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1. 발 전 수 력 The Generation of Electricity ; Hydro-Eletric Power SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

2. 1. 서 론 • 에너지와 에너지원 • 에너지 : 물체가 가지고 있는 물리적 일을 할 수 있는 능력 • 에너지원 : 에너지를 공급해 주는 자원 • 에너지 이용의 발달 과정 • : 불 ⇒ 인력, 축력 ⇒ 풍력, 수력 ⇒ 화석 에너지 ⇒ 전기 에너지 ⇒ 대체 에너지 자원 • 1980년대 이전 각 국의 발전 형태 • 일본 ; 수력 : 화력 = 2 : 1 • 미국 ; 수력 : 화력 = 1 : 2 • 우리나라 ; 1966년말까지 수력 : 화력 = 1 : 2.5 • 1969년 6월 말 수력 : 화력 = 1 : 4 • 1971년도 수력 : 화력 = 1 : 10 1 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

3. 1. 서 론 (계속) • 에너지원의 생산 방식에 따른 분류 • 1차 에너지 : 자연에서 직접적으로 얻을 수 있는 에너지 • 예) 태양열, 조력, 파력, 수력, 지열, 석탄, 석유, 천연가스 등 • 2차에너지 : 1차에너지를 가공, 변환하여 일상생활이나 산업분야에서 이용할 수 있는 형태로 만든 에너지 • 예) 전기, 도시가스, 석유 제품, 코크스 등 • 에너지원의 형태에 따른 분류 • 기계 에너지 : 물체가 지닌 위치에너지와 운동에너지 • 전기 에너지 : 전하를 지닌 물체 또는 전류가 흐르는 도선이 가지는 에너지 • 화학 에너지 : 산화, 환원등의 화학반응에 의해 열 또는 전기형태의 에너지 • 열 에너지 : 열의 형태로 나타나는 에너지, 오늘날 동력의 대부분 • 원자력 에너지 : 화석 연료의 대체 에너지 자원으로 핵분열 에너지와 핵융합 에너지로 구분 2 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

4. 1. 서 론 (계속) • 발전 수력 • 수력 발전 : 수력을 이용하여 수차, 발전기를 돌려 전기를 발생시키는 것 • 발전 수력 : 수력 발전에 사용하는 수력(Hydro-Eletric Power) • 수력 지점(Power Site) : 수력이 존재하는 지점 • 낙차(Head) : 수력발전에 이용되는 물이 갖는 고저차 • 발전용수량 : 수차의 회전을 계속시키기 위해 공급되는 물 • 수력의 크기 • 수력의 크기 : 단위시간에 행한 일의 양 ; 공률 • 1 MW = 10,000,000W = 1,OOOkW • P = 9.8QH (이론수력 (P), 유효낙차 H(m), 수량 Q(㎥/sec)) • 1 HP = 1.01387 마력 = 0.7457kW = 76,042 kg-m/sce = 550ft-lb/sec • 1 마력 = 0.7355kW = 0.9863 HP = 75kg-m/sec 3 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

5. 2. 발전의 종류 • 풍력 발전 • 인류가 최초로 이용한 에너지 자원 • 초기에는 주로 배의 동력원으로 이용되었으나, 최근에는 곡물의 제분 및 가공이나 양수에까지 이용 • 풍력 발전으로의 이용은 초속 4m/s 이상의 풍력으로 가능 4 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

6. 2. 발전의 종류(2) • 화력 발전 • 화력발전은 에너지원으로서 석탄이나 석유를 사용하며 최근에는 거의 중유를 사용 • 연료를 연소시켜 발생한 열로 물을 가열하여 압력은 100~200기압 이상 , 온도는 500도 이상의 고온으로 터빈을 회전 • 터빈을 통과한 증기는 물로 되며, 이때 많은 냉각수가 필요 5 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

7. 2. 발전의 종류(3) • 조력 발전 • 조석 간만의 차를 이용한 조력 발전은 간만의 차가 평균 10m 이상 되어야 가능 • 에너지 집중이 어려운 단점이 있으며, 우리나라의 서해안 지역은 간만의 차가 커서 조력발전의 좋은 입지 조건을 가지고 있음 6 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

8. 2. 발전의 종류(4) • 지열 발전 • 지하수가 용암 근처로 흐르면서 가열되어 지표면으로 방출한 증기나 열수를 이용하여 발전 • 지열 발전은 연료비가 필요 없다는 큰 장점이 있기에 생산원가 가 저렴하며 안전함 • 단점으로는 재생불가능한 에너지원이며, 땅의 침전등의 가능성이 있으며, 지중상황 파악이 곤란하다는 점등이 있다. 뉴질랜드 북섬 통가리로산의 화산 지열발전소 7 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

9. 2. 발전의 종류(5) • 태양열 에너지 • 태양에서 수소원자의 핵융합 반응에 의해 방출하는 빛과 열에너지 이용 • 이용방법에는 태양열 발전과 태양열 난방이 있다. 태양열 난방 : 증태양열을 이용하여 가정용 난방이나 온수를 공급하는 장치 태양열 발전 : 증기를 발생시킨 다음, 증기의 힘으로 터빈을 회전시켜 전기 발전 8 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

10. 2. 발전의 종류(6) • 원자력 발전 원자력 에너지는 원자핵이 분열 또는 융합할때 방출되는 에너지로 원자력 발전시설은 방사능 누출을 방지하기 위한 안전 설계를 채택 고리 원자력 발전소 전경 9 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

11. 2. 발전의 종류(7) • 수력 발전 • 물의 위치에너지 ⇒ 물의 운동에너지 ⇒ 발전기의 운동에너지 ⇒ 전기 에너지로의 변환 과정을 통한 발전 방식 • 고갈되거나 공해의 염려가 없는 청정에너지 자원 • 홍수 조절 및 수원 확보등의 부수적인 효과 10 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

12. 3. 수력 발전 • 수력발전의 원리 • 수력발전은 크게 일반 수력과 양수로 분류 • 일반 수력 : 고저차에 의한 물의 위치에너지(낙차)를 이용하여 수차에 연결된 발전기로 발전하는 설비 • 양수 발전 : 일반수력과는 달리 하류 분류에도 저수지를 두어 심야의 잉여 전력으로 물을 상부저수지로 양수한 후 전력 수요가 많은 시간에 전력을 생산하는 설비 • 수력발전의 특징 • 양질의 전력 생산 : 전격전압 유지 • 발전원가 절감 : 첨두부하시 고원가 발전의 대체 활용 • 공급 신뢰도 향상 : 대용량 발전소 불시 정지를 대비한 예비력 확보 • 다목적 역할 수행 : 환경보존, 홍수조절, 각종 용수 공급등 11 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

13. 4. 수력 발전의 분류 • 수로식 발전소 • 경사가 급하고 굴곡이 심한 하천의 굴곡부 상류측에서 완만한 경사의 직선수로를 설치하여 발전하는 방식 • 하류측에서 비교적 짧은 거리에 큰 낙차를 얻을 수 있다는 장점 • 유역변경식: 하나의 하천이 상류측에서 타하천으로 접근하면서 표고가 높은 위치를 흐르고 있는 지형에서 타하천으로 새로운 수로를 설치하여 연결시키는 발전 방식 12 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

14. 4. 수력 발전의 분류(계속) • 댐식 발전소 • 하천 본류에 커다란 댐을 가로 막아 댐의 상, 하류에서 생기는 수위차를 이용하여 발전하는 방식 • 계절에 관계없이 하천 유량의 변화를 평균화 할 수 있다는 장점이 있어, 홍수조절, 관개용수등 다목적 댐으로 이용 • 우리나라의 대부분 댐이 이 방식으로 이용되고 있으며, 운전중인 발전소로는 춘천, 의암, 청평, 팔당 수력 발전소가 있다. 13 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

15. 4. 수력 발전의 분류(계속) • 댐-수로식 발전소 • 댐식과 수로식의 기능을 혼합한 것 • 하천의 중, 상류 지역에 적합 • 댐에 의해 낙차를 만들고, 또 지형을 이용해서 수로를 이용해 낙차를 더욱 크게 하는 방식의 발전소 • 우리나라에 운전중인 발전소로는 화천, 소양강, 안흥, 강릉 수력 발전소가 있다. 14 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

16. 4. 수력 발전의 분류(계속) • 양수식 발전소 • 심야전기를 이용하여 위치가 낮은 하부 저수지에의 물을 위치가 높은 상부 저수지로 끌어 올려 저장하였다가 전력 수요가 많은 시간에 저장된 물을 하부 저수지로 낙하시켜 발전하는 방식 • 양수 발전은 다른 발전에 비해 가동시간이 짧고 용이하며, 급격한 부하 변동에 신속히 대응할 수 있는 예비 전력으로써 양질의 전기를 공급 • 우리나라에 운전중인 발전소 : 무주, 청평, 삼랑진, 산청 양수 발전소 양수시발전소 가동 발전시발전소 가동 15 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

17. 5. 수력 발전의 연혁 • 해외의 수력발전사 • 1847년 : Francis Turbine 발명 • 1878년 : 파리 근처의 발전소에서 최초로 수력발전 시행 • 1891년 독일의 Necker 강의 발전소에서 발전에 성공한 것을 계기로, 전 유럽에서 수력벌전소 건설이 성행 • 20세기 들어서면서 공업의 발달과 기술의 발전으로 수력번소의 규모가 점점 커짐 • 1935년 미국 콜로라도 강의 Hoover Dam 발전소 출력 1,000,000kW • 1942년 미국 콜로라도 강의 Grand Coulee Dam 발전소 • 출력 1,900,000 kW ( 높이 180m, 길이 1,400m의 대댐) • 하천 종합 개발 계획의 예 : 미국의 Tennessee 강, Volga 강 등 16 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

18. 5. 수력 발전의 연혁(계속) • 국내의 수력발전사 • 1912년 원산수력발전 : 수력으로의 최초의 전기사업체 • 1919년 금강산 전기 철도 : 강원도에 저수지식 수력벌전소 건설 • 1922~1929년 : 제 2차 수력조사를 실시하여 대규모적인 유역변경방식을 채택한 것으로 전국의 총 145개 지점에서 최대 발전수력 220만 kW • 1929~1931년 남조선수력전기 Co. : 운암 발전소 건설 출력 5,120kW • 1939년 8월 한강수력발전 Co. : 청평 수력발전소 착공 • 1940년 한강수력발전 Co. : 화천 수력발전소 착공 • 1940년 남한수력발전 Co. : 칠보 발전소 착공 18 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

19. 6. 수력 발전의 현황 • 수력, 화력, 원자력 발전의 비교 단위 : 1000kW 17 SUWON Univ. Hydraulics Resources Lab

20. 1997년의 발전비율 1980년의 발전비율