[논문]정수장 마이크로 소수력 발전기 적용에 대한 연구

김종겸; 박영진; 김일중

doi:10.5207/jieie.2014.28.9.067

정수장 마이크로 소수력 발전기 적용에 대한 연구
A Study on the Application of Micro Hydro Power Generator at the Water Treatment Plant 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.28 no.9, 2014년, pp.67 - 72

김종겸 (강릉원주대학교 전기공학과) , 박영진 (강릉원주대학교 전기공학과) , 김일중 (호서대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Inflow or outflow from the water treatment plant and the sewage water has potential energy. If this potential energy can be converted into electrical energy by water turbine generator, it can help to save energy because of the high capacity utilization. So recently, micro hydro power plant is reviewed in the water treatment facility. If generation capacity is low, induction generator is primarily used. If output capacity is low, generated power is supplied to the inside load. Induction generator can cause voltage drop by the inrush current at a start-up and requires reactive power for magnetization. In this study, we analyzed the flow of power and voltage variation against inrush current that occurs when the induction generator starts under the terms that loads of linear and non-linear of the water purification plant are used. Analysis results are that the voltage drop is within an allowable range and the power factor is slightly reduced by the need of reactive power.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

그림 1에서와 같이 정수장에서 위치에너지를 가질 수 있는 곳은 주로 착수정이나 배수지 등이 해당된다. 배수지의 경우 정수장 구외에 존재하기 때문에 에너지 생산을 가능하지만, 여기서는 착수정에서 존재하는 위치에너지를 전기에너지로 변환시키는 것으로 해석하고자 한다.
본 연구에서는 선형 및 비선형 부하가 함께 공존하는 정수장 설비에서 존재하고 있는 위치에너지를 전기에너지로 변환하기 위해 농형 유도 발전기가 운전될 때 전류의 크기와 전압 강하 및 전력의 흐름을 분석하였다.

제안 방법

본 연구에서는 정수장에 유입되거나 유출되는 청정에너지인 물의 위치에너지를 유도발전기를 이용하여 전기에너지로 변환할 경우 예상되는 기동전류와 전압강하 및 전원측에 유입, 유출되는 전력의 변화를 계산하였다. 발전된 출력이 100㎾이하이기 때문에 계통연계를 통해 전원측으로 보내는 대신 부하에 공급되므로 사용되는 부하를 고려한 분석을 실시하였다.
본 연구에서는 정수장에 유입되거나 유출되는 청정에너지인 물의 위치에너지를 유도발전기를 이용하여 전기에너지로 변환할 경우 예상되는 기동전류와 전압강하 및 전원측에 유입, 유출되는 전력의 변화를 계산하였다. 발전된 출력이 100㎾이하이기 때문에 계통연계를 통해 전원측으로 보내는 대신 부하에 공급되므로 사용되는 부하를 고려한 분석을 실시하였다.
정수장에서 수처리 과정에서 발생하는 낙차와 유량을 이용하여 청정에너지를 생산하는 발전 설비의 용량이 100㎾를 기준으로 이보다 높은 경우에는 계통에 연결하지만, 낮은 경우에는 대개 구내 에너지로 사용한다. 여기서는 100㎾ 이하에 해당되는 마이크로 수력시스템을 저압 선로에 연결하기 때문에 농형 유도발전기를 적용하였다.

대상 데이터

본 해석에 적용된 3상 4극380V 75㎾ 유도발전기의 파라미터는 다음과 같다.

이론/모형

본 연구에서 발전기의 투입에 따른 과도현상해석에는 EMTP의 ATPDRAW를 적용하였다[14]

성능/효과

45%로 허용범위 안에 들어감을 확인할 수 있었다. 또한 유도발전기의 운전으로 전원측에서 공급되는 유효전력은 감소하지만, 자화에 필요한 무효전력의 필요로 인해 전원측으로부터 공급받아야 하는 무효전력이 약간 증가하므로 역률은 약간 감소함을 알 수 있었다.
유도발전기의 운전으로 전원측으로부터 공급되는 유효전력은 줄어들게 되지만, 자화에 필요한 무효전력의 필요로 인해 전원측으로부터 공급받아야 하므로 전원측 역률은 약간 감소함을 확인할 수 있었다.
정수장에 존재하는 위치에너지를 활용하기 위해 유도발전기를 적용하여 청정에너지를 생산한 다음 부하측에 전원을 공급할 경우 기동전류에 의한 전압강하는 5%미만으로 안정적임을 확인할 수 있었다.
해석결과 유도발전기 기동시 돌입전류에 의한 전압강하는 3.45%로 허용범위 안에 들어감을 확인할 수 있었다. 또한 유도발전기의 운전으로 전원측에서 공급되는 유효전력은 감소하지만, 자화에 필요한 무효전력의 필요로 인해 전원측으로부터 공급받아야 하는 무효전력이 약간 증가하므로 역률은 약간 감소함을 알 수 있었다.

후속연구

정수장에 설치된 발전기의 경우 가동률이 80% 이상이 되므로 용량이 작더라도 발전량이 높기 때문에 향후 검토할 설비에 본 연구내용이 도움이 될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	발전용량을 소수력과 마이크로급으로 나누는 기준은?	발전용량이 천에서 만㎾까지는 소수력이라고 하며, 5∼100㎾ 정도는 마이크로급이라고 한다[2]. 비록 출력용량은 작지만, 정수장과 같이 가동률이 높을 경우 발전량이 많아 경제성이 높기 때문에 최근 소수력급에서 미니, 마이크로 그리고 피코급으로 점차 축소 개발되고 있다.
	소수력급 발전기의 장점은?	발전용량이 천에서 만㎾까지는 소수력이라고 하며, 5∼100㎾ 정도는 마이크로급이라고 한다[2]. 비록 출력용량은 작지만, 정수장과 같이 가동률이 높을 경우 발전량이 많아 경제성이 높기 때문에 최근 소수력급에서 미니, 마이크로 그리고 피코급으로 점차 축소 개발되고 있다.
	수처리설비의 소수력에 적용 가능한 발전기로는 동기발전기와 유도발전기가 있는데, 각각의 특징은?	수처리설비의 소수력에 적용 가능한 발전기로는 동기발전기와 유도발전기가 있다. 동기발전기는 신뢰도가 높은 편이지만 초기 투자비가 많이 소요되고, 유지보수비가 높아 발전설비용량이 큰 곳에 주로 적용하며, 유도발전기는 기동시 돌입전류에 의한 문제점이 있지만 설치 및 유지보수가 편리하여 주로 설비용량이 작은 발전소에 많이 적용하고 있다[3-6].

참고문헌 (14)

Jong-Gyeum Kim et al., "Activation Strategy of Hydropower Development as New & Renewable energy", KIEE Summer Conference, pp. 1231-1232, 2010.7.
2013 New & Renewable Energy, MOKE & KEMCO.
M. Godoy Simoes & Felix A. Farret, "Renewable Energy Systems-Design and Analysis with Induction Generators", CRC Press, 2004.
Jong-Gyeum Kim, Young-Jeen Park, Il-Jung Kim, Young-Kuk Kim, "Characteristics Analysis of Induction Generator with a Change in Rotor Speed", KIEE, Vol.60, No.12, pp.2225-2229, 2011, Dec.

원문보기 상세보기
D. S. Henderson, "Synchronous or induction Generators?-The choice for small scale generation", IEE Conf, Pub, pp.146-149, 1996.
K. S. Pankaj, J. P. Nelson, "Application Guidelines for Induction Generators," in Proc. International Conference on Electrical Machines and Drives, Milwaukee, Wisconsin, May 18-21, 1997, Paper WC1/5.1 - WC1/5.3.
Jong-Gyeum Kim, "Output Characterization Analysis of Induction Genarator using Test Data", KIEE, Vol.62, pp.1027-1032, No.7, 2013.
Young-Kuk Kim, Jong-Gyeum Kim, "A Study on the Operation Characteristic of Induction Generator in the small Hydropower Plant", KIEE, Vol.62, pp.632-638, No.5, 2013.

원문보기 상세보기
Jong-Gyeum Kim, Young-Kuk Kim, "A comparison of the operating characteristics of the synchronous generator and induction generator applied to the small hydroelectric power plant", KIEE, Vol.63P, pp.55-60, No.2, 2014.

원문보기 상세보기
KEPCO, "Power distribution system interconnection technical standards for distributed power". 2010. 7.
Jong-Gyeum Kim et al. "Variance of Harmonics Element due to Linear & Non-linear Load Quantity", KIEE, Vol.51B, pp.441-448, No.8, 2002.
IEEE Std 519-1992, "IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems".
Shehab Abdulwadood Ali, "A Norton Model of a Distribution Network for Harmonic Evaluation", Energy Science and Technology, Vol.2, No.1, pp.11-17, 2011.
H. W. Dommel, "Electromagnetic Transients Program, Reference Manual(EMTP Theory Book)", BPA, 1986.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

정수장 마이크로 소수력 발전기 적용에 대한 연구
A Study on the Application of Micro Hydro Power Generator at the Water Treatment Plant 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

정수장 마이크로 소수력 발전기 적용에 대한 연구 A Study on the Application of Micro Hydro Power Generator at the Water Treatment Plant 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김종겸 (45) 박영진 (13) 김일중 (13)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

정수장 마이크로 소수력 발전기 적용에 대한 연구
A Study on the Application of Micro Hydro Power Generator at the Water Treatment Plant 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper