수력발전량 산정

수력발전량의 뜻

수력발전량은 하천 유량과 유효낙차, 발전소 효율을 곱해 시간에 걸쳐 합산한 전력량이다.

이 값은 유황곡선과 저수지 운용 조건에 따라 달라진다. 발송배전기술사 계산형 문항의 단골이다.

에너지 변환 과정

물이 가진 위치에너지가 수차와 발전기를 거쳐 전기로 바뀐다.

수압관을 지날 때 손실이 생기고, 수차가 회전하면 발전기가 전기를 만든다.

출력은 P = 9.8 × η × Q × H_e 로 구하고, Q는 사용수량, H_e는 유효낙차다.

유효낙차는 총낙차에서 수로, 수압관, 방수구의 손실낙차를 뺀 값이다.

유황곡선과 유량 기준

유황곡선은 1년 365일의 일별 유량을 큰 값부터 정렬한 곡선이다.

갈수량은 1년 365일 중 355일 동안 이보다 내려가지 않는 유량이다.

저수량은 275일, 평수량은 185일, 풍수량은 95일 기준이고, 홍수량은 3~4년에 한 번 생긴다.

운용방식별 물 사용

운용방식은 물을 저장할 수 있는 용량에 따라 나눈다.

유입식은 자연유량을 조절 없이 쓰므로 저장 능력이 없고 기저부하에 쓴다.

조정지식은 수일 이내의 유량 차를 저수해 첨두부하에 대응한다.

저수지식은 풍수기에 저수하고 갈수기에 방류한다. 양수식은 잉여전력으로 물을 올려 첨두에 발전한다.

계산 예제

최대사용수량 100m³/s, 유효낙차 47m인 발전소의 출력을 구해 보자.

9.8에 사용수량, 유효낙차, 수차효율 0.85, 발전기효율 0.95를 차례로 곱한다.

계산하면 46,060에서 39,151을 거쳐 약 37,193kW가 된다.

최대사용수량 100m³/s와 낙차 47m인 중간 규모 발전소 출력으로 상식 범위에 있다.

이용률과 흔한 실수

이용률은 연간 발전량을 정격출력 곱하기 8,760시간으로 나눈 값이다.

그 결과에 100을 곱하면 퍼센트가 된다. 식의 값이 0에서 100% 사이에 있는지 확인한다.

채점에서는 유효낙차 사용과 이용률 분모를 특히 확인한다.

정리

정리하면 출력은 유효낙차, 사용수량, 종합효율로 정해진다.

발전량은 출력을 시간에 대해 적산해 kWh로 구한다.

계산 문제에서는 유효낙차, 단위, 이용률 분모를 꼭 확인한다.