KR20010078994A - 수직 낙하 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직 낙차 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 수력 발전의 방법 및 장치는 지표(地表)상에 설치된 댐의 상부에는 취수구와 연결된 수로관을 경사상으로 설치하고, 그 하부 지점에는 터빈 등의 발전 설비를 가진 발전소를 설치하고 있어 수자원의 낙차 에너지를 효율적인 전기 생산 에너지로 이용하지 못하고 있는 실정인 것이다.

개개인의 문화 생활 수준이 향상됨에 따라 해마다 전기 사용량은 늘어나고, 특히 가정에서도 에어컨 등 가전 제품의 사용이 확대되어 전기 사용량이 대폭 증가하는 추세이므로 전기의 재고량은 점차 줄어들고 있어 이에 대한 발전 시설의 확충이 요구되고 있으나, 원자력 발전소나 화력 발전소의 경우는 환경 문제로 인하여 설치에 어려운 점이 있고, 수력 발전의 경우는 강우량과 저수량 및 자연 환경의 보존 문제 등 사회 여건의 변화로 인하여 수력 발전소의 증설도 쉽지 않은 실정이다.

본 발명은 제한된 수자원을 발전 에너지로 보다 효율적으로 활용함에 있어 일반적인 공식인 발전 에너지(E_th)=9.8??G??H에 적용한 것으로 이의 구성은 댐의 취수구와 연결된 수로관을 수평으로 유도한 후 수직 하향 20∼30m 간격으로 하여 다수의 발전 설비를 계단식으로 설치하여 수로관(2)을 통하여 수직 낙하된 낙하 에너지가 수차(3)의 날개(3a)를 회동시키고 수차(3)는 터빈을 변속시켜 전기를 효율적으로생산할 수 있게 한 것이다.

Description

수직 낙하 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 방법 및 장치{The method and system of multi step generating electricity by water}

본 발명은 수직 낙차 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래의 수력 발전은 지표상에 건설된 댐의 상부에는 수문이 있는 취수 시설과 수로관이 경사상으로 설치되고, 그 하부에는 수력 발전용 터빈 장치가 설치되어진 발전소로 구성되어 있으며, 발전 시에는 상부 취수장 수문을 열어 많은 양의 물을 경사상으로 설치된 수로관으로 흘러 보내어 그 하단부에 설치된 수차의 날개를 돌려 얻어진 회전력은 변속 장치를 통하여 발전기의 터빈을 구동시키는 방식으로 전기를 생산하였으나, 이 방식은 전기의 생산이 경사 수로관의 하단부 한 곳에만 설치되어 있어 전기의 생산 효율이 떨어지고 또한 수자원의 이용 효율 및 효과적인 관리에도 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 발명한 것으로서 이의 발명 요지는 댐의 상부에 있는 취수구에서 취수된 물을 수평상의 수로관으로 유도하여 수직상의 수로관으로 낙하시키는 낙차 에너지를 이용하여 발전하는 발전 시스템을 계단식으로 설치함으로서 수력 발전의 일반적인 공식(E_th=9.8??G??H)에 적합한 수자원 에너지의 이용 효율 증대와 설치비 및 관리비를 절감할 수 있게 한 것이다.

도 1은 발전 설비 장치 개요도

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1-취수구 2-수로관 3-수차 3a-날개

4-발전 터빈 4a-변속기 5-발전실 6-송전탑

이를 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

댐의 상부에 설치된 취수구(1)에 다수의 대형(30cm이상) 수로관(2)을 수평상으로 유도한 후 수직으로 절곡 설치하여 수직 하향 20∼30m의 낙차를 가진 지점에 날개(3a)를 가진 수차(3) 및 변속기(4a)를 개재한 발전 터빈(4) 등의 발전설비를갖춘 1차 발전실(5) 및 송전탑(6)을 설치하고, 다시 20∼30m 수직 하향 낙하 지점에 상기와 같은 2차 발전실 및 3차, 4차, 5차 발전실(5)과 송전탑(6)을 계단식으로 설치하고, 하부 발전실(5)의 부근에는 양수장을 설치하여 댐에 보충수를 공급하도록 한 것이다.

일반적인 수력 발전의 공식은 E_th=9.8??G??H으로서 이의 한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

Q→50톤/sec (5개관로) H→20m, 40m, 60m

① 45°에서 고도에 따른 발전량 (자유 낙하시)

② 67.5°에서 발전량 (자유 낙하시)

③ 90°에서 발전량 (자유 낙하시)

이상과 같이 발전 설비를 함에 있어 수로관을 수평으로 유도하여 수직으로 낙하시키는 계단식으로 설치하게 되면 67.5°∼45°의 경사각의 경우보다 수직각의 경우는 1.2∼1.4배의 수자원 에너지의 이득이 있는 것이다. 그리고 설치비 및 설치 면적에 있어 계단식이므로 좁은 면적에도 설치가 가능하여 통상의 넓은 평면식보다 토목비가 절감되며, 또한 발전 설비도 소형이므로 이의 설치비 및 관리비가 절감되며, 댐의 저수량 증감에 알맞은 적용도 가능한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 다단계 수직 낙차 힘을 이용하여 수력 발전을 할 수 있게 하였기 때문에 제한된 수자원 낙차 에너지 이용면에 있어 종래의 댐의 경사 수로관에 의한 한 단계 수력 발전에 비하여 1.2∼1.4배의 발전량의 이득이 있을 뿐만 아니라, 산악 수자원을 다량 소유하고 있는 우리 나라 지형에 적합한 계단식 발전 시설을 가능케 하였기 때문에 산업 발전에 크게 기여할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 댐의 경사 제방에 수로관(2)을 설치하여 이 수로관(2)에 흐르는 수력으로 전기를 생산하는 발전 시설을 함에 있어서 수로관(2)을 수평으로 유도하여 수직 수로관(2)으로 낙하시키는 낙하 지점에 발전 시설을 함을 특징으로 한 수직 낙차 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 방법.
2. 청구항 1에 있어서 댐의 상부에 설치된 취수구(1)와 연결된 수로관(2)을 수평 방향으로 유도한 후 수직으로 낙하시키되 수직 하방 20∼30m 지점마다 날개(3a)를 지닌 수차(3) 및 변속기(4a)를 개재한 발전 터빈(4)으로 구성된 수력 발전실(5)을 계단식으로 다단 설치함을 특징으로 한 수직 낙차 에너지를 이용한 다단계 수력 발전 장치.