고낙차 양수발전 2단 가역 프란시스 펌프/수차 효율에 관한 연구 (A) study on the two stage reversible francis pump/turbine efficiency of high head pumped storage hydraulic power원문보기
국내 발전설비 중 양수발전설비는 한국중부발전의 양양양수(25만kW급, 4기, 건설중)와 한국동서발전의 산청양수(35만kW급, 2기), 한국남부발전의 청평양수(20만kW급, 2기), 한국남동발전의 무주양수(30만kW급, 2기), 한국서부발전의 삼랑진양수(30만kW급, 2기), 청송양수(30만kW급, 2기, 건설중)등 총 230만kW가 운전중이고 160만kW가 건설중에 있다. 화력 또는 원자력은 발전용량이 50만kW, 100만kW 등으로 표준화되어있어 선행호기 설계를 그대로 수정하지않고 반영할 수 있으나 양수발전소는 건설 지점의 낙차에 따라 용량이 다르므로 선행호기의 실물 설계를 그대로 적용할 수 없다. 따라서 실형 제작전 모델을 제작하여 성능을 확인한 후 이론적으로 계산한 값 이상의 모형효율이 나왔을 때 실형을 제작하여 설치하여야 향후 발생할 지 모르는 불확실성에 대비할 수 있다. 금번 연구는 먼저 국내최대 낙차인 817m에 적합한 펌프/수차의 형식을 선정하기 위해 런너가 1개인 단단과 런너가 2개인 2단 펌프/수차에 대해 검토하여, 단단에 비해 효율이 높고(1.5%), 토목비가 저렴하며, 부분부하에서 응동성이 좋고, 런너 정비가 용이한 2단 입축가역식 프란시스 펌프/수차를 선정하였다. 기존 설치되어 있는 2단이상(다단) 펌프/수차 형식은 출력을 조절할 수 없는 형식이었으나, 국내 양수발전소 설치 목적에 부합하는 주파수 조정에 기여하기 위해 세계 최초로 출력 조정이 가능한 형식을 선정하였다. 선정된 형식에 적합한 모델 크기는 실형의 크기에 가까울수록 신뢰도가 있으나 제작비가 과다하므로 국제규격에서 정하는 1/7배로 제작하여 시험을 시행하였고, 시험에 앞서 모델실험을 위한 각종 국제규격을 정리하고 ...
국내 발전설비 중 양수발전설비는 한국중부발전의 양양양수(25만kW급, 4기, 건설중)와 한국동서발전의 산청양수(35만kW급, 2기), 한국남부발전의 청평양수(20만kW급, 2기), 한국남동발전의 무주양수(30만kW급, 2기), 한국서부발전의 삼랑진양수(30만kW급, 2기), 청송양수(30만kW급, 2기, 건설중)등 총 230만kW가 운전중이고 160만kW가 건설중에 있다. 화력 또는 원자력은 발전용량이 50만kW, 100만kW 등으로 표준화되어있어 선행호기 설계를 그대로 수정하지않고 반영할 수 있으나 양수발전소는 건설 지점의 낙차에 따라 용량이 다르므로 선행호기의 실물 설계를 그대로 적용할 수 없다. 따라서 실형 제작전 모델을 제작하여 성능을 확인한 후 이론적으로 계산한 값 이상의 모형효율이 나왔을 때 실형을 제작하여 설치하여야 향후 발생할 지 모르는 불확실성에 대비할 수 있다. 금번 연구는 먼저 국내최대 낙차인 817m에 적합한 펌프/수차의 형식을 선정하기 위해 런너가 1개인 단단과 런너가 2개인 2단 펌프/수차에 대해 검토하여, 단단에 비해 효율이 높고(1.5%), 토목비가 저렴하며, 부분부하에서 응동성이 좋고, 런너 정비가 용이한 2단 입축가역식 프란시스 펌프/수차를 선정하였다. 기존 설치되어 있는 2단이상(다단) 펌프/수차 형식은 출력을 조절할 수 없는 형식이었으나, 국내 양수발전소 설치 목적에 부합하는 주파수 조정에 기여하기 위해 세계 최초로 출력 조정이 가능한 형식을 선정하였다. 선정된 형식에 적합한 모델 크기는 실형의 크기에 가까울수록 신뢰도가 있으나 제작비가 과다하므로 국제규격에서 정하는 1/7배로 제작하여 시험을 시행하였고, 시험에 앞서 모델실험을 위한 각종 국제규격을 정리하고 계측기의 검교정 상태를 확인한 후, 하부저수지에서 상부저수지로의 양수에 필요한 펌프로서의 성능시험을 먼저 시행하였다. 먼저 이론값을 계산할 결과 양정 832.4m(1대운전), 825m, 791.2m, 782.5m(4대운전)에 대한 이론값을 각각 계산한 결과 91.27%, 91.43%, 91.87%, 91.91%의 효율이 계산되었으며, 가중치를 적용하여 가중평균효율을 산정한 결과 91.56%가 나왔다. 모델의 가이드베인 개도를 조절하여 반복실험을 통해 최고 89.45%효율이 발생하였으며 이를 Scale Up Effect 공식을 적용한 결과 91.77%가 나왔다. 또한 각 양정에서의 모델시험결과를 IEC995의 공식에 의해 실형치로 환산할 결과 91.61%, 91.66%, 91.75%, 91.74%의 효율이 나왔으며, 가중평균효율치를 구하면 91.68%로 이론값보다 0.12%이상 나온 것을 확인할 수 있었다. 수차성능시험은 817m, 804.9m, 798.4m, 785.7m, 774m, 761.7m 낙차 각각에 대해 자주 운전되는 부하 100%, 90%, 80%, 70%에서 시행하여 가중평균효율을 구한결과 90.93%로 이론값 90.43% 보다 0.61% 높게 나온 것을 확인할 수 있었다. 이와같이 모델실험 후 이를 실형으로 환산한 값이 이론값보다 상회하여 실형을 제작하는 것이 가능함을 확인할 수 있었고 또한 향후 설치시 경제성 및 신뢰성 확보가 가능함을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
국내 발전설비 중 양수발전설비는 한국중부발전의 양양양수(25만kW급, 4기, 건설중)와 한국동서발전의 산청양수(35만kW급, 2기), 한국남부발전의 청평양수(20만kW급, 2기), 한국남동발전의 무주양수(30만kW급, 2기), 한국서부발전의 삼랑진양수(30만kW급, 2기), 청송양수(30만kW급, 2기, 건설중)등 총 230만kW가 운전중이고 160만kW가 건설중에 있다. 화력 또는 원자력은 발전용량이 50만kW, 100만kW 등으로 표준화되어있어 선행호기 설계를 그대로 수정하지않고 반영할 수 있으나 양수발전소는 건설 지점의 낙차에 따라 용량이 다르므로 선행호기의 실물 설계를 그대로 적용할 수 없다. 따라서 실형 제작전 모델을 제작하여 성능을 확인한 후 이론적으로 계산한 값 이상의 모형효율이 나왔을 때 실형을 제작하여 설치하여야 향후 발생할 지 모르는 불확실성에 대비할 수 있다. 금번 연구는 먼저 국내최대 낙차인 817m에 적합한 펌프/수차의 형식을 선정하기 위해 런너가 1개인 단단과 런너가 2개인 2단 펌프/수차에 대해 검토하여, 단단에 비해 효율이 높고(1.5%), 토목비가 저렴하며, 부분부하에서 응동성이 좋고, 런너 정비가 용이한 2단 입축가역식 프란시스 펌프/수차를 선정하였다. 기존 설치되어 있는 2단이상(다단) 펌프/수차 형식은 출력을 조절할 수 없는 형식이었으나, 국내 양수발전소 설치 목적에 부합하는 주파수 조정에 기여하기 위해 세계 최초로 출력 조정이 가능한 형식을 선정하였다. 선정된 형식에 적합한 모델 크기는 실형의 크기에 가까울수록 신뢰도가 있으나 제작비가 과다하므로 국제규격에서 정하는 1/7배로 제작하여 시험을 시행하였고, 시험에 앞서 모델실험을 위한 각종 국제규격을 정리하고 계측기의 검교정 상태를 확인한 후, 하부저수지에서 상부저수지로의 양수에 필요한 펌프로서의 성능시험을 먼저 시행하였다. 먼저 이론값을 계산할 결과 양정 832.4m(1대운전), 825m, 791.2m, 782.5m(4대운전)에 대한 이론값을 각각 계산한 결과 91.27%, 91.43%, 91.87%, 91.91%의 효율이 계산되었으며, 가중치를 적용하여 가중평균효율을 산정한 결과 91.56%가 나왔다. 모델의 가이드베인 개도를 조절하여 반복실험을 통해 최고 89.45%효율이 발생하였으며 이를 Scale Up Effect 공식을 적용한 결과 91.77%가 나왔다. 또한 각 양정에서의 모델시험결과를 IEC995의 공식에 의해 실형치로 환산할 결과 91.61%, 91.66%, 91.75%, 91.74%의 효율이 나왔으며, 가중평균효율치를 구하면 91.68%로 이론값보다 0.12%이상 나온 것을 확인할 수 있었다. 수차성능시험은 817m, 804.9m, 798.4m, 785.7m, 774m, 761.7m 낙차 각각에 대해 자주 운전되는 부하 100%, 90%, 80%, 70%에서 시행하여 가중평균효율을 구한결과 90.93%로 이론값 90.43% 보다 0.61% 높게 나온 것을 확인할 수 있었다. 이와같이 모델실험 후 이를 실형으로 환산한 값이 이론값보다 상회하여 실형을 제작하는 것이 가능함을 확인할 수 있었고 또한 향후 설치시 경제성 및 신뢰성 확보가 가능함을 본 연구를 통해 알 수 있었다.
The status of Pumped storage power in Korea plants are 2.3million kw in operation and 1.6million kw under construction. They are Yang Yang Pumped Storage Power Plant(250000kW, 4Unit, Under Construction) of KOMIPO(Korea Midland Power Co.), Sancheong Pumped Storage Power Plant(350000kW, 2Unit) of KEWE...
The status of Pumped storage power in Korea plants are 2.3million kw in operation and 1.6million kw under construction. They are Yang Yang Pumped Storage Power Plant(250000kW, 4Unit, Under Construction) of KOMIPO(Korea Midland Power Co.), Sancheong Pumped Storage Power Plant(350000kW, 2Unit) of KEWESPO(Korea East-West Power Co), Cheongpyong Pumped Storage Power Plant(200000kW, 2Unit) of KOSPO(Korea Southern Power Co), Muju Pumped Storage Power Plant(300000kW, 2Unit) of KOSEP(Korea South-East Power Co), Samrangjin Pumped Storage Power Plant(300000kW, 2Unit) and Cheongsong Pumped Storage Power Plant (300000kW, 2Unit, under construction) of WP(Korea Western Power Co).
The fossil power plant and nuclear powers are standardized as 500,000kw and 1,000,000kw size plant but each pumped storage power plant has different water level and geographical features so it can't have any standardized plant and can not follow any specified model. Therefore a scale model shall be made to test the theoretical performances of the design before the prototype is applied into manufacturing. It's necessary to make sure any errors and mistakes.
This study is to select a proper runner type for a pump/turbine. It reviews two cases, a single stage runner and two stages runner. The result of the study shows that two stages runner is more efficient, cheaper in construction, faster responding, and easier maintaining than single stage runner. Existing multi stages pump/turbine types could not control the output but this model is able to change the output in the pursuit of frequency control as world first technology. As the model get larger, the test results become reliable but costs is up. This test use 1: 7 scale model as the international code recommend. Before the test, each international code were reviewed and instruments were calibration. The first test was to transfer the water lower reservoirs to upper reservoirs. Theoretical head value and efficiency are 832.4m/ 91.27% for a unit, 825m / 91.43% for 2units, 791.2m/91.87% for 3units, 782.5m/91.87% for 4 units in operation. When weighted factor applied, the average efficiency was 91.56% in theory. Several tests showed the maximum efficiency 89.45%. After the scale up effect applied ,the result became 91.77%.
When the results were converted into estimates of the actual size according to IEC995 equation, test efficiency became 91.61%, 91.66%, 91.75% and 91.74% and weighted average efficiency was 91.68%. Test value was higher than theoretical valve by 0.12%.
Turbine performance tests were made at the 100%, 90%, 80%, 70% loads at each head of 817m, 804.9m, 798.4m, 785.7m, 774m, 761.7m. The weighted average efficiency of the tests was 90.93% and also higher than theoretical valve by 0.61%.
Through the model test, It is made sure that this design can give economics and reliability when it work in reality.
The status of Pumped storage power in Korea plants are 2.3million kw in operation and 1.6million kw under construction. They are Yang Yang Pumped Storage Power Plant(250000kW, 4Unit, Under Construction) of KOMIPO(Korea Midland Power Co.), Sancheong Pumped Storage Power Plant(350000kW, 2Unit) of KEWESPO(Korea East-West Power Co), Cheongpyong Pumped Storage Power Plant(200000kW, 2Unit) of KOSPO(Korea Southern Power Co), Muju Pumped Storage Power Plant(300000kW, 2Unit) of KOSEP(Korea South-East Power Co), Samrangjin Pumped Storage Power Plant(300000kW, 2Unit) and Cheongsong Pumped Storage Power Plant (300000kW, 2Unit, under construction) of WP(Korea Western Power Co).
The fossil power plant and nuclear powers are standardized as 500,000kw and 1,000,000kw size plant but each pumped storage power plant has different water level and geographical features so it can't have any standardized plant and can not follow any specified model. Therefore a scale model shall be made to test the theoretical performances of the design before the prototype is applied into manufacturing. It's necessary to make sure any errors and mistakes.
This study is to select a proper runner type for a pump/turbine. It reviews two cases, a single stage runner and two stages runner. The result of the study shows that two stages runner is more efficient, cheaper in construction, faster responding, and easier maintaining than single stage runner. Existing multi stages pump/turbine types could not control the output but this model is able to change the output in the pursuit of frequency control as world first technology. As the model get larger, the test results become reliable but costs is up. This test use 1: 7 scale model as the international code recommend. Before the test, each international code were reviewed and instruments were calibration. The first test was to transfer the water lower reservoirs to upper reservoirs. Theoretical head value and efficiency are 832.4m/ 91.27% for a unit, 825m / 91.43% for 2units, 791.2m/91.87% for 3units, 782.5m/91.87% for 4 units in operation. When weighted factor applied, the average efficiency was 91.56% in theory. Several tests showed the maximum efficiency 89.45%. After the scale up effect applied ,the result became 91.77%.
When the results were converted into estimates of the actual size according to IEC995 equation, test efficiency became 91.61%, 91.66%, 91.75% and 91.74% and weighted average efficiency was 91.68%. Test value was higher than theoretical valve by 0.12%.
Turbine performance tests were made at the 100%, 90%, 80%, 70% loads at each head of 817m, 804.9m, 798.4m, 785.7m, 774m, 761.7m. The weighted average efficiency of the tests was 90.93% and also higher than theoretical valve by 0.61%.
Through the model test, It is made sure that this design can give economics and reliability when it work in reality.
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