KR20240001027A - Small-scale hydroelectric power generation system - Google Patents
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Abstract
소수력 발전 시스템에 관한 것으로, 지열 난방 설비에서 배출되는 배출수를 배출관을 통해 압력탱크를 거쳐 지중으로 배수하는 배수 유닛, 상기 압력탱크에서 배출되는 배출수를 이용해서 발전하는 발전 유닛 및 상기 지열 난방 설비, 배수 유닛 및 발전 유닛의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 발전 유닛은 내부에 공간이 마련되는 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 축류 러너와 발전기 및 상기 축류 러너의 외측에 설치되어 배출수의 흐름을 안내하는 가이드 베인을 포함하며, 상기 제어부는 상기 배출수의 유속에 기초해서 상기 가이드 베인의 개도량을 조절하도록 제어하는 구성을 마련하여, 지열 난방 설비의 배출수를 이용하여 소수력 발전해서 생산된 전력을 수요처로 공급하고, 배출수의 유속을 조절해서 발전 유닛에서 생산되는 전력량을 조절할 수 있다. It relates to a small hydro power generation system, which includes a drainage unit that drains discharged water from a geothermal heating facility into the ground through a pressure tank through a discharge pipe, a power generation unit that generates power using the discharged water discharged from the pressure tank, and the geothermal heating facility and drainage. It includes a control unit that controls the operation of the unit and the power generation unit, wherein the power generation unit includes a housing having a space therein, an axial flow runner and a generator accommodated in the inner space of the housing, and a generator installed outside the axial flow runner to allow discharge water to flow. It includes a guide vane that guides, and the control unit provides a configuration to control the opening amount of the guide vane based on the flow rate of the discharged water, so that power produced by small hydroelectric power generation using discharged water from a geothermal heating facility is provided. The amount of power produced by the power generation unit can be controlled by supplying it to the demand source and controlling the flow rate of the discharged water.
Description
본 발명은 소수력 발전에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지열 난방 설비에서 배출되는 물을 이용하여 전력을 생산하는 소수력 발전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to small hydro power generation, and more specifically, to a small hydro power generation system that produces electricity using water discharged from geothermal heating facilities.
전 세계적으로 기후변화협약에 의해 온실가스배출 감축을 위한 활동으로 저탄소 발전설비로의 전환이 활발히 진행되면서, 신재생 에너지의 비중이 크게 증가할 것으로 예측된다. As the transition to low-carbon power generation facilities is actively progressing around the world as an activity to reduce greenhouse gas emissions in accordance with the Climate Change Agreement, the proportion of new and renewable energy is expected to increase significantly.
최근 들어, COVID 19로 인한 세계 에너지 시장의 변화가 현실화되면서 청정한 연료로의 에너지 전환이 대두되고 있다. 다만 화석연료 발전은 물론 태양광, 풍력 등의 신재생 발전과 비교하여도 수력(소수력) 발전의 이산화탄소 배출량이 가장 적다는 점에서 활용성 증대가 기대된다.Recently, as changes in the global energy market due to COVID-19 become a reality, the energy transition to clean fuels is emerging. However, compared to fossil fuel power generation as well as new and renewable power generation such as solar power and wind power, hydropower (small hydro power) power generation has the lowest carbon dioxide emissions, so increased utilization is expected.
하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 종래기술에 따른 소수력 발전 장치 구성이 개시되어 있다. Patent Document 1 and Patent Document 2 below disclose the configuration of a small hydro power generation device according to the prior art.
특허문헌 1에는 복수개의 블레이드와 자성체가 설치된 회전자, 회전자의 회전에 따라 발생되는 유도기전력을 전기에너지로 변환시키는 고정자 및 두가지 이상의 물질이 분포되거나 교번하여 형성되는 원통관으로서 회전자와 고정자 사이에 설치되는 메인 지지관을 포함하는 관로 일체형 소수력 발전기 및 이를 이용하는 배구솬 발전 시스템 구성이 기재되어 있다. Patent Document 1 includes a rotor equipped with a plurality of blades and a magnetic material, a stator that converts the induced electromotive force generated by the rotation of the rotor into electrical energy, and a cylindrical tube in which two or more materials are distributed or alternately formed, between the rotor and the stator. A pipe-integrated small hydro generator including a main support pipe installed in and a volleyball power generation system using the same are described.
특허문헌 2에는 상하방향으로 통과하는 유동관체와, 유동관체의 내부공간에 설치된 임펠러, 임펠러와 연결되어 발전하는 발전기를 포함한 발전장치, 내부공간에서 유동관체의 내주면을 따라 나선궤적으로 연장되도록 설치되는 유동안내부재를 포함하는 배수관에 설치되는 수수력 발전장치 구서이 기재되어 있다. Patent Document 2 includes a flow pipe passing in the up and down direction, an impeller installed in the inner space of the flow pipe, a power generation device including a generator connected to the impeller and generating power, and a power generation device installed to extend in a spiral trajectory along the inner peripheral surface of the flow pipe in the inner space. A water-hydroelectric power generation device installed in a drain pipe containing a flow guide member is described.
그러나, 상기한 특허문헌들에 의하면, 관로의 낙차가 크지 않은 환경에 적용하기 어려운 문제점이 있었다.However, according to the above-mentioned patent documents, there was a problem in that it was difficult to apply in an environment where the pipe drop was not large.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지열 난방 설비에서 열원으로 활용한 후 배출되는 물을 이용하여 발전할 수 있는 소수력 발전 시스템을 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to solve the problems described above and to provide a small hydro power generation system that can generate power using water discharged after being used as a heat source in a geothermal heating facility.
본 발명의 다른 목적은 배출 관로의 낙차가 크지 않은 환경에서 전력 생산의 원활성을 확보할 수 있는 소수력발전 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a small hydro power generation system that can ensure smooth power production in an environment where the drop in the discharge pipe is not large.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 소수력 발전 시스템은 지열 난방 설비에서 배출되는 배출수를 배출관을 통해 압력탱크를 거쳐 지중으로 배수하는 배수 유닛, 상기 압력탱크에서 배출되는 배출수를 이용해서 발전하는 발전 유닛 및 상기 지열 난방 설비, 배수 유닛 및 발전 유닛의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 발전 유닛은 내부에 공간이 마련되는 하우징, 상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 축류 러너와 발전기 및 상기 축류 러너의 외측에 설치되어 배출수의 흐름을 안내하는 가이드 베인을 포함하며, 상기 제어부는 상기 배출수의 유속에 기초해서 상기 가이드 베인의 개도량을 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above-described object, the small hydro power generation system according to the present invention uses a drainage unit that drains discharge water discharged from a geothermal heating facility into the ground through a pressure tank through a discharge pipe, and discharge water discharged from the pressure tank. It includes a power generation unit that generates power and a control unit that controls the operation of the geothermal heating equipment, drainage unit, and power generation unit, wherein the power generation unit includes a housing with a space therein, an axial flow runner and a generator accommodated in the inner space of the housing, and It includes a guide vane installed outside the axial flow runner to guide the flow of discharged water, and the control unit controls the opening amount of the guide vane based on the flow rate of the discharged water.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소수력 발전 시스템에 의하면, 지열 난방 설비의 배출수를 이용하여 소수력 발전해서 생산된 전력을 수요처로 공급할 수 있다는 효과가 얻어진다. As described above, according to the small hydro power generation system according to the present invention, the effect of being able to supply power produced by small hydro power generation to the consumer using discharged water from a geothermal heating facility can be obtained.
그리고 본 발명에 의하면, 계절적 요인 등으로 지열 난방 설비의 배출수 유량이 변동되거나, 수요처의 부하 상태, 즉 요구 전력량에 따라 배출수의 유속을 조절해서 발전 유닛에서 생산되는 전력량을 조절할 수도 있다는 효과가 얻어진다. According to the present invention, the effect is obtained that the discharge water flow rate of the geothermal heating facility changes due to seasonal factors, etc., or the amount of power produced by the power generation unit can be adjusted by adjusting the flow rate of the discharge water according to the load status of the consumer, that is, the amount of power required. .
또한, 본 발명에 의하면, 발전 유닛에서 생산되는 발전 전력 중에서 일부를 배터리에 저장해서 각 장치의 구동 전원으로 이용하고, 우회관을 개방하여 발전을 중단하고 발전 유닛을 유지, 보수할 수도 있다는 효과가 얻어진다.In addition, according to the present invention, some of the power generated by the power generation unit can be stored in the battery and used as driving power for each device, and the bypass pipe can be opened to stop power generation and maintain and repair the power generation unit. obtained.
이와 함께, 본 발명에 의하면, 발전 유닛에 설치되는 온도, 진동, 유속 검출신호에 기초해서 발전기, 예컨대 회전자, 고정자, 축류러너 등의 이상 발생 여부를 진단하고, 진단 결과에 따라 관리자에게 경보할 수도 있다는 효과가 얻어진다. In addition, according to the present invention, based on the temperature, vibration, and flow rate detection signals installed in the power generation unit, the occurrence of abnormalities in the generator, such as the rotor, stator, and axial flow runner, is diagnosed, and the manager is alerted according to the diagnosis results. The effect of being able to do so is achieved.
이를 통해, 본 발명에 의하면, 발전 유닛를 비롯한 소수력 발전 시스템 전체의 고장을 줄이고, 수명을 예측하는 정보로 활용할 수 있다는 효과가 얻어진다.Through this, according to the present invention, it is possible to reduce failures of the entire small hydro power generation system, including the power generation unit, and to use it as information to predict lifespan.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소수력 발전 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 소수력 발전 시스템의 주요 부분을 보인 구성도,
도 3 및 도 4는 각각 도 1에 도시된 발전 유닛의 상세 구성도.1 is a configuration diagram of a small hydro power generation system according to a preferred embodiment of the present invention;
Figure 2 is a configuration diagram showing the main parts of the small hydro power generation system shown in Figure 1;
Figures 3 and 4 are detailed configuration diagrams of the power generation unit shown in Figure 1, respectively.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소수력 발전 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a small hydro power generation system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소수력 발전 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 소수력 발전 시스템의 주요 부분을 보인 구성도이며, 도 3 및 도 4는 각각 도 1에 도시된 발전 유닛의 상세 구성도이다. Figure 1 is a configuration diagram of a small hydro power generation system according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a configuration diagram showing main parts of the small hydro power generation system shown in Figure 1, and Figures 3 and 4 are respectively shown in Figure 1. This is a detailed configuration diagram of the power generation unit.
이하에서는 '좌측', '우측', '전방', '후방', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 각 도면에 도시된 상태를 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다. Hereinafter, terms indicating directions such as 'left', 'right', 'front', 'rear', 'up' and 'down' are defined as indicating each direction based on the state shown in each drawing. do.
본 발명에 따른 소수력 발전 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 지열 난방 설비(20)와 연계하도록 구성된다. The small hydro
지열 난방 설비(20)는 지중의 지하수를 열원으로 활용한 후 다시 지중으로 배출하는 순환식 시스템으로 구성된다. The
즉, 지열 난방 설비(20)는 지열 발전의 열원으로 이용되는 용수를 저장하고 펌프(24)를 구동해서 저장된 용수를 입수관(21) 상으로 공급하는 용수 유닛(22)과, 입수관(21)의 하류측에 연결되고 열교환기와 난방기를 통해 난방을 제공하는 난방 유닛(23)을 포함할 수 있다.That is, the
상기 용수는 사계절 항온성을 갖는 지하수 이외에도 하천의 강물이나 호수, 해수 등 다양한 지형이나 위치에 다양한 방식으로 존재하는 물일 수 있다. The water may be water that exists in various ways in various terrains or locations, such as river water, lakes, and seawater, in addition to groundwater that has constant temperature throughout the four seasons.
그래서 본 발명에 따른 소수력 발전 시스템(10)은 지열 난방 설비(20)에서 다시 지중을 배출되는 용수를 이용해서 소수력 발전한다. Therefore, the small hydro
여기서, 지열 난방 설비(20)에서 지중으로 배출되는 용수는 구조적으로 낙차가 있으며, 본 발명에 따른 소수력 발전 시스템(10)은 지중으로 배출되는 용수의 낙차를 이용하여 소수력 발전할 수 있다. Here, the water discharged into the ground from the
상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소수력 발전 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지열 난방 설비(20)에서 배출되는 용수(이하 '배출수'라 함)를 배출관(31)을 통해 압력탱크(60)를 거쳐 지중으로 배수하는 배수 유닛(30), 압력탱크(60)에서 배출되는 배출수를 이용해서 발전하는 발전 유닛(40) 및 지열 난방 설비(20), 배수 유닛(30) 및 발전 유닛(40)의 구동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.In detail, the small hydro
그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 소수력 발전 시스템(10)은 발전 유닛(40)의 초기 구동시 생산되는 초기전력을 소모하는 덤프 로드(51), 발전 유닛(40)에서 생산된 전력을 변환해서 수요처로 공급하는 인버터(52) 및 발전 유닛(40)에서 생산된 전력 중에서 일부를 충전하는 배터리(53)를 더 포함할 수 있다.In addition, the small hydro
덤프 로드(51)는 발전 유닛(40)의 초기 구동시 상기 초기전력을 소모하는 부하로 마련되어, 발전기(43)의 급격한 회전수 증가로 인한 발전기(43)의 손상을 방지하는 기능을 한다. The
이러한 덤프 로드(51)는 제어부(50)의 제어신호에 따라 발전 유닛과 연결 또는 차단되는 전자식 저항으로 마련될 수 있다. 그래서 덤프 로드(51)는 발전 유닛(40)의 초기 구동시에만 동작하고, 발전기(43)의 회전수가 안정화되면 구동이 중지될 수 있다. 물론, 덤프 로드(51)는 발전 유닛(40)의 구동 종료 시에도 발전기(43)에서 생산된 전력을 공급받아 소모하도록 동작할 수 있다. This
상기 수요처는 한국전력의 전력 전송 설비나 소수력 발전 시스템(10)에서 생산된 전력을 공급받아 이용하는 건물이나 주택 등의 수전 설비일 수 있다. The consumer may be a power transmission facility of Korea Electric Power Corporation or a power receiving facility such as a building or house that receives and uses power produced by the small hydro
인버터(53)와 상기 수요처 사이에는 수요처로 전송되는 전력의 전압을 변환하는 트랜스포머(54)가 설치될 수 있다. A
배터리(53)는 발전기(43)에서 생산된 전력 중에서 일부를 충전하고, 충전된 전력을 지열 난방 설비(20)와 소수력 발전 시스템(20)에 마련된 각 장치에 공급할 수 있다. The
한편, 배수 유닛(30)의 배출관(31)은 지열 난방 설비(20)의 하류측에 연결되고, 지열 난방 설비(20)에서 열교환기를 거쳐 송출되는 배출수는 배출관(31)을 통해 저장탱크에 저장되며, 발전 유닛(40)에 의해 소수력 발전에 활용될 수 있다.Meanwhile, the
이러한 배수 유닛(30)에서 발전 유닛(40)으로 송출되는 배출수의 유량은 발전 유닛(40)의 구동시, 아래에서 설명할 발전 유닛(40)에 마련되는 가이드 베인(44)의 동작에 의해 일정하게 유지될 수 있다. The flow rate of discharged water delivered from the
여기서, 지열 난방 설비(20)와 발전 유닛(40) 사이에는 발전을 위한 낙차가 크지 않을 수 있다. Here, the gap for power generation may not be large between the
따라서 본 실시 예에서 발전 유닛(40)의 발전기(43)는 저낙차에서도 효율적인 발전 성능을 제공할 수 있는 저낙차용 저속 발전기로 마련될 수 있다. Therefore, in this embodiment, the
본 출원인은 특허 등록번호 10-1293537호(2013년 8월 6일 공고), 10-1131813호(2012년 3월 30일 공고), 10-0956767호(2010년 5월 12일 공고) 등의 건에 저속 발전기 및 그를 이용한 소수력 발전장치 기술을 개시하여 특허 출원해서 등록 받은바 있다.The present applicant has patent registration numbers 10-1293537 (announced on August 6, 2013), 10-1131813 (announced on March 30, 2012), and 10-0956767 (announced on May 12, 2010). The technology for low-speed generators and small hydro power plants using them was disclosed and a patent was applied for and registered.
이에 따라, 본 실시 예에서 발전유닛(40)은 상기한 저속 발전기 기술을 적용해서 저낙차에서도 효과적으로 발전하도록 구성됨에 유의하여야 한다. Accordingly, it should be noted that in this embodiment, the
발전 유닛(40)은 하우징(41) 상에 축류러너(42)와 발전기(43)를 동심으로 수용하는 구조를 갖는다. The
이러한 발전 유닛(40)은 압력탱크(60)에 저장된 배출수를 지중으로 배출하는 압출관(33)과 연결될 수 있다. 즉, 발전 유닛(40)은 압력탱크(60)에 내부에 설치되거나, 압력탱크(60)에서 압출관(33)과 연결되는 부분, 압출관(33)의 상단 등 다양한 위치에 설치될 수 있다. This
그래서 발전 유닛(40)은 압력탱크(60)에서 배출되는 배출수의 압력과 압출관(3) 상단과 하단 사이의 높이에 따른 낙차를 이용해서 발전할 수 있다. Therefore, the
즉, 압력탱크(60) 내부에는 다량의 배출수가 저장됨에 따라, 압력탱크(60)에서 배출되는 배출수는 압력탱크(60) 내부에 저장된 배출수의 압력에 의해 배출된다. That is, as a large amount of discharged water is stored inside the
그리고 압출관(34)은 압력탱크(60)와 지중으로 배출수를 배출하고자 하는 깊이까지의 지중을 연결해서 배출수를 지중으로 배출하는 기능을 한다. 그래서 압출관(34)의 상단과 하단은 매우 큰 높이차를 가진다. And the
여기서, 압출관(34)의 하단부는 압출관(34)을 통해 배출되는 배출수의 배출 속도를 높일 수 있도록, 상단부 및 중간부의 내경에 비해 큰 내경으로 형성될 수 있다. 이로 인해, 압출관(34)의 하단부를 통해 배출되는 배출수의 압력이 낮아짐에 따라, 압출관(34)을 통과하는 배출수의 배출속도가 증가한다. Here, the lower end of the
따라서 본 발명은 압력탱크에서 배출되는 배출수의 압력과 압출관의 상단과 하단 사이의 높이차를 이용해서 압출관을 통해 배출되는 배출수의 배출속도를 증가시켜 발전 유닛의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. Therefore, the present invention can improve the power generation efficiency of the power generation unit by increasing the discharge rate of the discharged water discharged through the extrusion pipe by using the pressure of the discharged water discharged from the pressure tank and the height difference between the top and bottom of the extrusion pipe.
상세하게 설명하면, 발전 유닛(40)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 공간이 마련되는 하우징(41), 하우징(41)의 내부 공간에 수용되는 축류 러너(42)와 발전기(43) 및 축류러너(42)의 외측에 설치되어 배출수의 흐름을 안내하는 가이드베인(44)을 포함할 수 있다. In detail, as shown in FIGS. 2 to 4, the
하우징(41)의 상단에는 압력탱크(60)에 저장된 배출수가 유입되는 유입구가 마련되고, 하우징(41)의 하단에는 압출관(33)의 상단과 연결되는 배출구가 마련될 수 있다.An inlet through which discharged water stored in the
축류러너(42)는 하우징(41)의 하류측에 배치되고, 발전기(43)는 하우징(31)의 상류측에 배치될 수 있다. 축류러너(42)와 발전기(43)는 동심으로 배치되고, 별도의 감속기 없이 일체로 직결될 수 있다. The
그리고 하우징(41)의 하류측에는 축류러너(42)와 대향하여 수류를 안내하는 가이드 베인(44)이 설치될 수 있다. 가이드 베인(44)은 제어부(50)의 제어 신호에 의해 동작해서 하우징(41) 내부에서 배출수가 이동하는 공간을 조절할 수 있다. And on the downstream side of the
발전기(43)는 출력 증대를 위해 상하로 배치될 수 있다. 예를 들어, 발전기(43)는 AFPM(Axial Flux Permanent Magnet) 방식의 발전기로 마련되거나, RFPM(Radial Flux Permanent Magnet) 방식 또는 AFPM/RFPM 복합 방식의 발전기로 마련될 수도 있다. 어느 경우에나, 발전기(35)는 코깅 토크 저감을 위한 다양한 설계인자가 고려될 수 있다. 상기 설계인자는 고정자의 권선 방식, 회전자의 자석 물성, 극수/슬롯, 재질 등을 포함할 수 있다. The
이러한 발전기(43)는 다수의 배수공을 갖춘 지지대(45)에 의해 하우징(41) 내부에 긴밀하게 고정될 수 있다. 그래서 발전기(43) 내부에 마련되는 고정자의 권선에 연결되는 배선들도 지지대(45)를 통해 발전기(43)의 일측에 마련되는 터미널(46)로 유도된다.This
도 3에서, 배수 유닛(30)은 배출관(31) 상에 발전 유닛(40)을 바이패스하는 우회관(32)을 더 포함할 수 있다. In FIG. 3 , the
우회관(32)의 일단, 즉 상단은 발전 유닛(40)의 상부에 연결된 배출관(31)이나 하우징(41)의 상단에 연결되고, 우회관(32)의 타단, 즉 하단은 발전 유닛(40)의 하부에 연결된 압출관(34)에 연결될 수 있다. One end, that is, the upper end, of the
우회관(32)에는 관로를 개폐하는 적어도 하나의 개폐밸브(33)가 설치될 수 있다. 개폐밸브(33)는 원격으로 제어되는 전자식 밸브로 마련되거나, 수동식 밸브로 마련될 수도 있다. At least one opening/closing
이와 같이, 배수 유닛(30)은 우회관(32)과 개폐밸브(33)를 활용해서 발전 유닛(40)의 출력을 조절하거나, 점검 또는 보수 작업을 수행할 수 있다.In this way, the
발전 유닛(40)은 입수형/영구자석형의 발전기(43)를 방수 구조로 수용할 수 있다. The
즉, 발전 유닛(40)의 발전기(43)는 하우징(41)을 통해 배출되는 수류에 침지된 상태로 가동됨에 따라, 방수 구조를 요한다. 상기 방수 구조는 최소한 IP68 등급을 적용하는 것이 바람직하다. That is, the
발전기(43)는 증속기를 배제하여 발열이 감소되고, 수중에서 작동되므로 별도의 냉각부재도 배제할 수 있다. The
이러한 발전기(35)는 수차 일체형이고 영구자석형의 동기발전기로서, 양산에서 코어 프레스 작업 및 적층 용접, 샤프트 로터 코어 프레스 압입 및 마운트 용접, 코일 권선 및 결선, 함침 및 절연 바니쉬, 하우징 열박음, 영구자석 착자 및 조립, 밸런싱, 베어링 삽입, 로터 하우징 조립, 배선 등의 공정을 거쳐 완성될 수 있다. This generator 35 is a water turbine-integrated and permanent magnet type synchronous generator, which includes core press work and lamination welding in mass production, shaft rotor core press press fitting and mount welding, coil winding and wiring, impregnation and insulating varnish, housing shrink fit, and permanent magnetization. It can be completed through processes such as magnet magnetization and assembly, balancing, bearing insertion, rotor housing assembly, and wiring.
다시 도 1에서, 제어부(50)는 지열 난방 설비(20), 배수 유닛(30), 발전 유닛(40)의 구동을 미리 설정된 제어 알고리즘에 따라 제어할 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the
제어부(50)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 갖춘 마이컴 회로를 기반으로 구성될 수 있다. The
제어부(50)의 제어 알고리즘은 상기 메모리에 프로그램과 데이터 형태로 저장되며, 상기 마이크로프로세서에 의하여 실행되고 갱신될 수 있다. The control algorithm of the
발전 유닛(40)에서 생성되는 전력은 출력조절기(46)를 거쳐 부하에 직간접적으로 제공될 수 있다. Power generated by the
예를 들어, 제어부(50)는 지열 난방 설비(10)의 배출수 유량에 대응하여 출력조절기(46)를 제어하고, 복수의 센서를 통하여 발전부재(30)의 가동 상태를 모니터링하는 것을 특징으로 한다.For example, the
도 1 및 도 2에서, 제어부(50)는 온도 검출기(55), 진동 검출기(56) 및 유속 검출기(57)에서 출력되는 검출신호를 전달받을 수 있다. 1 and 2, the
온도 검출기(55)와 진동 검출기(56)는 각각 하우징(41)의 내부 온도와 하우징(41)의 진동을 검출할 수 있다. 물론, 온도 검출기(56)와 진동 검출기(57)가 설치되는 위치 및 검출 대상은 다양하게 변경될 수 잇다. The temperature detector 55 and the vibration detector 56 can detect the internal temperature of the
유속 검출기(57)는 각각 배출관(31)을 통해 이동하는 배출수의 유속을 검출할 수 있다. The
그리고 제어부(50)는 각 검출기의 검출신호에 기초해서 난방 유닛(23),펌프(24), 출력조절기(46)의 구동을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있다. And the
한편, 발전기(43)의 발전 효율 및 안정성을 높이기 위해서는 배출관(31)을 통해 배출되는 배출수의 유량이 일정한 것이 바람직하다. Meanwhile, in order to increase the power generation efficiency and stability of the
여기서, 배출관(31)은 일정한 직경을 가짐에 따라, 배출수의 유량은 유속에 따라 증감할 수 있다. Here, since the
그래서 제어부(50)는 유속 검출기(57)에서 검출된 유속에 따라 가이드 베인(44)을 개폐 동작시켜 하우징(41) 내부를 통해 축류 러너(42)로 공급되는 배출수의 유량을 일정하게 유지하도록 제어할 수 있다. Therefore, the
예를 들어, 제어부(50)는 유속 검출기(57)에서 검출된 유속이 미리 설정된 설정 유속보다 낮으면, 가이드 베인(44)을 검출된 유속에 따라 개방 동작시켜 배출수가 이동하는 공간을 증가시키도록 제어할 수 있다. For example, if the flow rate detected by the
그리고 제어부(50)는 유속 검출기(57)에서 검출된 유속이 상기 설정 유속보다 높으면, 가이드 베인(44)을 검출된 유속에 따라 폐쇄 동작시켜 배출수가 이동하는 공간을 감소시키도록 제어할 수 있다. And, if the flow rate detected by the
또한, 제어부(50)는 발전 유닛(40)에서 생상된 전력을 공급받는 수요처의 요구 전력량에 따라 가이드 베인(44)의 개폐 동작을 제어할 수도 있다.In addition, the
예를 들어, 제어부(50)는 수요처의 요구 전력량이 증가하면, 가이드 베인(44)을 개방 동작시켜 배출수의 유속 및 유량을 증가시킴으로써, 발전기(43)에서 생산되는 생산 전력량을 증대하도록 제어할 수 있다. For example, when the amount of power required by the consumer increases, the
그리고 제어부(50)는 수요처의 요구 전력량이 감소하면, 가이드 베인(44)을 폐쇄 동작시켜 배출수의 유속 및 유량을 감소시킴으로써, 발전기(43)에서 생산되는 생산 전력량을 감소시키도록 제어할 수 있다.And when the amount of power required by the consumer decreases, the
여기서, 가이드 베인(44)은 하우징(41) 내부에 별도의 구동모듈, 예컨대 구동모터(도면 미도시)에서 전달되는 구동력에 의해 개폐 동작 가능하게 마련될 수 있다. Here, the
예를 들어, 가이드 베인(44)은 상단이 하우징(41) 내면에 축 결합된 복수 개의 베인으로 마련되고, 각 베인은 축 결합된 상단을 중심으로 회전해서 개도량을 조절할 수 있다. For example, the
그리고 제어부(50)는 가이드 베인(44)의 개폐 동작시 검출된 유속에 따라 개도량을 복수의 단으로 조절하거나, 선형적으로 조절하도록 제어할 수 있다. In addition, the
이와 같이, 본 발명은 지열 난방 설비의 배출수를 이용하여 소수력 발전해서 생산된 전력을 수요처로 공급할 수 있다. In this way, the present invention can supply electricity produced by small hydro power generation to consumers using discharged water from geothermal heating facilities.
그리고 본 발명은 계절적 요인 등으로 지열 난방 설비의 배출수 유량이 변동되거나, 수요처의 부하 상태, 즉 요구 전력량에 따라 배출수의 유속을 조절해서 발전 유닛에서 생산되는 전력량을 조절할 수도 있다. In addition, the present invention can adjust the amount of power produced by the power generation unit by adjusting the discharge water flow rate of the geothermal heating facility due to seasonal factors, etc., or by adjusting the discharge water flow rate according to the load status of the consumer, that is, the required amount of power.
또한, 본 발명은 발전 유닛에서 생산되는 발전 전력 중에서 일부를 배터리에 저장해서 각 장치의 구동 전원으로 이용하고, 우회관을 개방하여 발전을 중단하고 발전 유닛을 유지, 보수할 수도 있다.In addition, the present invention can store some of the power generated by the power generation unit in a battery and use it as a driving power source for each device, and open the bypass pipe to stop power generation and maintain and repair the power generation unit.
이와 함께, 본 발명은 발전 유닛에 설치되는 온도, 진동, 유속 검출신호에 기초해서 발전기, 예컨대 회전자, 고정자, 축류러너 등의 이상 발생 여부를 진단하고, 진단 결과에 따라 관리자에게 경보할 수도 있다. In addition, the present invention diagnoses whether an abnormality occurs in a generator, such as a rotor, stator, or axial flow runner, based on temperature, vibration, and flow rate detection signals installed in the power generation unit, and alerts the manager according to the diagnosis results. .
이를 통해, 본 발명은 발전 유닛를 비롯한 소수력 발전 시스템 전체의 고장을 줄이고, 수명을 예측하는 정보로 활용할 수 있다.Through this, the present invention can reduce failures of the entire small hydro power generation system, including the power generation unit, and can be used as information to predict lifespan.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the invention made by the present inventor has been described in detail according to the above-mentioned embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and, of course, can be changed in various ways without departing from the gist of the invention.
본 발명은 지열 난방 설비에서 지중으로 배출되는 배출수를 이용하여 소수력 발전하는 소수력 발전 시스템 기술에 적용된다.The present invention is applied to a small hydro power generation system technology that generates small hydro power using discharge water discharged into the ground from a geothermal heating facility.
10: 소수력 발전 시스템
20: 지열 난방설비
21: 입수관
22: 용수 유닛
23: 난방 유닛
24: 펌프
30: 배수 유닛
31: 배출관
32: 우회관
33: 개폐밸브
34: 압출관
40: 발전 유닛
41: 하우징
42: 축류러너
43: 발전기
44: 가이드 베인
45: 지지대
46: 터미널
50: 제어부
51: 덤프 로드
52: 인버터
53: 배터리
54: 트랜스포머
55: 온도 검출기
56: 진동 검출기
57: 유속 검출기
60: 압력탱크10: Small hydro power system
20: geothermal heating equipment 21: water intake pipe
22: water unit 23: heating unit
24: pump
30: Drainage unit
31: discharge pipe 32: bypass pipe
33: opening/closing valve 34: extrusion pipe
40: Power generation unit
41: Housing 42: Axial flow runner
43: generator 44: guide vane
45: support 46: terminal
50: control unit
51: Dump rod 52: Inverter
53: Battery 54: Transformer
55: temperature detector 56: vibration detector
57: Flow velocity detector
60: pressure tank
Claims (4)
상기 압력탱크에서 배출되는 배출수를 이용해서 발전하는 발전 유닛 및
상기 지열 난방 설비, 배수 유닛 및 발전 유닛의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 발전 유닛은 내부에 공간이 마련되는 하우징,
상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 축류 러너와 발전기 및
상기 축류 러너의 외측에 설치되어 배출수의 흐름을 안내하는 가이드 베인을 포함하며,
상기 제어부는 상기 배출수의 유속에 기초해서 상기 가이드 베인의 개도량을 조절하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템. A drainage unit that drains discharged water from geothermal heating equipment through a discharge pipe into a pressure tank and into the ground.
A power generation unit that generates electricity using discharged water discharged from the pressure tank, and
It includes a control unit that controls the operation of the geothermal heating equipment, drainage unit, and power generation unit,
The power generation unit includes a housing with a space inside,
An axial flow runner and a generator accommodated in the inner space of the housing, and
It includes a guide vane installed on the outside of the axial flow runner to guide the flow of discharged water,
The small hydro power generation system, wherein the control unit controls the opening amount of the guide vane based on the flow rate of the discharged water.
상기 발전 유닛의 초기 구동시 생산되는 초기전력을 소모하는 덤프 로드,
상기 발전 유닛에서 생산된 전력을 변환해서 수요처로 공급하는 인버터 및
상기 발전 유닛에서 생산된 전력 중에서 일부를 충전하는 배터리를 더 포함하고,
상기 덤프 로드는 상기 발전 유닛의 초기 구동시 회전수의 증가로 인한 상기 초기전력을 소모하는 전자식 저항으로 마련되며,
상기 제어부는 상기 발전 유닛의 구동 종료시에서 상기 발전시에서 생산된 전력을 소모하도록, 상기 덤프 로드의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템. According to paragraph 1,
A dump load that consumes the initial power produced during the initial operation of the power generation unit,
An inverter that converts the power produced by the power generation unit and supplies it to the consumer, and
It further includes a battery that charges a portion of the power produced by the power generation unit,
The dump load is provided with an electronic resistance that consumes the initial power due to an increase in rotation speed during the initial operation of the power generation unit,
The control unit is a small hydro power generation system, characterized in that, when the operation of the power generation unit ends, the operation of the dump load is controlled to consume the power produced during the power generation.
상기 발전기는 상기 배출관을 통해 배출되는 배출수를 저장하는 압력탱크 내부에 설치되고,
상기 압력탱크에서 압출관을 통해 지중으로 배출되는 배출수의 압력 및 상기 발전기와 압출관 하단 사이의 낙차를 이용해서 발전하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템. According to claim 1 or 2,
The generator is installed inside a pressure tank that stores discharged water discharged through the discharge pipe,
A small hydro power generation system, characterized in that power generation is generated using the pressure of discharged water discharged from the pressure tank into the ground through an extrusion pipe and the drop between the generator and the bottom of the extrusion pipe.
상기 압출관의 하단부는 배출수의 배출 압력을 증대하도록, 상기 압출관의 상단부 및 중앙부의 내경에 비해 큰 내경으로 확장 형성되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 시스템.
According to paragraph 3,
A small hydro power generation system, characterized in that the lower end of the extrusion pipe is expanded to have an inner diameter larger than the inner diameter of the upper end and the central portion of the extrusion pipe to increase the discharge pressure of the discharged water.
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