물터빈

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1. 개요
2. 역사
3. 작동 이론
4. 터빈 종류 및 특징
- 4.1. 비속도 (Specific Speed)
5. 설계 및 유지보수
6. 환경 영향
참조

1. 개요

물 터빈은 물의 위치 에너지를 회전 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 장치이다. 수백 년 동안 산업 동력으로 사용된 물레방아에서 발전하여, 19세기 산업 혁명 시기에 다양한 유형의 터빈이 개발되었다. 물 터빈은 반동 터빈과 충동 터빈으로 나뉘며, 프란시스 터빈, 카플란 터빈, 펠턴 수차 등이 대표적이다. 터빈의 종류는 낙차와 유량에 따라 결정되며, 비속도라는 지표를 통해 터빈의 형태를 비교하고 적합한 유형을 선정한다. 터빈의 속도는 조속기를 통해 제어되며, 블레이드는 내식성과 강도가 높은 재료로 제작된다. 물 터빈은 청정 에너지 생산에 기여하지만, 댐 건설과 관련된 환경적 영향도 고려해야 한다.

2. 역사

물레방아는 수백 년 동안 산업 동력으로 사용되었으나, 크기, 유량 및 낙차의 제한이 있었다. 로마 제국 시대에는 튀니지의 쳄투와 테스투르에서 초기 형태의 수력 터빈이 발견되었다. 이는 경사진 날개를 가진 수평 물레가 물이 채워진 원형 샤프트 바닥에 설치된 형태로, 밀 레이스에서 유입된 물이 소용돌이치는 물 기둥을 만들어 바퀴를 회전시키는 방식이었다.

산업 혁명 기간 동안 과학적 원리와 방법, 새로운 재료와 제조 방법이 도입되면서 수력 터빈 개발이 가속화되었다. 19세기 초, 프랑스 엔지니어 클로드 버딘은 "소용돌이"를 뜻하는 그리스어에서 유래한 "터빈"이라는 단어를 처음 사용했다.

요한 안드레아스 세그너는 18세기 중반 헝가리 왕국에서 반작용 수력 터빈(세그너 휠)을 개발했다.^[3] 1820년대, 장 빅토르 퐁슬레와 브누아 푸르네론은 각각 내향류 터빈과 외향류 터빈을 개발했다.

1849년, 제임스 B. 프란시스는 내향류 반작용 터빈의 효율을 90% 이상으로 개선하고, 프란시스 터빈을 개발했다. 프란시스 터빈은 최초의 현대식 수력 터빈으로, 오늘날에도 세계에서 가장 널리 사용되는 수력 터빈이며 방사형 흐름 터빈이라고도 한다.

약 100만 마력(750MW)으로 평가된 프란시스 터빈 러너가 미국의 그랜드 쿨리 댐에 설치되고 있다.

1876년, 존 B. 맥코믹은 홀리오크 머신 컴퍼니에서 처음 제조하고 이후 독일과 미국의 엔지니어들이 개선한 헤라클레스 터빈을 개발하여 최초의 현대식 혼합 흐름 터빈을 시연했다.^[5]

로버트 E. 호튼과 클레멘스 허셜이 홀리오크 시험 플룸을 설립하면서, 특히 미주 지역의 수력 터빈은 표준화되었다. 벤투리 미터를 사용하여 대규모 흐름을 정확하게 측정하기 위한 최초의 정확한 수단이 개발되어 다양한 터빈 모델의 수력 효율을 적절하게 측정했다.^[8]^[9]^[10]^[11]^[12]

1890년경에는 현대식 유체 베어링이 발명되어 무거운 수력 터빈 스핀들을 지지하는 데 사용된다. 2002년 현재, 유체 베어링은 1300년 이상의 평균 고장 간격을 갖는 것으로 보인다.

1913년경, 빅토르 카플란은 낮은 낙차에서도 효율적인 카플란 터빈을 개발했다.

일제강점기에는 부전강댐, 장진호, 허천강댐 등 압록강 수계에 대규모 수력 발전소가 건설되어 한반도 북부 지역과 만주 지역에 전력을 공급했다. 대한민국 정부 수립 이후, 1960년대부터 경제 개발 5개년 계획의 일환으로 섬진강댐, 한강 유역 등에 다목적 댐과 수력발전소가 건설되었다. 1980년대 이후, 안동댐, 충주댐 등 대규모 댐 건설과 함께 양수 발전이 도입되어 전력 수요 관리에 기여했다. 최근에는 노후화된 수력 발전 시설의 현대화, 소수력 발전, 조력 발전 등 친환경 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

2. 1. 물레방아와 초기 수력 터빈

물레방아는 수백 년 동안 산업 동력으로 사용되었으나, 크기, 유량 및 낙차의 제한이 있었다. 로마 제국 시대에는 튀니지의 쳄투와 테스투르에서 초기 형태의 수력 터빈이 발견되었다. 이는 경사진 날개를 가진 수평 물레가 물이 채워진 원형 샤프트 바닥에 설치된 형태로, 밀 레이스에서 유입된 물이 소용돌이치는 물 기둥을 만들어 바퀴를 회전시키는 방식이었다.

터빈이라는 단어는 19세기 초 프랑스 엔지니어 클로드 버딘이 처음 사용했으며, "소용돌이" 또는 "와류"를 뜻하는 그리스어 "τύρβη"에서 유래되었다. 초기 수력 터빈과 물레방아의 주요 차이점은 물의 회전 성분인데, 이것이 회전하는 로터에 에너지를 전달한다.

1820년, 장 빅토르 퐁슬레는 내향류 터빈을 개발했다.

1826년, 브누아 푸르네론은 외향류 터빈을 개발했다. 이 기계는 한 차원에서 곡선을 이룬 날개가 있는 러너를 통해 물을 보내는 효율적인 기계(~80%)였다. 고정된 출구에도 곡선 가이드가 있었다.

1844년, 우리야 A. 보이드는 푸르네론 터빈의 성능을 개선한 외향류 터빈을 개발했다. 러너의 모양은 프란시스 터빈과 유사했다.

1849년, 제임스 B. 프란시스는 내향류 반작용 터빈의 효율을 90% 이상으로 개선했다. 그는 또한 정교한 테스트를 수행하고 수력 터빈 설계를 위한 엔지니어링 방법을 개발했다. 그를 기리기 위해 명명된 프란시스 터빈은 최초의 현대식 수력 터빈이다.

2. 2. 산업 혁명과 수력 터빈의 발전

산업 혁명 기간 동안 과학적 원리와 방법, 새로운 재료와 제조 방법이 도입되면서 수력 터빈 개발이 가속화되었다. 19세기 초, 프랑스 엔지니어 클로드 버딘은 "소용돌이"를 뜻하는 그리스어에서 유래한 "터빈"이라는 단어를 처음 사용했다.

요한 안드레아스 세그너는 18세기 중반 헝가리 왕국에서 반작용 수력 터빈(세그너 휠)을 개발했다.^[3] 1820년대, 장 빅토르 퐁슬레와 브누아 푸르네론은 각각 내향류 터빈과 외향류 터빈을 개발했다.

1849년, 제임스 B. 프란시스는 내향류 반작용 터빈의 효율을 90% 이상으로 개선하고, 프란시스 터빈을 개발했다. 프란시스 터빈은 최초의 현대식 수력 터빈으로, 오늘날에도 세계에서 가장 널리 사용되는 수력 터빈이며 방사형 흐름 터빈이라고도 한다.

1876년, 존 B. 맥코믹은 홀리오크 머신 컴퍼니에서 처음 제조하고 이후 독일과 미국의 엔지니어들이 개선한 헤라클레스 터빈을 개발하여 최초의 현대식 혼합 흐름 터빈을 시연했다.^[5]

로버트 E. 호튼과 클레멘스 허셜이 홀리오크 시험 플룸을 설립하면서, 특히 미주 지역의 수력 터빈은 표준화되었다. 벤투리 미터를 사용하여 대규모 흐름을 정확하게 측정하기 위한 최초의 정확한 수단이 개발되어 다양한 터빈 모델의 수력 효율을 적절하게 측정했다.^[8]^[9]^[10]^[11]^[12]

1890년경에는 현대식 유체 베어링이 발명되어 무거운 수력 터빈 스핀들을 지지하는 데 사용된다. 2002년 현재, 유체 베어링은 1300년 이상의 평균 고장 간격을 갖는 것으로 보인다.

1913년경, 빅토르 카플란은 낮은 낙차에서도 효율적인 카플란 터빈을 개발했다.

2. 3. 충격 터빈의 등장

19세기 후반까지의 모든 일반적인 수력 기계(물레방아 포함)는 기본적으로 반작용 기계로, 물의 ''압력'' 헤드가 기계에 작용하여 일을 생성했다. 반작용 터빈은 에너지 전달 중에 물을 완전히 담아둘 필요가 있었다.

1866년, 캘리포니아의 제분 기술자 새뮤얼 나이트는 충격 시스템을 새로운 수준으로 끌어올린 기계를 발명했다. 골드 필드의 수력 채광에 사용된 고압 제트 시스템에서 영감을 얻은 나이트는 자유 제트의 에너지를 포착하는 버킷 휠을 개발했는데, 이는 높은 헤드(파이프 또는 수압관 내에서 수백 피트 수직)의 물을 운동 에너지로 변환했다. 이것을 충격 또는 접선 터빈이라고 한다. 물의 속도는 버킷 주변 속도의 약 두 배로, 버킷에서 U턴을 한 다음 낮은 속도로 러너에서 떨어져 나옵니다.

1879년, 레스터 앨런 펠턴은 나이트 휠을 실험하면서 펠턴 수차(이중 버킷 설계)를 개발했는데, 이는 물을 측면으로 배출하여 일부 물이 휠의 중심부로 다시 배출되는 나이트 휠의 에너지 손실을 제거했다. 1895년경, 윌리엄 도블은 펠턴의 반원통형 버킷 형태를 제트가 더 깨끗하게 버킷에 들어갈 수 있도록 절단된 타원형 버킷으로 개선했다. 이것이 오늘날 최대 92%의 효율을 달성하는 펠턴 터빈의 현대적인 형태이다. 펠턴은 자신의 설계를 매우 효과적으로 홍보했으며 도블이 펠턴 회사를 인수했음에도 불구하고 브랜드 인지도가 있었기 때문에 이름을 도블로 바꾸지 않았다.

터고 터빈과 가로류 터빈은 나중에 개발된 충격 터빈 설계 방식이다.

2. 4. 대한민국 수력 발전의 역사

일제강점기에는 부전강댐, 장진호, 허천강댐 등 압록강 수계에 대규모 수력 발전소가 건설되어 한반도 북부 지역과 만주 지역에 전력을 공급했다. 대한민국 정부 수립 이후, 1960년대부터 경제 개발 5개년 계획의 일환으로 섬진강댐, 한강 유역 등에 다목적 댐과 수력발전소가 건설되었다. 1980년대 이후, 안동댐, 충주댐 등 대규모 댐 건설과 함께 양수 발전이 도입되어 전력 수요 관리에 기여했다. 최근에는 노후화된 수력 발전 시설의 현대화, 소수력 발전, 조력 발전 등 친환경 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

3. 작동 이론

흐르는 물은 터빈 러너의 블레이드로 향하게 되어 블레이드에 힘을 가한다. 러너가 회전하기 때문에, 이 힘은 거리를 통해 작용한다(거리를 통해 작용하는 힘은 일의 정의이다). 이런 방식으로, 에너지는 물의 흐름으로부터 터빈으로 전달된다.

수력 터빈은 두 그룹으로 나뉜다: 반동 터빈과 충동 터빈.

수력 터빈 블레이드의 정확한 모양은 물의 공급 압력과 선택된 임펠러의 유형에 따라 결정된다.

3. 1. 반동 터빈 (Reaction Turbine)

반동 터빈은 터빈을 통과하면서 압력이 변하는 물의 작용으로 회전한다. 뉴턴의 제3법칙이 에너지 전달을 설명한다. 낮은 낙차(30m 미만) 및 중간 낙차(30~300m)에서 주로 사용되며, 댐 및 대형 발전소에서 널리 사용된다.

흐르는 물은 터빈 구동기의 블레이드로 전달되어 블레이드에 힘을 생성하고, 구동기가 회전하면서 힘은 거리를 통해 작용하여 에너지가 물 흐름에서 터빈으로 전달된다.

반동 터빈의 종류로는 프란시스 터빈, 카플란 터빈, VLH 터빈, 데리아즈 터빈, 고를로프 나선형 터빈 등이 있다.

3. 2. 충동 터빈 (Impulse Turbine)

충동 터빈은 물 분사의 속도 변화로 인해 발생하는 운동량 변화(충격량)를 이용하여 회전한다. 흐르는 물이 터빈 구동기의 블레이드로 전달되어 힘을 생성하고, 구동기가 회전하면서 힘은 거리를 통해 작용하여 에너지가 물 흐름에서 터빈으로 전달된다. 터빈 날개에 부딪히기 전 물의 압력(위치 에너지)은 노즐에 의해 운동 에너지로 변환되어 터빈에 집중된다. 터빈 날개에서는 압력 변화가 일어나지 않으며, 작동을 위해 하우징이 필요하지 않다. 뉴턴의 제2법칙은 충동 터빈의 에너지 전달을 설명한다.

충동 터빈은 매우 높은 낙차(> 300m)에서 자주 사용된다. 충동 터빈의 종류는 다음과 같다.

펠턴 수차: 노즐로부터의 제트 수류를 러너 주위의 버킷에 부딪혀 회전시키는 수차이다. 고낙차에 적합하다.
터고 터빈: 펠턴 수차와 마찬가지로 노즐로부터의 제트 수류가 가진 운동 에너지를 이용하지만, 러너의 한쪽 면에서 부딪혀 회전시킨다는 점이 다르다.
교차류 터빈 (반키-미첼 터빈 또는 오스베르거 터빈이라고도 함): 가이드 베인에 의해 조절된 유수가, 횡축의 원통형 러너의 상부에서 중심부로 흘러 들어와 하부에서 중심부에서 외부로 흘러 떨어지는 구조이다.
존발 터빈
역 오버샷 물레방아
스크류 터빈
바크 터빈
개방 주류형 수차: "보통의 수차"라고도 불리며, 유지보수 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 2005년 쓰루시의 야나카가와 소수력 시민 발전소 "겐키군 1호"에 설치되었다.^[29] 세계 문화 유산으로 등록된 인도네시아 발리 섬의 논 지대 에서는 도야마시의 지원으로 설치한 수차에 의한 발전이 2017년 가을에 시작되었다^[30].

3. 3. 동력 (Power)

흐르는 물은 터빈 구동기의 블레이드로 전달되어 블레이드에 힘을 생성한다. 구동기가 회전하기 때문에 힘은 거리를 통해 작용한다. 이러한 방식으로, 에너지가 물 흐름에서 터빈으로 전달된다.

물터빈은 2개의 그룹으로 나뉜다. 이것은 반응 터빈과 충격량 터빈으로 나뉜다.

물터빈 블레이드의 정확한 모양은 물의 공급 압력과 선택한 임펠러의 종류에 따라 달라진다.

흐름에서 얻을 수 있는 동력은 다음과 같다:

$P=$ 동력(J/s 또는 와트)
$\eta=$ 터빈 효율
$\rho=$ 유체의 밀도(kg/m³)
$g=$ 중력 가속도(9.81 m/s²)
$h=$ 낙차(m). 정지 상태의 물의 경우, 이것은 입구와 출구 표면 사이의 높이 차이이다. 흐르는 물은 흐름의 운동 에너지를 설명하기 위해 추가적인 구성 요소를 가진다. 총 낙차는 ''압력 낙차''와 ''속도 낙차''의 합이다.
$\dot q$ = 유량(m³/s)

4. 터빈 종류 및 특징

다양한 종류의 물 터빈 러너. 왼쪽에서 오른쪽으로: 펠톤 수차, 두 종류의 프란시스 터빈, 카플란 터빈.

터빈 선택은 사용 가능한 낙차를 기준으로 하며, 사용 가능한 유량에 따라 결정되는 경우는 적습니다. 일반적으로 충동 터빈은 낙차가 큰 곳에 사용되고, 반동 터빈은 저낙차 지역에 사용됩니다. 카플란 터빈은 블레이드 피치를 조절할 수 있어 광범위한 유량 또는 낙차 조건에 잘 적용되며, 넓은 범위의 유량에서 최대 효율을 달성할 수 있습니다.

소형 터빈(대부분 10 MW 미만)은 수평축을 가질 수 있으며, 100 MW 정도의 비교적 큰 벌브형 터빈도 수평축일 수 있습니다. 매우 큰 프란시스 터빈 및 카플란 기계는 일반적으로 수직축을 사용하는데, 이는 사용 가능한 낙차를 최대한 활용하고 발전기 설치를 더욱 경제적으로 만들기 때문입니다. 펠턴 수차는 기계의 크기가 사용 가능한 낙차에 비해 훨씬 작기 때문에 수직 또는 수평축 기계일 수 있습니다. 일부 충동 터빈은 러너당 여러 개의 제트기를 사용하여 축 추력을 균형을 맞춥니다. 또한 이를 통해 더 작은 터빈 러너를 사용할 수 있어 비용과 기계적 손실을 줄일 수 있습니다.

수차의 특성 비교
수차의 종류		유수 방향		적용		효율의 변화		정격 회전 속도에 대한 최대 무구속 속도(%)	비속도 (m-kW 기준)
수차의 종류		유입	유출	낙차(m)	수량	낙차 변화	수량 변화	범위	한계값 식^[28]
충동 수차	펠톤	반지름 방향	수직 방향	250 이상	소	소	소	150~200	12~23	$N_\mathrm{s} \le \frac{4300}{H+195}+13$
충동 수차	개방 주류형					대	대
반동 수차	프란시스	반지름 방향	축 방향	50~600	중	대	대	160~220	60~300	$N_\mathrm{s} \le \frac{23000}{H+30}+40$
	사류	사선 방향	축 방향	40~200	대	소	소	180~230	120~350	$N_\mathrm{s} \le \frac{20000}{H+20}+40$
	프로펠러	축 방향	축 방향	5~80	대	대	대	200~250	250~850	$N_\mathrm{s} \le \frac{21000}{H+17}+35$
	카플란	축 방향	축 방향	5~80	대	소	소	200~250	250~850	$N_\mathrm{s} \le \frac{21000}{H+17}+35$

4. 1. 비속도 (Specific Speed)

비속도(

n_s

)는 터빈의 모양을 특징짓는 중요한 지표이다.^[27] 이는 새로운 터빈 설계를 성능이 알려진 기존 설계와 비교하고, 특정 수력 발전소에 적합한 터빈 유형을 선정하는 데 사용된다.^[27]

비속도는 실물 수차를 상사형으로 축소했을 때, 단위 낙차(1m)에서 단위 출력(1kW)을 발생시키는 데 필요한 회전 속도이다.^[27] 비속도는 다음 식으로 나타낸다.

:

N_\mathrm{s} = N\frac{\sqrt{P}}{H^\frac{5}{4}}

$N_s$ : 비속도 (단위 표시 없음) (m-kW 기준)^[27]
$N$ : 실물 수차의 회전 속도 [min^-1]
$H$ : 실물 수차의 유효 낙차 [m]
$P$ : 실물 수차의 러너 또는 펠턴 수차의 노즐 1개당 출력 [kW]

(m-kW)는 낙차의 단위가 [m], 출력의 단위가 [kW]일 때의 값임을 나타낸다.^[27]

비속도 공식은 다음과 같이 유도된다.

실물 수차의 유속(

V

)과 유량(

Q

)에 대해, 상사형의 길이 비를

k

라고 가정하면, 유속은 낙차의 제곱근에 비례하고 회전 부분의 주변 속도에 비례하므로,

:

\frac{V_k}{V} = \frac{\sqrt{H_k}}{\sqrt{H}} = k\frac{N_k}{N}

여기에서

:

k = \frac{NV_k}{N_kV} = \frac{N\sqrt{H_k}}{N_k\sqrt{H}}

유량은 수류 단면적과 유속의 곱에 비례하므로,

:

\frac{Q_k}{Q} = {k^2}\frac{V_k}{V} = \frac{N^2H_k^\frac{3}{2}}{N_k^2H^\frac{3}{2}}

출력은 유량과 낙차의 곱에 비례하므로,

:

\frac{P_k}{P} = \frac{Q_kH_k}{QH} = \frac{N^2H_k^\frac{5}{2}}{N_k^2H^\frac{5}{2}}

여기에서

:

N_k^2 = {N^2}\frac{P/H^\frac{5}{2}}{P_k/H_k^\frac{5}{2}}

양변의 제곱근을 취하여

N_k

를 구하면,

:

N_k = N\frac{\sqrt{P}/H^\frac{5}{4}}{\sqrt{P_k}/H_k^\frac{5}{4}}

H_k

= 1 m,

P_k

= 1 kW일 때

N_k

=

N'_\mathrm{s}

[min^-1]로 쓰면,

:

N'_\mathrm{s} = N\frac{\sqrt{P}/H^\frac{5}{4}}{\sqrt{1}/1^\frac{5}{4}} = N\frac{\sqrt{P}}{H^\frac{5}{4}}

이 된다. 비속도는 상사 수차군에 공통적인 수치이며, 수차의 형태를 나타내는 지표로 간주할 수 있다.^[27]

5. 설계 및 유지보수

5. 1. 제어 시스템

18세기 중반부터 다양한 설계의 조속기가 수력 터빈의 속도를 제어하는 데 사용되었다.^[20] 초기에는 다양한 플라이볼 시스템이 사용되었으며, 1880년경부터는 기계식 조속기가 사용되었다.^[20] 기계식 조속기는 서보 기구를 이용하여 터빈의 속도와 동력을 통해 제어 메커니즘을 구동했다.^[20] 1930년까지 기계식 조속기는 정밀한 제어를 위한 피드백 시스템을 갖추게 되었고,^[20] 20세기 후반에는 전자 조속기와 디지털 시스템이 등장하여 기계식 조속기를 대체하기 시작했다.^[20] 전자 조속기는 회전 속도 센서를 사용하고 아날로그 장치 시스템을 통해 제어를 수행했으며,^[20] 현대 시스템에서는 알고리즘에 의해 제어가 디지털 방식으로 수행된다.^[20]

'''위켓 게이트'''(가이드 베인)는 수력 터빈을 둘러싼 일련의 게이트로, 터빈으로 유입되는 물의 흐름을 제어한다.^[21] 게이트 사이의 개구부를 조절하여 터빈의 회전 속도와 발전량을 조절할 수 있다.^[21]

5. 2. 터빈 블레이드 재료

물 터빈의 터빈 블레이드는 물과 동적 힘에 지속적으로 노출되므로 높은 내식성과 강도가 필요하다. 물 터빈의 탄소강 러너에 사용되는 오버레이에 가장 흔하게 사용되는 재료는 오스테나이트계 강철 합금으로, 17%에서 20%의 크롬을 함유하여 필름의 안정성을 높여 수성 부식 저항성을 향상시킨다.^[22] 이러한 강철 합금의 크롬 함량은 대기 부식에 대한 저항성을 나타내는 데 필요한 최소 12% 크롬을 초과한다. 강철 합금에 크롬 농도가 높을수록 터빈 블레이드의 수명이 훨씬 길어진다.

현재 블레이드는 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 2배의 강도를 가진 마르텐사이트계 스테인리스강으로 만들어진다.^[22] 부식 저항성과 강도와 함께 용접성 및 밀도 또한 터빈 블레이드 재료 선택에 중요한 기준이다. 높은 용접성은 더 쉽고 고품질의 수리를 가능하게 한다. 낮은 밀도는 더 쉬운 회전을 통해 더 높은 효율을 가능하게 한다. 카플란 터빈 블레이드에 사용되는 가장 일반적인 재료는 스테인리스강 합금(SS)이다. 마르텐사이트계 스테인리스강 합금은 높은 강도를 가지고 있어 표준 탄소강보다 얇은 단면을 허용하며, 질량 감소는 수력학적 흐름 조건과 물 터빈의 효율성을 향상시킨다.^[22] SS(13Cr-4Ni)는 레이저 피닝 공정을 통해 모든 공격 각도에서 향상된 침식 저항성을 갖는 것으로 나타났다.^[23] 높은 효율을 유지하기 위해 침식을 최소화하는 것이 중요한데, 이는 침식이 블레이드의 수력학적 프로파일에 부정적인 영향을 미쳐 상대적인 회전 용이성을 감소시키기 때문이다.^[24]

5. 3. 유지보수

수력 터빈은 주요 부품에 대한 유지보수를 거의 하지 않고 수십 년 동안 작동하도록 설계되었으며, 점검 주기는 수년에 달한다.^[25] 물에 노출된 러너 및 부품의 유지 보수에는 마모된 부품의 제거, 검사 및 수리가 포함된다.

정상적인 마모에는 캐비테이션으로 인한 피팅 부식, 피로 파괴 및 물 속의 부유 고형물로 인한 마모가 포함된다. 강철 부품은 일반적으로 스테인리스강 용접봉으로 용접하여 수리한다. 손상된 부위는 잘라내거나 갈아내고, 원래 프로파일 또는 개선된 프로파일로 다시 용접한다. 오래된 터빈 러너는 수명이 다할 때까지 이 방식으로 상당한 양의 스테인리스강이 추가될 수 있다. 최고 품질의 수리를 달성하기 위해 정교한 용접 절차가 사용될 수 있다.^[25]

점검 및 수리가 필요한 다른 요소에는 베어링, 패킹 박스 및 샤프트 슬리브, 서보 모터, 베어링 및 발전기 코일 냉각 시스템, 밀봉 링, 가이드 베인 연결 요소 및 모든 표면이 포함된다.^[26]

수명이 다한 프란시스 터빈으로, 피팅 부식, 피로 파괴 및 치명적인 고장이 나타난다. 스테인리스강 용접봉을 사용한 이전 수리 작업이 보인다.

6. 환경 영향

물 터빈은 일반적으로 청정 에너지 생산자로 간주되는데, 터빈이 물에 본질적으로 아무런 변화를 일으키지 않기 때문이다. 물 터빈은 재생 에너지원을 사용하며 수십 년 동안 작동하도록 설계되었다. 전 세계 전력 공급의 상당량을 생산한다.

독일 바이에른주에 위치한 발헨제 수력 발전소는 1924년부터 가동되었다.

하지만, 물 터빈의 부정적인 결과는 주로 물 터빈 작동에 필요한 댐 건설과 관련이 있다. 댐은 강의 자연 생태계를 변화시켜 물고기를 죽이거나, 이동을 막고, 생계를 파괴할 수 있다. 댐은 또한 물의 증발 증가(특히 건조 지역에서), 댐 뒤에 실트가 쌓이고, 수온과 흐름 패턴의 변화를 포함하여 덜 명확하지만 잠재적으로 심각한 결과를 초래한다. 미국에서는 현재 물고기의 이동을 막는 것이 불법이므로 댐 건설업자는 연어 및 철갑상어와 같은 종을 위한 어류 사다리를 제공해야 한다.

참조

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