KR200185645Y1

KR200185645Y1 - 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비

Info

Publication number: KR200185645Y1
Application number: KR2020000001517U
Authority: KR
Inventors: 임병구
Original assignee: 세르바 후무스주식회사
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2000-06-15

Abstract

본 고안은 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비에 관한 것으로, 여러 단의 취수구멍을 갖추고서 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 취수탑 (3)과, 이 취수탑(3)으로부터 댐(6)을 관통하여 물을 흘려 보내는 통관(2), 및 홍수시 물을 하류로 흘려 보낼 수 있도록 별도로 설치된 여수로(4)로 이루어진 저수지용 댐에서, 상기 여수로(4)의 상부면에 보강재로 받침단(5)을 형성하고서 이 위에 용수확보장치를 설치하는 한편, 상기 통관(2)내에 압력수관을 설치함과 더불어 이 압력수관의 하류에 터빈과 발전기 등을 갖춘 발전설비(1)를 설치함으로써, 홍수위(B')를 만수위화하여 유효저수용량을 증가시키고, 상승수위를 활용하여 소수력발전을 도모할 수 있는 한편, 홍수시에는 여수로를 통해 홍수량을 방류시켜 홍수피해를 방지할 수 있게 된다.

Description

용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비 {A low head type generating equipment using rubber dam}

본 고안은 이미 축조된 저수지용 댐에서 용수확보장치에 의한 유효저수용량의 확대와 이에 따른 용수개발 및 저낙차 발전을 하기 위한 설비에 관한 것으로, 특히 상기 용수확보장치로는 고무댐을 사용함으로써, 농업 및 생활용수 공급을 목적으로 하는 이미 축조된 저수지용 댐이 소수력발전에도 이용될 수 있도록 하는 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비에 관한 것이다.

일반적으로, 산간계곡이나 하천을 횡단하여 저수나 취수, 토사유출방지, 홍수조절 등을 위해 댐을 축조하는 바, 국내에서는 이러한 댐들이 주로 이수(利水)나 치수(治水)를 위해 저수하는 것을 목적으로 하므로 관개용수와 상수도 및 공업용수의 공급이나 홍수조절의 기능을 제공함과 더불어, 어류양식이나 유락시설 등의 부가적인 기능도 제공하고 있다.

상기 댐을 구조적인 면에서 살펴보면, 댐의 본체가 콘크리트와 토석재료 등으로 고정된 고정댐과, 일련의 수문들이 댐의 주요부를 이루는 가동댐으로 분류되는데, 국내의 저수지용 고정댐들은 별도의 여수로(spillway)가 설치되어 댐을 월류시키지 않도록 된 비월류형댐이다.

또한, 상기 저수지용 댐들은 여러 단의 취수구멍을 갖추고서 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 취수탑과, 이 취수탑으로부터 하류의 저지대로 물을 흘려 보내어 농업용수나 생활용수로 사용할 수 있도록 된 댐을 관통하는 통관, 및 홍수시 물을 하류로 흘려 보낼 수 있도록 별도로 설치된 여수로를 갖추고 있다.

이와 같은 댐에서, 상기 댐의 수위(水位)가 저수위와 만수위 사이에 있을 때에는 통관을 매개로 하여 취수탑으로부터 물을 끌어들여서, 여러 용도로 물을 사용하는 한편, 홍수시 유입되는 수위가 만수위를 넘어 홍수위까지 차 오르면 댐의 여수로를 통해 홍수량을 하류로 흘러 보내어서, 저수지의 수위상승으로 인한 저수지 상류지대의 침수피해를 방지하게 되어 홍수조절이 가능하도록 되어 있다.

그러나, 종래 저수지용 댐에서는 홍수시 수위가 만수위를 넘게 되면, 무조건 여수로를 통해 물을 방류하게 되어 있어 많은 양의 물을 효과적으로 사용하지 못함과 더불어, 점차적으로 물이 부족하게 됨에 따라 안정적으로 용수를 확보하고자 더욱 많은 수의 댐을 축조하게 됨으로써, 국가가 천문학적인 비용을 비효율적으로 사용하게 되는 문제점이 있었다.

특히, 국내에서는 전술한 바와 같은 물부족시대에 대비하여 체계적인 농촌의 지역용수개발사업이 추진되어 왔지만, 아직까지 안정적으로 농촌의 지역용수를 공급받을 수 있는 지역이 전국 논면적의 절반에도 미치지 못하고 있는 형편이며, 이에 따라 중장기적으로 부족한 지역용수를 확보하기 위해 체계적인 용수개발과 이용방안의 마련 및 수리시설의 보강사업이 더욱 필요한 실정에 있다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 이미 축조된 저수지용 댐의 여수로에 용수확보장치를 설치함으로써, 홍수위를 만수위화하여 유효저수용량을 증가시키고, 이에 따른 수위상승을 활용하여 소수력발전을 도모할 수 있도록 된 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 고안은 상기 용수확보장치로 고무댐을 사용하고, 수위를 측정하도록 된 플로우트와 이와 상호작용하는 밸브에 의해 홍수시 상기 고무댐을 자동적으로 도복(倒伏)시킴으로써 여수로를 통해 홍수량을 방류시켜 저수지의 수위상승으로 인한 홍수피해를 방지할 수 있도록 된 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비를 제공하는 데에도 목적이 있다.

또, 본 고안의 목적은 이미 축조된 저수지용 댐을 활용함으로써, 짧은 공기(工期)내에 저비용으로 완공하여 시설투자비를 극소화시킴과 더불어, 주민의 이주대책이나 환경파괴 등과 같은 경제, 환경, 사회적 문제들을 야기시키지 않도록 되어서, 국가에서 필요한 종합적인 에너지개발 및 용수개발의 한 방편으로 이용되기에 적합하도록 된 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 고안에 따라 용수확보장치를 이용한 저낙차 발전설비가 설치된 저수지용 댐의 개략적인 단면도이고,

도 2는 본 고안에 따라 용수확보장치가 설치된 저수지용 댐의 여수로를 개략적으로 도시한 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 용수확보장치의 작동을 설명하기 위한 사시도,

도 4는 용수확보장치가 도복되는 상태를 도시한 개략도이다.

1 : 발전설비 2 : 통관

3 : 취수탑 4 : 여수로

5 : 받침단 6 : 댐

10 : 고무댐 11 : 본체

13 : 플로우트 14 : 밸브

15 : 공기압축기 16 : 파이프

17 : 앵커볼트

B : 도복개시수위 B' : 홍수위

C : 만수위 D : 저수위

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 여러 단의 취수구멍을 갖추고서 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 취수탑과, 이 취수탑으로부터 댐을 관통하여 물을 흘려 보내는 통관, 및 홍수시 물을 하류로 흘려 보낼 수 있도록 별도로 설치된 여수로로 이루어진 저수지용 댐에서, 상기 여수로의 상부면에 보강재로 받침단을 형성하고서 이 위에 고무댐을 설치하는 한편, 상기 통관의 내부에는 압력수관을 설치함과 더불어 이 압력수관의 하류에 터빈과 발전기 등을 갖춘 발전설비가 설치된 구조로 되어 있다.

이하, 본 고안을 예시된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따라 용수확보장치를 이용한 저낙차 발전설비가 설치된 저수지용 댐의 개략적인 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 이 댐은 여러 단의 취수구멍을 갖추고서 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 원통 또는 단면의 형상이 다각형인 취수탑(3)과; 압력수관(도시되지 않음)을 갖추고서 상기 취수탑(3)으로부터 댐(6)을 관통하여 하류에 설치된 발전설비(1)에까지 물을 흘려 보내는 통관(2); 이 통관(2)의 압력수관으로부터 흘러 들어오는 물에 의해 회전구동되는 터빈과, 이 터빈과 동축에 위치되고서 상기 터빈의 회전력으로 전압을 발생시키는 발전기 등이 구비된 발전설비(1); 및 홍수시 물을 하류로 흘려 보낼 수 있도록 별도로 설치된 여수로(4:도시되지 않음)로 이루어져 있는데, 여기서 상기 발전설비(1)는 도시된 바와 같은 형태의 발전소에만 한정되지 않고, 단지 터빈과 발전기가 일체형으로 형성되어 있는 공지된 저낙차용 발전기가 구비될 수도 있다.

도 2는 본 고안에 따라 용수확보장치가 설치된 저수지용 댐의 여수로를 개략적으로 도시한 단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 여수로(4)의 상부면에 콘크리트와 같은 보강재로 여수로(4)의 길이를 따라 가로방향으로 받침단(5)을 형성하고서, 이 위에 용수확보장치인 고무댐(10)을 고정시키게 되는데, 이때 고무댐(10)의 하단끝 한쪽은 앵커볼트(17)를 매개로 하여 상기 받침단(5)의 상단에 기밀하게 고정시킨다.

또한, 도 3은 도 2에 도시된 용수확보장치의 작동을 설명하기 위한 사시도로서, 본 고안에서는 용수확보장치로 고무댐(10)을 사용하는 바, 이 고무댐(10)은 고무주머니로 된 본체(11)와, 수위를 측정하도록 설치된 플로우트(13), 이 플로우트 (13)와 상호작용하여 개폐되는 밸브(14), 상기 본체(11)에 압축공기를 공급하는 공기압축기(15), 및 상기 밸브(14)와 공기압축기(15)에 연결되고서 본체(11)에 공기를 주입 또는 배출시키도록 된 파이프(16)들을 구비하고 있다.

따라서, 평상시에는 본체(11)에 공기압축기(15)로부터 공급된 압축공기를 넣어 상기 본체(11)를 팽창 또는 기립(起立)시키게 되는데, 이렇게 기립시키면 고무댐(10)이 기립된 높이만큼 만수위가 상승, 즉 홍수위(B')가 만수위화 됨으로써 저수지의 저수용량이 증가하게 된다. 이에 의해, 상기 저수지의 수위가 저수위(D)와 상승된 만수위, 즉 홍수위(B') 사이에 있을 때에는 통관(2)을 매개로 취수탑(3)으로부터 물을 끌어들이게 되는데, 종래에는 상기 통관(2)내에 자유수위로 흘러 들어오는 물이 본 발명에 따른 통관(2)내의 압력수관에 의해 압력수로 변환되면서 그 하류에 위치된 발전설비(1)내의 터빈을 회전시키게 됨으로써 발전이 이루어지게 된다. 바람직하기로는, 이러한 방식으로 발전된 전압을 변압기에 의해 고전압으로 변환시킨 후 송전선으로 보내게 된다.

한편, 홍수시에는 수위가 상승하면서 고무댐(10)의 상부에까지 이르게 되는데, 수위가 상승함에 따라 플로우트(13)가 설정된 수위, 즉 도복(倒伏)개시수위(B)만큼 부상하게 되면서 이 플로우트(13)와 상호작용하도록 된 밸브(14)를 개방시켜, 상기 고무댐(10)의 본체(11)내에 있던 공기를 배출시키게 되고, 이에 의해 고무댐 (10)은 도복되기 시작하게 된다.

도 4는 용수확보장치인 상기 고무댐이 도복되는 상태를 개략적으로 도시하고 있는 바, 전술한 바와 같이 고무댐(10)이 도복됨으로써 저수지용 댐(6)의 여수로 (4)를 통해 홍수량을 하류로 흘러 보낼 수 있기 때문에, 저수지의 수위상승으로 인한 저수지 상류지대의 침수피해를 방지하게 되는 홍수조절기능을 갖게 된다.

본 출원인이 무작위로 선정한 국내의 여러 저수지에 전술한 바와 같은 용수확보장치를 설치한 경우에 얻을 수 있게 되는 발전량과 함께 저수용량 증가율을 산출하였는데, 그 결과과 다음 표 1에 나타나 있다.

저수지	년간 발전량(1000KwH)	저수용량 증가율(%)
경기 효촌	98.6	26.7
충남 방산	124.3	18.3
충남 서산	101.5	45.3
전북 하분	67.6	30.6
경남 가조	2248.1	18.8
전북 덕산	326.1	12.0
충북 엄정	460.7	14.9
충북 보청	892.7	8.7

표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 우선 국내의 저수지에서 최소 8.7%에서 최대 45.3%로 저수용량이 증가하게 됨을 알 수 있고, 이와 더불어 최소 67000KwH에서 최대 2,248,000KwH 까지의 전력량을 얻을 수 있다.

따라서, 본 고안은 국내에서 중장기적으로 실시되고 있는 에너지의 효율적인 개발사업은 물론, 점차 부족하게 될 농촌의 지역용수를 확보하기 위한 체계적인 용수개발사업에 한 방편으로 이용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 고안에 의하면, 이미 축조된 저수지용 댐의 여수로에 용수확보장치를 설치함으로써, 홍수위를 만수위화하여 유효저수용량을 증가시키고, 이에 따른 수위상승을 활용하여 소수력발전을 개발할 수 있는 한편, 홍수시에는 여수로를 통해 홍수량을 방류시켜 저수지의 수위상승으로 인한 홍수피해를 방지할 수 있는 효과가 있어서, 국가의 종합적인 에너지개발 및 용수개발사업에 적합하게 된다.

Claims

여러 단의 취수구멍을 갖추고서 적당한 수심으로부터 취수할 수 있도록 된 취수탑(3)과, 이 취수탑(3)으로부터 댐(6)을 관통하여 물을 흘려보내는 통관(2), 및 홍수시 물을 하류로 흘려 보낼 수 있도록 별도로 설치된 여수로(4)로 이루어진 저수지용 댐에 있어서,

상기 여수로(4)의 상부면에 보강재로 받침단(5)을 형성하고서 이 위에 용수확보장치를 설치하는 한편, 상기 통관(2)내에 압력수관을 설치함과 더불어 이 압력수관의 하류에 터빈과 발전기 등을 갖춘 발전설비(1)를 설치하여, 저수용량이 증대되고 수력발전이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비.
제 1항에 있어서, 상기 용수확보장치는 고무댐(10)으로 이루어져서, 홍수시에는 이 고무댐(10)이 도복되어 하류로 홍수량을 방류할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 용수확보장치를 이용한 저수지용 저낙차 발전설비.