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스프링제본 노트 5부
문제 상황 개요
주어진 조건에 따르면, 수력 발전소와 화력 발전소는 각각 일정한 출력 조건을 충족해야 하며, 변동하는 전력 계통에 따라 효율적인 운영이 필요합니다. 수력 발전소는 100MW의 최대출력과 85m의 유효낙차를 가지며, 화력 발전소는 평균 전력 80MW, 부하율 75%로 운영됩니다.
문제에서 주어진 데이터
- 수력 발전소 최대 출력: 100MW
- 상시 첨두 출력: 70MW
- 상시 출력: 50MW
- 유효 낙차: 85m
- 평균 전력: 80MW
- 부하율: 75%
1. 수력 발전소의 최대한 출력 (수차 종류 및 비속도 결정)
수력 발전소의 효율적 운영을 위해 적절한 수차 종류와 비속도를 결정해야 합니다. 유효 낙차가 85m이므로 프란시스 수차가 적합합니다.
수차 종류별 적용 낙차 범위와 비속도 한계
| 수차 종류 | 유효 낙차 범위 (m) | 비속도 범위 (Ns) |
|---|---|---|
| 펠톤 수차 | 200 ~ 1800 | 12 ~ 23 |
| 프란시스 수차 | 50 ~ 530 | 65 ~ 350 |
| 사류 수차 | 40 ~ 200 | 150 ~ 250 |
| 카플란 수차 | 5 ~ 80 | 350 ~ 800 |
비속도 계산
비속도 (Ns)는 다음과 같은 식으로 계산됩니다.
$$
Ns = \frac{20000}{H + 20} + 30
$$
여기서 (H = 85)를 대입하여 계산하면:
$$
Ns = \frac{20000}{85 + 20} + 30 = 200.48 \, \text{(m-kW)}
$$
따라서, 적합한 수차는 프란시스 수차입니다.
2. 수력 발전소의 출력 특성 정의
최대 출력
발전소에서 발생할 수 있는 최대한도의 출력으로, 주어진 값은 100MW입니다.
상시 첨두 출력
연중 355일 이상, 매일 일정 시간 동안 발생할 수 있는 출력입니다. 주어진 상시 첨두 출력은 70MW입니다.
상시 출력
연중 355일 이상, 24시간 동안 발생할 수 있는 출력으로, 주어진 상시 출력은 50MW입니다.
3. 화력 발전소의 출력 (MW) 계산
화력 발전소는 일정 부하율을 기준으로 최대출력과 첨두 출력이 설정됩니다.
부하율을 이용한 최대전력 ($( P_m )$) 계산
부하율을 기준으로 최대 전력을 계산하는 식은 다음과 같습니다.
$$
P_m = \frac{\text{평균 전력}}{\text{부하율}}
$$
여기서:
- 평균 전력 = 80MW
- 부하율 = 0.75
따라서,
$$
P_m = \frac{80}{0.75} = 106.67 \, \text{MW}
$$
첨두 부하용 한계 출력 ($( P_s )$) 계산
상시 첨두 출력 (( P_n = 70 \, \text{MW} ))을 기준으로 첨두 부하용 한계 출력은 다음과 같이 계산합니다.
$$
P_s = P_m – P_n = 106.67 – 70 = 36.67 \, \text{MW}
$$
따라서 화력 발전소는 최대 첨두 부하 36.67MW에 대응할 수 있습니다.
요약
- 수력 발전소는 최대 출력 100MW, 상시 첨두 출력 70MW, 상시 출력 50MW를 제공합니다.
- 화력 발전소는 최대 출력 106.67MW로 운영하며, 36.67MW의 첨두 부하에 대응할 수 있습니다.
- 유효 낙차 85m를 고려하여 프란시스 수차를 선택하며, 비속도는 약 220.48로 계산됩니다.
이와 같은 조건을 기반으로 수력 발전소와 화력 발전소는 변동하는 전력 계통 수요에 유연하게 대응할 수 있습니다.
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