몰리 브렌치 초초소수력 설치 프로젝트 ( renewableenergy/71892 )

[세옹지마]

애팔래치아 주립대학 초초소수력 설치

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몰리 브렌치 초초소수력 설치 프로젝트

Western North Carolina Renewable Energy Initiative

(미국 애팔레치아 주립대학 서북 캘리포니아 신새쟁에너지 연구소)

◇ 초초소수력 발전 사양

- 낙차 ; 100피트 ( 30.5 미터 )

- 펜스탁 총긍장 ;1200피트 366 미터

- 펜스탁 직경 : 4인치 ( 약 103밀리미터 ) (자료에는 3인치 76밀리로)

- 스티림 유량: 85 [gpm] ( 초당 5.3리터 )

- 발전기 : 영구자석 발전기로 최종 직류 48[볼트] 출력

- 정격용량: 850[W]

- 종합효율 : 54% ( (파이프 마찰손: 19.6%, 기타:26.4%(발전기,터빈,인버터효율등)

- 에너지 생산: 0.85[kW] × 24[시간/일] × 30[일/달] = 612[kWh/월]

- 설치비용: 약 16,000 달러 ( 한화로 약 1900만원 에서 1950만원 정도 )

- 발전소 설치장소 : 서부 노쯔 케롤라이나주,,

- 공사내용:

. 하리스 펠턴 터빈 구매

. 인버터 및 밧데리 구매

. 콘트롤 만넬 제작 및 설치 (밧데리 충전장치 포함 )

. 펜스탁 연결(콘트롤 밸브) 및 및 인테이크 ( 1차 취수(간단), 2차 취수 장치) 설치

. 케이블 포설 (매설)

. 터빈 하우스 제작 ( 외주 제작, 운반 )

- 경제성 분석

. 월평균 전력사용량 : 발전전력량의 95%로 가정할경우 581.4[kWh/월]

. 국내계산단가로 계산시 581.4[kWh]의 전력요금은 181,210[원/월]

. 투자비 회수 기간 : 19,500,000(원) / 181,210(원/달) = 107.6[개월]=8.97[년]

1. 초초수력이란 무엇인가?

완전한 자원으로서, 초초소수력 시스템은 깨끗하고, 재생가능하게, 환경에 영향이 거의 없이 적정한 가격으로 전력생산이 가능하다.

떨어지는 물의 에너지를 이용한 수력동력은 제분, 제재 및 펌핑등의 동력으로 2000년 이전부터 활발하게 이용되어 왔다.

초기 물레방아를 효율적으로 개선한것이 수력전력터빈의 사용을 증가시키게 되었다. 최초의 수력발전시스템은 1880년대에 개발되었다

물의 순환과정이 수력전력의 원천을 제공한다. 태양에너지는 식물의 수분발산 및 호수 또는 해양으로부터 증발작용을 하게 하는 원동력을 제공하게 되는데, 물의 증발은 구름속에서 응축되어, 그 결과 비로 되어 대지로 떨어진다. 우리가 살고 있는 산맥들은 많은 강수량을 가지고 있다. 이런 강 및 여울의 상류의 물이 해양쪽으로 흘러내리게 된다. 이런 물의 움직임으로 나타나는 운동에너지가 결과적으로 수력에 이용된다.

후버댐과 같은 대규모 수력발전소, 터빈쪽으로 물을 분류시켜 이때 흐르는 물의 에너지로 발전기를 돌리게 되는데, 이때 대규모의 전력이 생산된다. 이런 프로젝트는 어마어마한 땅이 물속에 잠기게 되며, 홍수조절및 많은 전력생산에도 불구하고, 종종 심각한 환경에 악영향을 초래한다. 에너지정보협회에 따르면, 현재 대규모 수력발전소는 세계전력생산량의 16%를 담당 하지만 미국에서는 겨우 6.5%만을 담당한다

일반적으로 전력생산용량이 100[kW] 정도까지를 초초소수력이라고 부른다. 이런 시스템의 대부분이 런-오브-리버 (강의 자연 유량이용) 형태로서, 육지의 물속잠김 현상이 일어나지 않는다. 반면 시냇물의 일부분만이 옆의 언덕으로 분류(다이버트), 파이프를 통해서 초소형 터빈으로 유입되게 되는데, 터빈을 돌인후 다시 본류로 유입된다. 적절히 디자인된 초초소수력시스템은 환경에 시냇물의 동식물에 미치는 영항을 최소화할수 있어 생태계의 파괴 없이 동시에 공존이 가능하다.

EIA에 따르면, 미서부지역에서의 한집의 평균 에너지소비량은 월 1,100[kWh/월]이며, 이 량은 1.5[kW]의 초초소수력 발전용량이 발전하는 량과 같다. 이런 에너지의 일부를 제공하는 초초소수력 시스템은 여전히 좋은 투자로 될수 있다. 초초소수력은 신재생에너지중 단가적으로 가장 효과적인 방법중 하나로, ( - 많은 경우에서 계통연계 가격과 충분한 경쟁력을 가진다.- ). 이상화 탄소의 방출이 전혀 없다.

1983년에 한 연구 논문이 아팔래치 주립대학연구소에서 연구원들에 의해서 발표(완성)되었는데, 그내용은 미국의 북켈리포이나 서부 24개주에 5에서 25킬로 정도의 초초소수력 입지가 1,592 개소가 된다는 내용으로, 총 가용에너지는 개략적으로 30[MW]이다. 이것은 적어도 많은 장소들이 2에서 5킬로의 전력생산을 갖기에 충분한 입지들이 사람들이 사는 곳들에 존재한다는 것을 의미한다.

2. 입지 선정

초초소수력 입지의 적합성 여부를 판단하기 위해서는. 선정예상지는 반드시 충분한 검토가 되어져야 한다. 정확한 낙차 및 유량을 알아내는것이 필요한데, 필요하다면 사용가능한 장비를 활용해서, 프로젝트 용량을 결정할 필요가 있다. 입지특성의 4가지 주요사항은 낙차, 유량, 파이프길이 및 전선길이등을 결정하는 것으로서 상당히 중요한 사항이다.

낙차는 물을 취수하는 곳과 터빈사이의 수직고를 말하는 것으로서, 총 수두라고도 하는데, 일반적으로 피트로 측정하지만 요새는 세계적으로 미터를 많이 사용한다. 낙차는 목측, 트랜시트(측량기),워터레벨,등고선지도 또는GPS등 몇가지 방법을 사용해서 측정할수 있다. 가장단순한 업힐 측량방법은 두사람이 함께 할수 있는 방법이며, 목측은 가장 경제적인 낙차 측정방법이다. 그래비티훼드 가정용수같은 파이프라인이 이미 구축된 상황하에는 압력계를 활용하므로서 정압을 측정, 아주 손쉽게 낙차를 알아낼수 있다. 제곱인치당 1파운드 압력 (PSI)는 2.31피트의 정압수두를 얻는다.

초초소수력에서 가장중요한것은 전기를 저장하기 위한 밧데리이다. 터빈은 발전기를 가동시키는데, 이때 발전된 전력량은 밧데리 뱅크에 충전된다. 또한 인버터는 직류를 교류로 바꾸는 역활을 하는 장치로서, 일반 가정에서 사용하는 부하에 사용가능한 전력형태로 바꿔진 교류전압이다.

밧데리가 없는 교류 소수력 시스템은 1)전형적으로 가정용 또는 소형 판매사업용으로 운영되는 대규모 용량을 가진 시스템 또는 2)밧데리 차징시스템과 유사한 형태의 보다 소형시스템으로 구분되며, 계통연계형으로 운영될수도 있다.

초초소수력에 이용되는 위치에너지는 낙차와 유량의 함수로서 그 발전량이 결정된다. 위치 에너지로 계산된 전력량은 고낙차 저유량, 또는 저낙차 고유량등으로 발전할수 있다. 고낙차라 함은 보통 10피트 이상을 말한다. 특별히 제작된 발전시스템은 요구되어지는 대량의 물때문에 10피트 이하의 낙차가 요구되기도 한다.

고낙차 시스템에서, 고압 젝(인젝터)은 펠톤 이나 터고 날개를 가격하게 되는데, 이때 이 가격된 힘이 발전기를 돌린다. 저낙차 시스템에는 프란시스, 카플란 또는 횡류터빈을 이용해서 발전기를 돌린다.

서부 노쯔케롤라이나에서의 초초소수력에서 가장 중요한 요점은 지리적으로 우리 지역의 산맥이 매우 높아, 높은 낙차를 얻을수 있다는 것이다. 고낙차 초초소수력 시스템은 전형적으로 저낙차 시스템보다 단위 에너지당 설치단가가 훨씬 저렴하게 된다는 것이다.

[세옹지마]

[미국 홈파워] 초초소수력 발전설비 구매가이드 / Hydro-Electric Turbine Buyer's Guide
http://cafe.naver.com/renewableenergy/63400
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