawn from groundwater existing in the ground. In addition, when the wastewater treated water is installed in the vicinity of the collecting basin, it is possible to filter the wastewater treated (purified) through the intake oil pipe at the lower side of the collecting basin, so that the hydrophobic power generation system according to the present invention will be described below. It is reasonable to understand that the concept is to use not only natural surface water but also wastewater treated groundwater and filtered water treated with groundwater as power generation water.
따라서, 본 발명의 소수력발전시스템(S)에 따르면, 자연의 지표수나 오폐수처리된 물, 지하수를 상기한 지층수 정수장치(A)를 통해 정수 및 집수하여 발전용수, 음용수 또는 생활용수로 활용할 수 있도록 구성됨으로써, 연중 수량의 변동에 관계없이 안정적인 취수 및 용수 공급과 더불어, 주변지역의 전력수급문제를 해결할 수 있게 되고, 지층수 정수장치(A)의 펌프(26) 등에 소요되는 전력비용을 절감할 수 있게 되고, 기존의 수력발전시스템과 달리 시공 과정에서도 지역 특성 및 경관의 훼손이나 민원문제의 발생을 방지할 수 있게 된다.Therefore, according to the hydrophobic power generation system (S) of the present invention, the surface water, the wastewater treated water, and the groundwater are purified and collected through the above groundwater purification device (A) to be utilized as power generation water, drinking water or living water. In this way, it is possible to solve the problem of power supply and supply in the surrounding area with stable intake and water supply regardless of the fluctuation of water quantity throughout the year, and reduce the power cost required for the
본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the configuration of the environmentally friendly small hydro power generation system according to the present invention in more detail as follows.
본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템(S)은 지표수(10) 중 지중을 통과한 지층수나 오폐수처리된 물, 지하수 등을 여과하여 취수 및 집수하는 상술한 지층수 정수장치(A)를 발전용수 공급원으로 이용하게 된다.Environmentally friendly hydroelectric power generation system (S) according to the present invention is the above-mentioned groundwater water purification device (A) to filter and collect and collect the groundwater or wastewater, groundwater, etc. Will be used.
그 구성을 살펴보면, 본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템(S)은, 지반을 통과한 지층수를 여과필터(도 4e의 도면부호 24임)와 취수유공관(22)을 통해 여과 및 취수하여 집수정(14)에 집수하는 지층수 정수장치(A)와, 상기 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)으로부터 경사를 가지고 설치되는 도수터널(32)과, 상기 도수터널(32)의 하단에 설치되는 발전장치(34)와, 상기 도수터널(32)로부터 발전장치(34)로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브장치(40)와, 상기 밸브장치(40)의 개폐 구동을 제어하기 위한 제어장치(46)를 포함하여 구성된다.Looking at the configuration, the environmentally friendly hydroelectric power generation system (S) according to the present invention, the groundwater that passed through the ground through the filtration filter (
즉, 본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템(S)은 지표수(10) 인근에 설치되는 지층수 정수장치(A)와 도수터널(32), 발전장치(34), 밸브장치(40), 제어장치(46)가 유기적으로 결합되어 이루어진 시스템이다.That is, the environmentally friendly hydroelectric power generation system (S) according to the present invention is a groundwater purification device (A) and the
여기서, 지표수는 하천, 저수지, 호수, 습지 등에 저수된 자연의 지표수(10)를 포함하여 오폐수처리장의 집수장에 저수된 정수된 물을 포함하는 개념이다.Here, the surface water is a concept including the purified water stored in the reservoir of the wastewater treatment plant, including the natural surface water (10) stored in rivers, reservoirs, lakes, wetlands, and the like.
상기한 구성 중 지층수 정수장치(A)에 대해서는 전술한 바와 같다.The ground water purification apparatus A in the above-described configuration is as described above.
상기 도수터널(32)은 집수정(14)에 저장된 여과수를 발전용수로 공급하기 위한 유로를 형성하는 부분으로, 일정한 직경 및 소정 길이의 콘크리트관으로 시공될 수 있고, 집수정(14)에서 발전장치(34)까지 길게 연장되도록 시공되는 바, 집수정(14)에서 방류되는 여과수를 발전장치(34)까지 안내하게 된다.The
특히, 도수터널(32)은 내부를 통과하는 여과수의 압력, 운동, 위치에너지로부터 전기에너지를 생산할 수 있도록 집수정(14)에서 발전장치(34)까지 낙차를 가지도록 하향 경사지게 형성된다.In particular, the
이러한 도수터널(32)은 소요 크기에 따라 드릴장비나 마이크로터널 장비 등을 이용하여 지중에 형성하는데, 집수정(14)에 형성된 도수터널(32)의 입구와 최종의 방류처(연결수로 또는 저류조)로 연결되는 도수터널(32)의 출구가 낙차를 가지도록 경사방향으로 길게 형성하여 구축한다.The
한편, 본 발명에서의 발전장치에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the power generation device in the present invention will be described in more detail as follows.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경적 소수력 발전시스템의 발전장치를 나타내는 정단면도, 평단면도 및 측단면도이다. 5a to 5c is a front cross-sectional view, a planar cross-sectional view and a side cross-sectional view showing a power generation device of an environmentally friendly hydroelectric power generation system according to an embodiment of the present invention.
도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이, 발전장치(34)의 입구측으로 도수터널(32)을 통해 발전장치(34)로 유입되는 여과수를 차단하기 위한 밸브장치(40)가 설치된다.As shown in FIGS. 5A to 5C, a
발전장치(34)는 도수터널(32)의 출구측에 연결되어 설치되고, 도수터널(32)로부터 배출되는 방류 여과수에 의해 회전되는 수차(36)와, 상기 수차(36)에 연결되어 수차(36)의 회전으로 전기를 생산하는 발전기(38)를 포함하여 구성된다. The
여기서, 발전기(38)에 연결된 수차(36)는 도수터널(32)에서 방류처로 이동하는 여과수의 이동경로, 즉 도수터널(32)의 출구측에 설치되어 도수터널(32)에서 배출되는 방류 여과수에 의해 회전되도록 구비된다. Here, the
결국, 발전장치(34)를 통과하는 방류 여과수는 도수터널(32)의 출구측에 설치된 수차(36)를 회전시킨 뒤 외부로 최종 배출되고, 이때 수차(36)가 회전됨으로써 도수터널(32)의 출구측에 고정 설치된 발전기(38)에서 전기가 생산된다.As a result, the discharged filtered water passing through the
상기 발전장치(34)의 수차(36)로는 낙차와 유량에 따라 프로펠러형 수차, 펠턴 수차, 카프란형 수차, 프란시스형 수차 등이 선택적으로 사용될 수 있다.As the
그 밖에 소수력발전시스템에서 사용될 수 있는 수차로서 벌브식, 튜블러식, 림형, 고정 블레이드형, 고정 가이드 베인형 등 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.Other aberrations that can be used in a small hydro power system may be adopted without particular limitation as long as they are commonly known in the art, such as bulb type, tubular type, rim type, fixed blade type, and fixed guide vane type.
또한, 발전장치(34)와 연결된 충전지 등이 구비될 수 있으며, 제어장치(46)가 발전장치(34) 또는 밸브장치(40)에 일체로 구비될 수 있으나, 도 1에 나타낸 바와 같이 별도로 설치될 수도 있다.In addition, a rechargeable battery connected to the
상기 밸브장치(40)는 도수터널(32)의 출구측에서 발전장치(34)의 입구측으로 설치되는 것으로, 발전장치(34)의 수차(36) 상류측에 설치되며, 도수터널(32)로부터 발전장치(34)의 수차(36)로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위해 설치되는 것이다.The
또한, 상기 밸브장치(40)는 발전용수, 즉 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브(42)와, 상기 밸브(42)를 개폐 구동시키는 액츄에이터(44)를 포함하여 구성되며, 이때 액츄에이터(44)의 구동은 제어장치(46)에 의해 제어된다.In addition, the
즉, 제어장치(46)는 밸브(42)를 선택 구동하기 위한 제어신호를 발생시켜 출력하고, 이에 액츄에이터(44)가 제어장치(46)에서 인가되는 제어신호에 따라 구동하여 밸브(42)를 개폐시키게 되는 것이다.That is, the
본 발명에서 사용되는 밸브장치(40)로는 소수력발전시스템에서 고압으로 투입되는 발전용수의 관로를 선택적으로 차단할 수 있는 것으로서 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.As the
한편, 본 발명의 소수력발전시스템(S)은 단전시나 발전기(38)의 이상 발생시 등 발전기를 정지시키는 상황에서, 밸브장치(40)의 닫힘시 제어장치(46)가 유로 내 수압의 급상승 및 수격압 발생을 방지할 수 있도록 완속 닫힘 제어를 수행하며, 이를 통해 수격압 발생으로 인한 문제를 방지하는데 그 특징이 있다. On the other hand, in the hydrophobic power generation system (S) of the present invention, in the situation of stopping the generator, such as in the event of power failure or abnormality of the
즉, 본 발명의 소수력발전시스템에서는 단전시나 발전기(38)의 이상 발생시와 같은 비상시에, 그리고 수동 또는 자동으로 발전장치(36)를 정지시켜야 하는 미리 설정된 상황에서 제어장치(46)가 유로를 차단하도록 밸브장치(40)를 제어하되, 이때 제어장치(46)가 밸브장치(40)의 밸브(42)가 서서히 닫히도록 액츄에이터(44)를 제어하는 완속 닫힘 제어를 수행하여 수압의 급상승 및 수격압을 소멸시키게 된다.That is, in the small hydro power generation system of the present invention, the
이때, 밸브장치를 닫는데 소요되는 전력으로는 충전지에 충전된 전력이 이용되거나 발전장치 등 발전계통에 잔류하는 전력을 이용할 수 있으며, 특히 제어장치(46)에 밸브 완전 닫힘시까지의 닫힘시간 및 밸브의 닫힘속도가 미리 설정되어, 제어장치(46)가 상기 설정된 닫힘시간 내에 상기 설정된 닫힘속도로 밸브(42)가 서서히 닫힐 수 있도록 액츄에이터(44)를 제어하는 제어신호를 출력하게 된다.At this time, the power required to close the valve device may be used the electric power charged in the rechargeable battery or the power remaining in the power generation system such as the power generation device, in particular the closing time until the
이에 밸브장치(40)의 액츄에이터(44)가 제어장치(46)에서 출력되는 제어신호에 따라 제어되면서 밸브(42)가 저속으로 유로를 닫게 되며, 결국 밸브(42)의 저속 동작으로 도수터널(32)을 통해 유입되는 여과수의 수압 급상승 및 그로 인한 수격압 발생이 효과적으로 방지될 수 있게 된다.As the
바람직한 실시예에서, 상기 제어장치(46)는 내장된 타이머를 사용하여 액츄에이터(44)의 제어를 통해 밸브(42)를 완전 닫힘시까지의 미리 설정된 닫힘시간 동안 정해진 닫힘속도로 서서히 동작시키도록 구비될 수 있다.In a preferred embodiment, the
이때, 제어장치(46)가 완전 닫힘시까지 밸브(42)의 닫힘량이 단계적으로 증가되도록 제어한다.At this time, the
상기와 같이 본 발명에서는, 단전시 닫히도록 된 밸브를 정해진 닫힘속도 및 닫힘 완료 시간없이 순간적으로 고속 폐작동시키는 종래의 방식과 달리, 미리 설정된 닫힘시간 동안 단계적으로 닫힘량이 증가되도록 완속 제어하여 밸브(42)를 정해진 닫힘속도로 동작시켜줌으로써, 도수터널(32) 내 수압의 급상승 및 수격압 발생을 효과적으로 차단시킬 수 있게 된다.As described above, in the present invention, unlike the conventional method in which the valve, which is to be closed at the time of power loss, is closed at a high speed without a predetermined closing speed and closing completion time, the valve is slowly controlled so that the closing amount is gradually increased for a predetermined closing time. By operating 42 at a predetermined closing speed, it is possible to effectively block the sudden rise of the water pressure in the
본 발명에서 액츄에이터(44)에 의해 밸브(42)의 완전 닫힘이 이루어지도록 미리 설정되는 닫힘시간으로는 약 7∼15초로 하는 것이 바람직하며, 닫힘속도는 설정된 닫힘시간에 맞추어 밸브(42)의 완전 닫힘상태에 도달하도록 적절히 설정되는 바, 이러한 시간 및 속도는 발전시스템의 전체적인 설계 사양에 따라 적절히 설정될 수 있다.In the present invention, the closing time which is set in advance so that the
특히, 상기 밸브장치(40)는 에어 밸브를 구비하고 있어서, 기포를 효과적으로 제거할 수 있는 이점을 제공한다. In particular, the
예를 들면, 압력변화의 크기는 어느 경우라도 유속변화에 비례하게 되는데, 밸브 상류(상단)는 압력이 상승하고, 밸브 하류(하단)는 압력이 저하되므로, 수차 제작시 하단부에 에어 밸브를 장착하는 것이 바람직하다. For example, the magnitude of the pressure change is proportional to the flow rate change in any case. Since the pressure increases in the upstream (upper) valve and decreases in the pressure in the downstream (lower) valve, an air valve is installed at the lower end of the aberration. It is desirable to.
즉, 밸브 하단 꼭대기 부분은 기포가 응집되므로, 이에 따라 하단 부분에 에어 밸브를 장착하여 에어를 효과적으로 제거하는 것이 바람직하다. That is, since bubbles are agglomerated at the lower end of the valve, it is preferable to mount the air valve at the lower end to effectively remove the air.
또한, 상기 제어장치(46)는 발전장치(34)의 보호를 위한 제어를 수행하도록 구성될 수 있는데, 상기한 단전시뿐만 아니라 발전장치(34)의 이상 발생시, 예컨대 발전기의 고정자 과열, 발전기 내부 누수, 발전기의 베어링 파괴 등이 발생한 비상상황에서 밸브장치(40)를 닫아주게 된다.In addition, the
밸브장치(40)를 닫아주는 방식은 단전시와 같은 완속 닫힘 제어 방식이며, 발전장치(34)의 이상을 감지하기 위하여 도면상 예시하지는 않았으나 발전기 고정자의 온도를 검출하기 위한 온도검출장치, 발전기 내부의 누수를 검출하기 위한 누수검출장치, 발전기 베어링의 온도를 검출하기 위한 온도검출장치 등이 추가로 설치될 수 있다.The method of closing the
이때, 제어장치(46)는 온도검출장치의 검출값이 발전기 이상을 감지하기 위한 설정온도를 초과하거나 누수검출장치로부터 발전기 내부 누수를 감지한 경우 밸브장치(40)를 닫아주게 된다. At this time, the
그리고, 상술한 바와 같은 본 발명의 소수력발전시스템(S)에서 집수정(14)에는 집수된 여과수의 수위를 검출하기 위한 수위계(48)가 설치될 수 있고, 여과수의 최종 방류처인 연결수로 또는 저류조(50)에는 음용수 또는 생활용수로 공급되는 여과수의 유량을 계측하기 위한 유량계(미도시됨)가 설치될 수 있다.In the hydrophobic power generation system S of the present invention as described above, the water collecting well 14 may be provided with a
여기서, 수위계(48) 또는 유량계의 검출값은 제어장치(46)로 입력되며, 특히 제어장치(46)가 수위계(48) 또는 유량계의 검출값을 입력받아 그에 따라 밸브장치(40)를 제어하도록 구성될 수 있다. Here, the detection value of the
예를 들면, 도 7의 그래프에서 볼 수 있듯이, 상기 수위계(48)는 집수정(14) 내 여과수가 방류 하한치에 도달함을 검출하기 위해 구비되는 것으로, 제어장치(46)는 수위계(48)의 검출값을 통해 집수정(14) 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위임을 판단하게 되면 유로를 닫아주도록 밸브장치(40)를 제어하게 된다.For example, as can be seen in the graph of FIG. 7, the
이때, 밸브장치(40)의 제어는 앞서 설명한 바와 같이 수압의 급상승 및 수격압 발생을 차단할 수 있도록 미리 설정된 닫힘시간 동안 밸브(42)를 정해진 속도로 서서히 동작시키게 되며, 완전 닫힘시까지 밸브의 닫힘량이 단계적으로 증가될 수 있도록 제어하게 된다.At this time, the control of the
본 발명에서 수위계(48)로는 음파식(초음파식), 부자식, 압력식 등 당해 기술분야에 통상적으로 알려져 있는 것이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.In the present invention, the
여기서, 상기 수위계(48)가 구비되어 있지 않는 경우, 집수정 내의 물이 바닥이 들어나도록 방출하게 되고, 이로 인해 기포가 수차에 들어가면 수차의 회전이 가속화되어, 발전기가 과열로 파괴될 수 있게 된다(수차 비속도). In this case, when the
또한, 도 8의 그래프에서 볼 수 있듯이, 유량계의 경우, 관 속 물이 흐름과 불규칙 흐름변화를 방지하며, 또한 불규칙변화를 방지하는 기능을 하고, 유량의 조정기능에 변화는 계측기에 전달하여 밸브장치(40)가 작동될 수 있도록 해주는 역할을 한다. In addition, as shown in the graph of Figure 8, in the case of the flow meter, the water in the pipe prevents the flow and irregular flow changes, and also prevents the irregular change, the change in the flow rate adjustment function is transmitted to the meter to the valve It serves to enable the
즉, 상기 유량계는 관 내에 설치되는 유량의 변화를 측정하고, 이때의 측정된 유량을 입력받은 제어장치(46)의 출력 제어에 의해 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어가 이루어질 수 있게 된다. That is, the flow meter measures the change in the flow rate installed in the pipe, the slow closing control of the
또한, 상기 유량계는 여과수가 최종 방류되는 연결수로 또는 저류조(50)에서 외부의 수요처로 공급되는 여과수의 유량을 검출하기 위한 것으로, 연결수로 또는 저류조(50)에서 외부로 연결되는 상수도관 또는 생활용수관(미도시됨)에 설치될 수 있다.In addition, the flow meter is for detecting the flow rate of the filtered water supplied to the external demand destination in the connection water or the
이 경우, 유량계가 상수도관 또는 생활용수관을 통해 공급되는 공급유량을 검출하여 제어장치(46)로 입력하고, 제어장치(46)는 유량계에 의해 검출된 공급유량을 물값을 계산하는데 사용할 수 있게 된다.In this case, the flowmeter detects the supply flow rate supplied through the water supply pipe or the household water pipe and inputs it to the
이와 같이 하여, 상기한 구성의 친환경적 소수력발전시스템(S)은 하천, 저수지, 호수, 습지 등의 소규모 저장수로부터 하측 지반을 통과한 뒤 정수장치(A)를 통해 여과 및 취수되는 여과수를 음용수나 생활용수, 발전용수로 활용할 수 있도록 구성되는 것으로, 정수장치(A)를 소수력발전시스템에 적용하여 구성됨으로써, 부유물 및 잔자갈, 혼탁수를 환경친화적으로 정화하여 음용수나 생활용수로 사용할 수 있도록 하는 기능과 더불어, 도수터널(32)을 통해 방류되는 여과수의 친환경적 압력, 운동, 위치에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기능을 구비하게 된다.In this way, the environmentally friendly hydroelectric power generation system (S) of the above configuration is passed through the lower ground from the small storage water, such as rivers, reservoirs, lakes, wetlands, etc. It is configured to be utilized as living water and power generation water. By applying the water purifier (A) to the hydro-power generation system, it is possible to clean the suspended solids, residue, and turbid water in an environmentally friendly manner, and to use it as drinking water or living water. , Using the environmentally friendly pressure, kinetic, potential energy of the filtered water discharged through the water tunnel (32).
이로써 주변지역으로의 용수 공급 및 전력 공급에 기여할 수 있게 되며, 조압수조 삭제 등을 통해 건설비용의 절감은 물론 생산 전력의 이용으로 유지보수비의 절감에도 기여할 수 있게 되는 등 여러 이점이 있다.As a result, it is possible to contribute to supplying water and electric power to the surrounding area, and there are various advantages such as the reduction of the construction cost through the removal of the pressure tank and the reduction of the maintenance cost by using the production power.
또한, 본 발명에 따른 소수력발전시스템에서는 단전시나 발전장치(34)의 이상 발생 등 비상시에, 그리고 지층수 정수장치(A)의 집수정(14) 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위인 경우 도수터널(32)을 통해 발전장치(34)로 유입되는 발전용수(여과수)를 차단하기 위한 밸브장치(40)의 닫힘을 완속 제어해줌으로써, 종래의 조압수조 설치 없이도 급격한 수압 상승 및 수격압을 방지하고, 수격압으로 인한 문제 발생을 방지할 수 있게 된다.In addition, in the hydroelectric power generation system according to the present invention, in case of an emergency such as power failure or abnormality of the
발전장치에서 밸브장치가 급격히 닫히면, 액체는 기체에 비해 압축성이 적고 밀도가 크기 때문에, 밸브장치에 의해 물의 흐름이 급격히 차단되면서 관로 내에 일시적으로 큰 압력상승이 발생하며, 이러한 압력변화는 유속변화에 비례한다. When the valve device closes rapidly in the power generation system, since the liquid is less compressible and denser than gas, the water flow is rapidly blocked by the valve device, causing a large pressure rise in the pipeline temporarily. Proportional.
이러한 과도한 압력변화가 수격압이며, 이는 주 기기 및 관로의 파괴를 초래할 수 있다.This excessive pressure change is water hammer, which can lead to the destruction of the main machinery and pipelines.
이에 종래에는 수격압을 고려한 조압수조의 설치가 필요하였으나, 본 발명에서는 밸브의 완속 닫힘 제어로 조압수조의 설치가 생략될 수 있다. Therefore, in the related art, installation of a pressure regulator in consideration of water hammer pressure is required, but in the present invention, installation of the regulator may be omitted due to the slow closing control of the valve.
아래는 수격압의 산출 예 및 수격압 해소를 위한 밸브 닫힘시간의 산출 예를 나타낸 것으로서, 밸브의 최적의 닫힘 완속 제어를 위해 설정되는 밸브 닫힘시간을 제공한다. The following shows an example of calculating the hydraulic pressure and the valve closing time for solving the hydraulic pressure, and provides a valve closing time set for optimal closing slow control of the valve.
Ⅰ.수격압으로 인한 압력상승[PRESSURE RISE DUE TO WATER HAMMER(reviewed by Suppller)]
Ⅰ.PRESSURE RISE DUE TO WATER HAMMER (reviewed by Suppller)
① Design Condition:① Design Condition:
Wave velocity a= 1000 m/secWave velocity a = 1000 m / sec
Length of watersay: L= 650 m Length of watersay: L = 650 m
net head: H= 13 mnet head: H = 13 m
turbine discharge: Qt= 27.8 cmsturbine discharge: Qt = 27.8 cms
diameter of waterway= 4 mdiameter of waterway = 4 m
nos of units= 6 eanos of units = 6 ea
g= 9.8 m/sec＾2
g = 9.8 m / sec ＾ 2
pipe period: u=2L/a 1.3 secpipe period: u = 2L / a 1.3 sec
starting time of water column, Tw = LV/(gH)starting time of water column, Tw = LV / (gH)
area of waterway, A= 12.56 m＾2area of waterway, A = 12.56 m ＾ 2
② Case study of alternative operation :② Case study of alternative operation:
Ⅱ. 수격압으로 인한 압력상승[PRESSURE RISE DUE TO WATER HAMMER(reviewed by Owner)]
II. Pressure rise due to water hammer [PRESSURE RISE DUE TO WATER HAMMER (reviewed by Owner)]
① Design Condition:① Design Condition:
Wave velocity a= 1000 m/secWave velocity a = 1000 m / sec
Length of watersay: L= 739 m Length of watersay: L = 739 m
net head: H= 13 mnet head: H = 13 m
turbine discharge: Qt= 27.8 cmsturbine discharge: Qt = 27.8 cms
diameter of waterway= 4 mdiameter of waterway = 4 m
nos of units= 6 eanos of units = 6 ea
g= 9.8 m/sec＾2
g = 9.8 m / sec ＾ 2
pipe period: u=2L/a 1.478 secpipe period: u = 2L / a 1.478 sec
starting time of water column, Tw = LV/(gH)starting time of water column, Tw = LV / (gH)
area of waterway, A= 12.56 m＾2
area of waterway, A = 12.56 m ＾ 2
② Case study of alternative operation :② Case study of alternative operation:
Ⅲ. 조압수조 설치와 관련한 검토(Review for the installation of Surge Tank)
Ⅲ. Review for the installation of surge tank
A. 조압수조가 없는 경우(without SURGE TANK)
A. Without pressure tank (without tank tank)
Installation of Surgetank : No
Installation of Surgetank: No
① Conditions① Conditions
H = 14.16 M ; Gross HeadH = 14.16 M; Gross head
Hr = 13 M ; Rated Net HeadHr = 13 M; Rated Net Head
Hn = 13 M ; Minimum Net HeadHn = 13 M; Minimum Net Head
Pinst = 2,940 kWPinst = 2,940 kW
nos of units = 3 eanos of units = 3 ea
ng = 0.94ng = 0.94
Pt / Unit = 521 kWPt / Unit = 521 kW
N = 514 rpmN = 514 rpm
Fp = 0.8 power factorFp = 0.8 power factor
kVA = 613 generator ratingkVA = 613 generator rating
Qnax = 27.80 cms
Qnax = 27.80 cms
② Calculation of Tw② Calculation of Tw
Tw= (LV/Gh)= 12.83 sec
Tw = (LV / Gh) = 12.83 sec
③ Min. starting time for stable governing : Tm③ Min. starting time for stable governing: Tm
Tm= Fs*Tw= 32.08 sec (with relief valve Fs=2.5)
Tm = Fs * Tw = 32.08 sec (with relief valve Fs = 2.5)
The required Min.The required Min.
WR＾2= 6.7*10000*P*Tm/n＾2= 4,241 kg-m＾2
WR ＾ 2 = 6.7 * 10000 * P * Tm / n ＾ 2 = 4,241 kg-
④ Ns ④ Ns
Ns= n*P＾0.5/H＾1.25= 475.41
Ns = n * P ＾ 0.5 / H ＾ 1.25 = 475.41
⑤ Tm(rev,) :⑤ Tm (rev,):
from Table 10-2 and Fig. 10-20 in "Governing of Water Turbines, Blackie and Sones Ltd., 1970"
from Table 10-2 and Fig. 10-20 in "Governing of Water Turbines, Blackie and Sones Ltd., 1970"
K= 0.71 <------ NsK = 0.71 <------ Ns
Tg= 30 sec (minimum closing time by supplier)Tg = 30 sec (minimum closing time by supplier)
Tw/Tg= 0.43Tw / Tg = 0.43
dh= 0.30 < 0.7 ok :Pressure rise(designed by supplier)dh = 0.30 <0.7 ok: Pressure rise (designed by supplier)
dV= 0.6 0.6 :Speed Rise(designed by supplier)
dV = 0.6 0.6: Speed Rise (designed by supplier)
Tm= 24.98 sec
Tm = 24.98 sec
⑥ WR＾2 (rev.)⑥ WR ＾ 2 (rev.)
WR＾2= 6.7*10000*P*Tm/n＾2= 3.303 kg-m
WR ＾ 2 = 6.7 * 10000 * P * Tm / n ＾ 2 = 3.303 kg-m
⑦ Conclusions⑦ Conclusions
Tm= 24.98 secTm = 24.98 sec
Tw= 12.83 secTw = 12.83 sec
Tm= 24.90 > 32.08 NOT OK (minimum Tm)Tm = 24.90> 32.08 NOT OK (minimum Tm)
Tm/Tw= 1.95 > 2.5 NOT OKTm / Tw = 1.95> 2.5 NOT OK
(2.5 is desirable minimum value off-line stability : HARZA)
(2.5 is desirable minimum value off-line stability: HARZA)
B. 조압수조가 있는 경우(with SURGE TANK)
B. With SURGE TANK
Installation of Surgetank : Yes
Installation of Surgetank: Yes
① Conditions① Conditions
H = 14.16 M ; Gross HeadH = 14.16 M; Gross head
Hr = 13 M ; Rated net headHr = 13 M; Rated net head
Hn = 13 M ;Hn = 13 M;
Pinst = 2,940 kWPinst = 2,940 kW
nos of units = 3 eanos of units = 3 ea
ng = 0.94ng = 0.94
Pt / Unit = 521 kWPt / Unit = 521 kW
N = 514 rpmN = 514 rpm
Fp = 0.80 power factorFp = 0.80 power factor
kVA = 613 generator ratingkVA = 613 generator rating
Qnax = 27.80 cms
Qnax = 27.80 cms
② Calculation of Tw② Calculation of Tw
Tw= (LV/Gh)= 1.86 sec
Tw = (LV / Gh) = 1.86 sec
③ Min. starting time for stable governing : Tm③ Min. starting time for stable governing: Tm
Tm= Fs*Tw= 4.65 sec (with relief valve Fs=2.5)
Tm = Fs * Tw = 4.65 sec (with relief valve Fs = 2.5)
The required Min.The required Min.
WR＾2= 6.7*10000*P*Tm/n＾2= 614 kg-m＾2
WR ＾ 2 = 6.7 * 10000 * P * Tm / n ＾ 2 = 614 kg-
④ Ns ④ Ns
Ns= n*P＾0.5/H＾1.25= 475.41
Ns = n * P ＾ 0.5 / H ＾ 1.25 = 475.41
⑤ Tm(rev,) :⑤ Tm (rev,):
from Table 10-2 and Fig. 10-20 in "Governing of Water Turbines, Blackie and Sons Ltd., 1970"
from Table 10-2 and Fig. 10-20 in "Governing of Water Turbines, Blackie and Sons Ltd., 1970"
K= 0.71 <------ NsK = 0.71 <------ Ns
Tg= 13.00 sec (minimum closing time by supplier)Tg = 13.00 sec (minimum closing time by supplier)
Tw/Tg= 0.14Tw / Tg = 0.14
dh= 0.13 < 0.7 OK :Pressure rise(designed by supplier)dh = 0.13 <0.7 OK: Pressure rise (designed by supplier)
dV= 0.6 0.6 :Speed Rise(designed by supplier)
dV = 0.6 0.6: Speed Rise (designed by supplier)
Tm= 7.10 sec
Tm = 7.10 sec
⑥ WR＾2 (rev.)⑥ WR ＾ 2 (rev.)
WR＾2= 6.7*10000*P*Tm/n＾2= 939 kg-m
WR ＾ 2 = 6.7 * 10000 * P * Tm / n ＾ 2 = 939 kg-m
⑦ Conclusions⑦ Conclusions
Tm= 7.10 secTm = 7.10 sec
Tw= 1.86 secTw = 1.86 sec
Tm= 7.10 > 4.65 OK (minimum Tm)Tm = 7.10> 4.65 OK (minimum Tm)
Tm/Tw= 3.82 > 2.5 OKTm / Tw = 3.82> 2.5 OK
(2.5 is desirable minimum value off-line stability : HARZA)
(2.5 is desirable minimum value off-line stability: HARZA)
이하, 상기한 친환경적 소수력발전시스템의 시공 방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, the construction method of the eco-friendly small hydro power generation system will be described.
우선, 본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템(S)을 시공하기 위해서는 지층수 정수장치(A)를 시공하고, 더불어 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)에서 집수된 여과수가 낙차에 의해 배출될 수 있도록 경사지게 도수터널(32)을 설치하며, 도수터널(32)의 하단에 발전장치(34)를 설치하는 과정으로 진행하게 된다.First, in order to construct an eco-friendly hydrophobic power generation system (S) according to the present invention, the groundwater water purification device (A) is installed, and the filtered water collected in the water collecting well (14) of the groundwater water purification device (A) is caused by a drop of water. Installing the
지층수 정수장치(A)의 시공 과정에 대해서는 전술한 바와 같으며, 도수터널(32)의 시공은 지층수 정수장치(A)의 시공이 모두 완료된 상태에서 진행할 수 있으나, 집수정(14)과 프리캐스트 구조물(16)을 설치한 뒤 도수터널(32)과 발전장치(34)를 설치하고 나서 수평공(18) 형성, 여과필터케이싱(20) 삽입, 취수유공관(22) 삽입, 여과필터(24) 삽입, 여과필터케이싱(20) 제거 등 지층수 정수장치(A)의 나머지 시공 과정을 이어 실시하는 것도 가능하다. The construction process of the groundwater purification apparatus A is as described above, and the construction of the
도 6a 내지 도 6f는 본 발명에 따른 친환경적 소수력발전시스템의 시공 순서를 도시한 공정도로서, 이는 상기한 바와 같이 도수터널(32)과 발전장치(34)를 설치한 뒤 수평공(18) 형성, 여과필터케이싱(도 4d에서 도면부호 20) 삽입, 취수유공관(도 4d, 도 4e에서 도면부호 22) 삽입, 여과필터(도 4e에서 도면부호 24) 삽입, 여과필터케이싱(20) 제거 등의 나머지 시공 과정을 이어 실시하는 예를 나타낸 것이다. 6a to 6f is a process chart showing the construction sequence of the environmentally friendly hydroelectric power generation system according to the present invention, which is a
도수터널(32)의 시공은 전술한 바와 같이 드릴장비나 마이크로터널 장비 등을 이용하여 실시할 수 있으며, 도수터널(32)의 출구측에 수차(36)와 발전기(38)를 설치하여, 발전시스템의 운전 중 집수정(14)으로부터 방류되는 여과수가 도수터널(32)을 통해 공급되면, 낙차에 의한 방류 여과수의 위치에너지에 의해 수차(36)가 회전되면서, 수차(36)에 연결된 발전기(38)가 전기를 생산할 수 있도록 한다.The construction of the
상기한 바와 같은 친환경적 소수력발전시스템은 수량이 풍부하고 일정한 지표수 하측의 지중 여과수를 발전에 이용하므로 취수펌프 운전 등에 소요되는 유지관리비용을 절감할 수 있도록 하고, 연중 수량 변동에 관계없이 안정적인 발전이 가능하도록 하며, 전력부족지역의 전력난 해소에 도움을 주게 된다.As mentioned above, the eco-friendly small hydro power generation system is rich in quantity and uses underground filtration water under constant surface water for power generation, which can reduce the maintenance cost required for intake pump operation and stable power generation regardless of fluctuations in quantity throughout the year. It will help to solve the power shortage in power shortage areas.
또한, 여과수의 취수, 그리고 식수 및 용수로의 공급, 발전이 모두 가능한 이점과 더불어, 모든 작업이 지하에서 이루어지므로 경관훼손이나 민원문제를 원천적으로 방지할 수 있고, 영구적으로 활용될 수 있는 에너지원으로서 그 활용가치가 매우 크다.In addition, with the advantage that both the intake of filtered water, the supply and development of drinking water and water channels, and all the work is done underground, it is possible to prevent damage to the landscape and civil affairs, and as a permanent energy source. Its use value is very large.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
The embodiments of the present invention have been described in detail above, but the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims and Improved forms are also included in the scope of the present invention.
10 : 지표수 12 : 지반
14 : 집수정 16 : 프리캐스트 구조물
18 : 수평공 20 : 여과필터케이싱
22 : 취수유공관 24 : 여과필터
32 : 도수터널 34 : 발전장치
36 : 수차 38 : 발전기
40 : 밸브장치 42 : 밸브
44 : 액츄에이터 46 : 제어장치
48 : 수위계 A : 지층수 정수장치
S : 소수력발전시스템10: surface water 12: ground
14: sump 16: precast structure
18: horizontal hole 20: filter filter casing
22: water intake pipe 24: filtration filter
32: Channel Tunnel 34: Generator
36: aberration 38: generator
40
44: actuator 46: control device
48: water gauge A: groundwater purification device
S: Small Hydro Power System
Claims (18)
상기 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)으로부터 경사를 가지고 설치되는 도수터널(32);
상기 도수터널(32)의 하부에 설치되어 집수정(14)에서 도수터널(32)을 통해 방류되는 여과수에 의해 전기를 생산하는 발전장치(34);
상기 도수터널(32)로부터 발전장치(34)로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브장치(40);
상기 밸브장치(40)의 개폐 구동을 제어하기 위한 제어장치(46);
를 포함하여 구성되고,
상기 제어장치(46)에는 밸브장치(40)의 닫힘이 완료될 때까지의 닫힘시간 및 닫힘속도가 미리 설정되며,
상기 밸브장치(40)는 제어장치(46)의 제어에 의해 미리 설정된 닫힘시간과 닫힘속도에 따라 그 닫힘이 완속 제어되므로서, 급격한 밸브 닫힘으로 인한 수격압 발생을 방지할 수 있게 되고,
상기 지층수 정수장치(A)는,
지표수(10) 인근의 지반(12)을 굴착하여 시공되는 집수정(14);
상기 집수정(14)에 다수개가 적층되어 설치되는 관 형상의 프리캐스트 구조물(16);
상기 지표수(10)의 하측 지반을 통과한 뒤 유입되는 여과수를 취수하여 상기 집수정(14)으로 안내하도록 지중에 적어도 한 개 이상으로 설치되며, 외주면에 토목섬유 또는 드레인보드(27)가 설치되어 있는 취수유공관(22);
상기 취수유공관(22) 내에 삽입되어 취수유공관으로 유입되는 지층수를 여과하는 여과필터(24);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
A groundwater purifier (A) for filtering and withdrawing the groundwater passing through the ground through the filtration filter 24 and the intake oil pipe 22 and collecting the groundwater into the sump 14;
A frequency tunnel (32) installed at an inclination from the sump (14) of the ground water purifier (A);
A power generation device (34) installed at a lower portion of the distillation tunnel (32) to generate electricity by filtered water discharged through the distillation tunnel (32) in the sump well (14);
A valve device (40) for selectively opening and closing the flow path of the filtered water flowing into the power generation device (34) from the water tunnel (32);
A control device 46 for controlling the opening and closing operation of the valve device 40;
It is configured to include,
The control device 46 is set in advance the closing time and closing speed until the closing of the valve device 40,
The valve device 40 is controlled close according to the closing time and the closing speed set in advance by the control of the control device 46, it is possible to prevent the water hammer pressure caused by the sudden valve closing,
The ground water purification device (A),
A water collecting well 14 constructed by excavating the ground 12 near the surface water 10;
A tubular precast structure 16 in which a plurality of water collecting wells 14 are stacked and installed;
At least one is installed in the ground to take the filtered water introduced after passing through the lower ground of the surface water 10 to the water collecting well 14, and geotextiles or drain boards 27 are installed on the outer circumferential surface thereof. Water intake pipeline 22;
A filtration filter 24 inserted into the intake oil pipe 22 to filter the groundwater flowing into the intake oil pipe;
Eco-friendly small hydro power generation system, characterized in that comprises a.
상기 밸브장치(40)는 미리 설정된 7∼15초의 시간 동안 그 닫힘이 완속 제어되는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
The valve device 40 is an eco-friendly hydropower generation system, characterized in that the closing is controlled slowly for a predetermined time of 7 to 15 seconds.
상기 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어는 단전시나 발전장치(34)의 이상 발생시에 이루어지는 것임을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
Slow closing control of the valve device 40 is an environmentally friendly hydroelectric power generation system, characterized in that is made at the time of power outage or abnormality of the power generation device (34).
상기 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)에 설치되는 수위계(48)를 더 포함하고,
상기 수위계(48)의 검출값을 입력받은 제어장치(46)가 집수정(14) 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위임을 판단하게 되면 상기 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어를 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
It further includes a water gauge 48 installed in the water collecting well 14 of the above ground water purification device (A),
When the control device 46 that receives the detection value of the water level gauge 48 determines that the filtered water in the sump 14 is below the discharge limit, the slow closing control of the valve device 40 is performed. Eco-friendly small hydro power system.
상기 지층수 정수장치(A)의 도수터널(32)에 설치되는 유량계를 더 포함하고,
상기 유량계의 검출값을 입력받은 제어장치(46)의 출력 제어에 의해 상기 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어를 수행하도록 된 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
Further comprising a flow meter installed in the water tunnel 32 of the ground water purification device (A),
Eco-friendly hydroelectric power generation system, characterized in that to perform the slow closing control of the valve device 40 by the output control of the control device 46 receives the detection value of the flow meter.
상기 지층수 정수장치(A)는 집수정(14)에 집수된 여과수를 펌핑하여 음용수 또는 생활용수로 공급하기 위한 펌프(26)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
The ground water purification device (A) is an environmentally friendly hydroelectric power generation system, characterized in that it further comprises a pump (26) for pumping the filtered water collected in the sump (14) to supply drinking water or domestic water.
상기 밸브장치(40)는 밸브 하단부에 설치되어 기포를 제거하는 에어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
The valve device 40 is an eco-friendly hydropower system, characterized in that it further comprises an air valve installed in the valve lower portion to remove the air bubbles.
상기 도수터널(32)은 발전장치(34)를 통해 음용수 또는 생활용수 공급을 위한 연결수로 또는 저류조(50)로 연결되고, 상기 도수터널(32)로부터 방류되어 발전장치(34)를 통과한 방류 여과수가 상기 연결수로 또는 저류조(50)로 배출된 뒤 상수도관 또는 생활용수관을 통해 음용수 또는 생활용수로 공급될 수 있게 된 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전시스템.
The method according to claim 1,
The frequency tunnel 32 is connected to a connection channel or a storage tank 50 for supplying drinking water or domestic water through the generator 34, discharged from the race tunnel 32, and passed through the generator 34. Environmentally friendly hydroelectric power generation system characterized in that the discharged filtration water can be supplied to drinking water or domestic water through the water supply pipe or domestic water pipe after discharged to the connection water or the storage tank (50).
상기 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)으로부터 경사를 가지도록 도수터널(32)을 시공하는 단계;
상기 도수터널(32)의 하부에 발전장치(34)를 설치하는 단계;
상기 도수터널(32)로부터 발전장치(34)로 유입되는 여과수의 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브장치(40)를 설치하고, 상기 밸브장치(40)의 개폐 구동을 제어하기 위한 제어장치(46)를 구비하는 단계;
지반을 통과한 지층수가 여과 및 취수된 뒤 상기 집수정(14)에 집수되는 단계;
상기 발전장치(34)가 집수정(14)으로부터 도수터널(32)을 통해 방류되는 여과수에 의해 전기를 생산하는 단계;
를 포함하여 구성되고,
상기 제어장치(46)에는 상기 밸브장치(40)의 닫힘이 완료될 때까지의 닫힘시간 및 닫힘속도가 미리 설정되며,
상기 밸브장치(40)는 제어장치(46)의 제어에 의해 미리 설정된 닫힘시간과 닫힘속도에 따라 그 닫힘이 완속 제어되므로서, 급격한 밸브 닫힘으로 인한 수격압 발생을 방지할 수 있게 되고,
상기 지층수 정수장치(A)를 시공하는 단계는,
지표수(10)로부터 일정거리 이격된 지반(12)을 굴착하여 집수정(14)을 형성하는 단계;
상기 집수정(14)에 관 형상의 프리캐스트 구조물(16)을 다수개 적층하여 설치하는 단계;
상기 프리캐스트 구조물(16)의 측면에서 지표수(10)가 있는 방향으로 천공하여 지중에 수평공(18)을 형성하는 단계;
상기 수평공(18) 내에 여과필터케이싱(20)을 삽입하는 단계;
상기 여과필터케이싱(20) 내에 취수유공관(22)을 삽입하되, 취수유공관(22)의 외주면에 토목섬유 또는 드레인보드를 감싼 상태로 삽입하는 단계;
상기 취수유공관(22) 내에 여과필터(24)를 삽입하는 단계;
상기 여과필터케이싱(20)을 수평공(18)으로부터 제거하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.
Constructing a groundwater water purification device (A) for filtering and withdrawing the groundwater having passed through the ground through the filtration filter 24 and the intake oil pipe 22 to be collected in the sump 14;
Constructing a frequency tunnel (32) to have an inclination from the sump (14) of the ground water purifier (A);
Installing a power generation device (34) in the lower portion of the power tunnel (32);
A valve device 40 for selectively opening and closing the flow path of the filtered water flowing into the power generation device 34 from the water tunnel 32 is provided, and a control device 46 for controlling the opening and closing operation of the valve device 40. Providing a;
Collecting groundwater into the sump 14 after the groundwater having passed through the ground is filtered and collected;
The electricity generating device (34) producing electricity by filtered water discharged from the sump (14) through the water tunnel (32);
It is configured to include,
The control device 46 is set in advance the closing time and closing speed until the closing of the valve device 40,
The valve device 40 is controlled close according to the closing time and the closing speed set in advance by the control of the control device 46, it is possible to prevent the water hammer pressure caused by the sudden valve closing,
Constructing the ground water purification device (A),
Excavating the ground 12 spaced apart from the surface water 10 to form a water collecting well 14;
Stacking and installing a plurality of tubular precast structures (16) in the sump (14);
Forming a horizontal hole (18) in the ground by drilling in the direction of the surface water (10) in the side of the precast structure (16);
Inserting a filter filter casing (20) into the horizontal hole (18);
Inserting the water intake pipe 22 into the filtration filter casing 20, and inserting the geotextile or drain board on the outer circumferential surface of the water intake pipe 22;
Inserting a filtration filter (24) into the water intake pipe (22);
Removing the filter filter casing (20) from the horizontal hole (18);
Environmentally friendly hydroelectric power generation method characterized in that it comprises a.
상기 밸브장치(40)는 미리 설정된 7∼15초의 시간 동안 그 닫힘이 완속 제어되는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.
The method of claim 11,
The valve device 40 is an eco-friendly hydropower generation method, characterized in that the closing is controlled slowly for a predetermined time of 7 to 15 seconds.
상기 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어는 단전시나 발전장치(34)의 이상 발생시에 이루어지는 것임을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.
The method of claim 11,
Slow closing control of the valve device 40 is an eco-friendly hydropower generation method, characterized in that is made at the time of power outage or abnormality of the power generation device (34).
상기 지층수 정수장치(A)의 집수정(14)에 수위계(48)를 설치하고,
상기 수위계(48)의 검출값을 입력받은 제어장치(46)가 집수정(14) 내 여과수가 방류 하한치 이하의 수위임을 판단하게 되면 상기 밸브장치(40)의 완속 닫힘 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.
The method of claim 11,
The water level gauge 48 is installed in the sump 14 of the above-mentioned groundwater purification apparatus A,
When the control device 46 that receives the detection value of the water level gauge 48 determines that the filtered water in the sump 14 is below the discharge limit, the slow closing control of the valve device 40 is performed. Eco-friendly small hydro power generation method.
상기 집수정(14)에 집수된 여과수를 펌핑하는 펌프(26)를 설치하고, 상기 펌프(26)를 이용하여 집수정(14)에 집수된 여과수를 음용수 또는 생활용수로 공급하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.
The method according to claim 14,
The pump 26 is installed to pump the filtered water collected in the sump 14, and by using the pump 26 to supply the filtered water collected in the sump 14 as drinking water or living water Small Hydro Power Generation Method.
상기 프리캐스트 구조물(16)을 설치한 뒤 도수터널(32)을 시공하는 단계에서 프리캐스트 구조물(16)의 하단부로부터 도수터널(32)을 설치하고,
발전장치(34)를 설치하는 단계에서 상기 도수터널(32)의 하단부 출구에 발전장치(34)를 설치하는 것을 특징으로 하는 친환경적 소수력발전방법.The method according to claim 14,
After installing the precast structure 16, the frequency tunnel 32 is installed from the lower end of the precast structure 16 in the step of constructing the power tunnel 32.
Environmentally friendly hydroelectric power generation method characterized in that to install the power generator (34) at the outlet of the lower end of the power tunnel 32 in the step of installing the power generator (34).
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