마이크로 하이드로

Micro hydro
베트남 북서부의 마이크로 하이드로

마이크로 하이드로(micro hydro)는 일반적으로 5kW에서 100kW의 전기를 생산하는 수력 발전의 한 종류입니다.5kW 미만의 설비를 피코 [1]하이드로라고 합니다.이러한 설비는 격리된 가정이나 소규모 커뮤니티에 전력을 공급할 수 있으며, 전력 네트워크(특히 네트워크 계량 기능이 있는 경우)에 접속할 수도 있습니다.전 세계,[2] 특히 개발도상국에는 연료 구입 없이 경제적인 에너지원을 제공할 수 있기 때문에 이러한 설비가 많이 있습니다.마이크로 하이드로 시스템은 태양광 발전 시스템을 보완한다. 왜냐하면 많은 지역에서 물의 흐름과 사용 가능한 수력은 태양 에너지가 최소인 겨울에 가장 높기 때문이다.마이크로 하이드로는 높은 헤드, 낮은 유량 급수용 펠톤 휠을 사용하여 자주 수행됩니다.이 시설은 종종 폭포 꼭대기에 있는 작은 댐으로 된 웅덩이에 불과하며, 수백 피트의 파이프가 작은 발전기 하우징으로 연결됩니다.낮은 헤드 사이트에서는 일반적으로 물레방아와 아르키메데스 나사를 사용합니다.

건설

전형적인 마이크로 하이드로 설정.

마이크로 하이드로 플랜트의 건설 세부 사항은 현장마다 다릅니다.때로는 기존 제분소 또는 기타 인공 저장소가 사용 가능하며 전력 생산에 적합할 수 있습니다.일반적으로 마이크로 하이드로 시스템은 여러 [3]가지 요소로 구성되어 있습니다.가장 중요한 것은 자연 하천, 강, 또는 아마도 폭포에서 물이 흘러 나오는 취수구를 포함한다.큰 물체를 막기 위해 스크린이나 바의 배열을 사용하여 떠다니는 파편이나 물고기를 차단하기 위해 캐치박스와 같은 흡입구 구조가 필요합니다.온대 기후에서 이 구조는 얼음에도 저항해야 한다.흡입구에는 점검 및 유지보수를 위해 시스템을 탈수할 수 있는 게이트가 있을 수 있습니다.

그리고 나서 흡입구는 관을 통해 운반되고 그 다음에 포베이를 통해 운반된다.포베이는 침전물 보류를 위해 사용된다.시스템 바닥에서 물은 파이프라인(펜스톡)을 통해 터빈을 포함하는 발전소 건물로 터널링됩니다.펜스톡은 아래로 이동한 물로부터 압력을 축적합니다.산악 지역에서는 펜스톡의 경로에 접근하는 것이 상당한 문제를 일으킬 수 있습니다.수원과 터빈이 멀리 떨어져 있는 경우, 펜스톡 건설이 건설 비용의 가장 큰 부분을 차지할 수 있습니다.터빈에는 터빈의 흐름과 속도를 조절하기 위해 제어 밸브가 설치되어 있습니다.터빈은 물의 흐름과 압력을 기계적 에너지로 변환합니다. 터빈에서 나온 물은 테일레이스 채널을 따라 자연 수로로 돌아갑니다.터빈은 발전기를 회전시키고, 발전기는 전기 부하에 연결됩니다. 발전기는 매우 작은 설비에서 단일 건물의 전력 시스템에 직접 연결되거나 여러 가정 또는 [3]건물의 지역 배전 시스템에 연결될 수 있습니다.

일반적으로 마이크로히드로 시설에는 대형 수력발전소와 같이 댐과 저수지가 없으며, 연중 이용 가능한 최소한의 물 흐름에 의존한다.

헤드 및 플로우 특성

마이크로히드로 시스템은 일반적으로 최대 100킬로와트의 [4]전기를 생산할 수 있는 지역에 설치된다.이는 가정 또는 소규모 기업 시설에 전력을 공급하기에 충분합니다.이 생산 범위는 "헤드"와 "플로우"로 계산됩니다.이러한 값이 높을수록 사용 가능한 전력은 증가합니다.유압 헤드는 [4]물이 떨어지는 수직 거리의 함수로 표현되는 파이프에 떨어지는 물의 압력 측정값입니다.이 고도 변화는 보통 피트 또는 미터로 측정됩니다.2피트 이상의 낙하물이 필요합니다.그렇지 않으면 시스템이 [5]작동하지 않을 수 있습니다.헤드를 정량화할 때, 총 헤드와 순 헤드를 [5]모두 고려해야 한다.총 헤드는 수직 거리 측정만으로 전력 접근성을 근사하는 반면, 순 헤드는 총 [5]헤드에서 배관 마찰로 손실된 압력을 차감합니다."흐름"은 사이트에서 떨어지는 물의 실제 양으로 보통 갤런/분, 입방피트/초 또는 리터/[6]초 단위로 측정됩니다.가파른 지형에서 저유량/고두부 설치는 파이프 비용이 상당합니다.파이프 비용을 절감하기 위해 긴 펜스톡은 맨 위에 저압 파이프가 있고 점차 터빈에 가까운 높은 압력 파이프로 시작합니다.

이러한 시스템에서 사용 가능한 전력(킬로와트)은 방정식 P=Q*H/k로 계산할 수 있습니다. 여기서 Q는 분당 갤런 단위 유량, H는 정적 헤드, k는 5,196 gal*ft/min*kW의 [7]상수입니다.예를 들어 분당 500갤런의 흐름과 60피트의 정적 헤드의 경우 이론상 최대 출력은 5.65kW입니다.터빈 효율, 파이프 내 마찰, 전위 에너지에서 운동 에너지로의 변환과 같은 실제 환경 때문에 시스템의 효율이 100%(5.65kW를 모두 얻는 것)가 방지됩니다.터빈 효율은 일반적으로 50-80%이며 파이프 마찰은 Hazen-Williams [8]방정식을 사용하여 설명됩니다.

규제 및 운영

일반적으로 자동 컨트롤러는 발전기의 부하가 변화할 때 터빈 입구 밸브를 작동시켜 일정한 속도(및 주파수)를 유지합니다.여러 개의 전원이 있는 그리드에 연결된 시스템에서는 터빈 제어가 항상 발전기에서 시스템으로 전력이 흐르도록 보장합니다.교류 발생 주파수는 현지 표준 효용 주파수와 일치해야 합니다.일부 시스템에서는 제너레이터의 유용한 부하가 충분히 높지 않은 경우 부하 뱅크를 제너레이터에 자동으로 연결하여 부하에 의해 필요하지 않은 에너지를 분산시킬 수 있습니다. 그러나 이로 인해 에너지가 낭비되는 동안 터빈을 통과하는 물의 흐름을 제어할 수 없는 경우에는 부하 뱅크가 필요할 수 있습니다.

유도 발전기는 회전 속도에 관계없이 항상 그리드 주파수로 작동합니다. 필요한 것은 터빈이 동기 속도보다 빠르게 구동되어 터빈을 소비하지 않고 전력을 발생시키는 것입니다.다른 유형의 발전기는 주파수 매칭을 위해 속도 제어 시스템을 사용할 수 있습니다.

현대식 전력 전자 장치를 사용하면 종종 임의의 주파수로 발전기를 작동시키고 그리드 주파수로 출력을 생성하는 인버터를 통해 출력을 공급하는 것이 더 쉬워집니다.이제 전력 전자 장치를 통해 야생 AC를 생산하는 영구 자석 교류 발전기의 사용이 안정화될 수 있습니다.이 접근 방식을 통해 저속/저헤드 수력 터빈이 경쟁력을 갖출 수 있습니다. 수력 터빈은 에너지 추출에 최적의 속도로 작동할 수 있으며, 전력 주파수는 발전기 대신 전자 장치로 제어됩니다.

몇 킬로와트 이하의 매우 작은 설비(피코 하이드로)에서는 피크 사용 [citation needed]시간에 맞춰 직류 및 충전 배터리가 발생할 수 있습니다.

터빈 유형

마이크로 하이드로 설비에 몇 가지 유형의 수력 터빈을 사용할 수 있으며, 수두, 유량에 따라 선택할 수 있으며, 현지 유지보수의 가용성 및 현장 장비 운송과 같은 요소도 사용할 수 있습니다.50m 이상의 폭포를 이용할 수 있는 구릉지대의 경우 펠튼 휠을 사용할 수 있습니다.로우헤드 설치의 경우 프란시스 또는 프로펠러식 터빈이 사용됩니다.몇 미터 밖에 되지 않는 매우 낮은 헤드 설비에서는 구덩이에 프로펠러식 터빈이나 물레방아 및 아르키메데스 나사를 사용할 수 있습니다.소규모 마이크로 하이드로 설비는 산업용 원심 펌프를 원동기처럼 역방향으로 성공적으로 사용할 수 있습니다. 효율은 특수 제작된 러너만큼 높지 않을 수 있지만 상대적으로 저렴한 비용으로 인해 프로젝트가 경제적으로 실현 가능합니다.

로헤드 설치에서는 유지 보수 및 메커니즘 비용이 상대적으로 높을 수 있습니다.로우헤드 시스템은 더 많은 양의 물을 이동시키고 표면 이물질과 접촉할 가능성이 더 높습니다.이러한 이유로 가압 자가 청소식 직교 수차인 Osberger 터빈이라고도 불리는 Banki 터빈은 저헤드 마이크로 하이드로 시스템에 선호된다.효율은 떨어지지만, 단순한 구조는 동일한 용량의 다른 저헤드 터빈보다 저렴하다.물이 유입되었다가 빠져나오기 때문에 스스로 깨끗해지고 파편이 끼기 쉬워집니다.

  • 스크류 터빈(역 아르키메데스의 나사): 영국의 두 가지 로우 헤드 설계, 세틀 하이드로와 토르 하이드로는 또 다른 내파편 설계인 아르키메데스의 나사를 사용합니다.효율 85%
  • 갈로프: 갈로프 나선 터빈의 자유류 또는 [9]댐 유무에 관계없이 제한된 흐름
  • 프란시스와 프로펠러 터빈.[10]
  • 카플란 터빈 : 하이플로우, 로우헤드, 프로펠러식 터빈입니다.기존 카플란 터빈의 대안으로 90%의 [11]효율로 큰 직경, 느린 회전, 영구 자석, 경사 개방 흐름 VLH 터빈을 들 수 있습니다.
  • 워터휠: 고급 유압 워터휠과 유압 휠-부품 반응 터빈은 각각 67%와 85%의 유압 효율을 가질 수 있습니다.오버샷 워터휠 최대 효율(유압 효율)은 85%[12][13]입니다.언더샷 워터휠은 매우 낮은 헤드로 작동할 수 있지만 효율은 30% [14]미만입니다.
  • 중력 물 소용돌이 발전소: 보 또는 자연수 낙하 시의 하천 흐름의 일부가 소용돌이를 만드는 중앙 바닥 출구가 있는 둥근 분지로 전환됩니다.단순 로터(및 연결된 제너레이터)는 운동 에너지에 의해 이동됩니다.1/3의 [citation needed]흐름으로 83%에서 64%까지 효율성 향상

사용하다

마이크로히드로 시스템은 매우 유연하며 다양한 환경에 도입할 수 있습니다.이들은 수원(계류, 하천, 하천)의 물 흐름량과 물의 흐름 속도에 따라 달라집니다.전력은 시설에서 멀리 떨어진 곳에 있는 배터리 뱅크에 저장하거나 직접 연결된 시스템과 함께 사용할 수 있으므로 수요가 많을 때 추가 비축 에너지를 사용할 수 있습니다.이러한 시스템은 대규모 댐이나 기타 대량 수력발전 [15]현장에 의해 정기적으로 야기되는 지역사회 및 환경적 영향을 최소화하도록 설계될 수 있다.

농촌 발전 가능성

농촌 개발과 관련하여, 마이크로 하이드로 시스템의 단순성과 낮은 상대 비용은 전기를 필요로 하는 고립된 지역사회에 새로운 기회를 열어준다.작은 스트림만 있으면 원격지에서는 가정, 병원, 학교 및 기타 [16]시설의 조명과 통신에 액세스할 수 있습니다.마이크로히드로도 중소기업을 지원하는 일정 수준의 기계를 가동할 수 있다.안데스 산맥을 따라 스리랑카, 중국의 지역들은 이미 비슷한 활동적인 프로그램을 [16]가지고 있다.일부 지역에서 이러한 시스템을 사용하는 것으로 보이는 것은 경제성장을 [16]촉진하기 위해 젊은 지역 사회 구성원들이 더 많은 도시로 이주하는 것을 막는 것이다.또한 탄소 집약도가 낮은 프로세스에 대한 재정적 인센티브의 가능성이 커짐에 따라 마이크로 하이드로 시스템의 미래는 더욱 매력적일 수 있습니다.

마이크로 하이드로 설치는 여러 가지 용도로도 사용할 수 있습니다.예를 들어, 아시아 시골 지역의 마이크로 하이드로 프로젝트는 정미소와 같은 농업 가공 시설을 표준 전화와 함께 프로젝트 설계에 포함시켰습니다.

비용.

마이크로 수력 발전소의 비용은 1kW당[citation needed] 1,000달러에서 5,000달러 사이일 수 있습니다.

장점과 단점

이점

마이크로히드로파워는 [17]물의 자연스러운 흐름을 이용한 공정을 통해 생성된다.이 전력은 가장 일반적으로 전기로 변환된다.이러한 전환 과정에서 발생하는 직접적인 배출이 없기 때문에, 잘 계획된 경우 환경에 미치는 악영향은 거의 또는 전혀 없으며, 따라서 재생 가능한 원천에서 지속 가능한 방식으로 전력을 공급한다.마이크로히드로는 하천이나 강에서 흘러내린 물이 같은 [18]수로로 다시 되돌아가는 것을 의미하는 "강의 흐름" 시스템으로 여겨진다.마이크로히드로의 잠재적인 경제적 이익은 효율성, 신뢰성 및 비용 [18]효과입니다.

단점들

마이크로히드로 시스템은 주로 현장의 특성에 의해 제한된다.가장 직접적인 제한은 극소량의 소량 공급원에서 비롯됩니다.마찬가지로 일부 지역에서는 흐름이 계절적으로 변동할 수 있습니다.마지막으로, 아마도 가장 큰 단점은 전원에서 에너지가 필요한 현장까지의 거리입니다.마이크로 하이드로 시스템 사용을 고려할 때 다른 것들과 마찬가지로 이 분배 문제가 핵심이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ RENEWABLE ENERGY TECHNOLOGIES: COST ANALYSIS <:SERIES (PDF) (Report). International Renewable Energy Agency. June 2012. p. 11. Retrieved 14 January 2017.
  2. ^ "Micro Hydro in the fight against poverty". tve.org. TVE/ITDG. November 2004. Archived from the original on 30 July 2007. Retrieved 14 January 2017.
  3. ^ a b "How a Microhydro System Works". U.S. DOE. Retrieved 28 November 2010.
  4. ^ a b "Microhydropower Systems". U.S. DOE. Retrieved 28 November 2010.
  5. ^ a b c "Micro Hydroelectric Systems". Oregon DOE. Archived from the original on 29 November 2010. Retrieved 1 December 2010.
  6. ^ "Determining a Potential Microhydropower Site's Flow". U.S. DOE. Retrieved 28 November 2010.
  7. ^ "Preparing Your Land for Hydroelectric Power - Renewable Energy". motherearthnews.com. Mother Earth News. February 1986. Retrieved 14 January 2017.
  8. ^ Pitt, Robert; Clark, Shirley (n.d.). "Module 3e: Comparison of Pipe Flow Equations and Head Losses in Fittings" (PDF). eng.ua.edu. University of Alabama College of Engineering. Retrieved 14 January 2017.
  9. ^ 갈로프 A.M. 헬리컬 반응 유압 터빈 개발최종 기술 보고서, 미국 에너지부, 1998년 8월, 에너지부(DOE) 정보 브리지: DOE 과학 및 기술 정보.
  10. ^ Ashden Awards. "Micro-hydro". Archived from the original on 26 April 2009. Retrieved 29 June 2009.
  11. ^ "Hydrovision 2015". vlh-turbine.com. MJ2 Technologies. n.d. Archived from the original on 16 January 2017. Retrieved 14 January 2017.
  12. ^ Quaranta and Revelli (2015). "Output power and power losses estimation for an overshot water wheel". Renewable Energy. 83: 979–987. doi:10.1016/j.renene.2015.05.018.
  13. ^ Quaranta and Muller (2017). "Sagebien and Zuppinger water wheels for very low head hydropower applications". Hydraulic Research.
  14. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 26 December 2017. Retrieved 25 December 2017.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  15. ^ "Microhydro". Research Institute for Sustainable Energy. Retrieved 9 December 2010.
  16. ^ a b c "Micro-hydro". The Ashden Awards for Sustainable Energy. Archived from the original on 1 November 2010. Retrieved 20 November 2010.
  17. ^ "Microhydropower" (PDF). U.S. DOE. Retrieved 20 November 2010.
  18. ^ a b "Micro Hydro Power - Pros and Cons". Alternative Energy News Network. Retrieved 24 November 2010.

외부 링크

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