KR100727853B1

KR100727853B1 - 조력발전소용 수문구조물

Info

Publication number: KR100727853B1
Application number: KR1020060015476A
Authority: KR
Inventors: 장경수
Original assignee: 주식회사 삼안; 장경수
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-06-14

Abstract

본 발명은 조수간만의 차이가 심한 해역에서 해안매립지의 개발에 의해 형성되는 인공적인 호수의 존재가 가능한 경우, 조력발전소 시스템과 함께 접근도로 및 관광시설들을 함께 설치함으로써, 청정 전력에너지의 개발과 더불어 홍수조절능력을 유지하고 해수 순환을 통해 호수의 수질악화를 방지하고 또한 해양관광자원의 확보라는 다목적을 함께 이룰 수 있는 조력발전소용 수문구조물로, 해안매립지의 개발에 의해 형성된 인공호수의 특정 관리수위, 즉 평균해수면(보통 EL. 0m ～ EL. (-1)m) 이하로 유지되어야 하는 경우에서도 적용 가능하고, 조석간만의 차이로 인한 밀물과 썰물이 해변으로 입출할 때 측면에 병설되는 수차구조물과 함께 수문구조물을 해수의 입출만을 통제하는 단순기능뿐만 아니라 주변 도로로서의 기능과 관광기능 등을 겸비하는 복합적인 수문구조물을 제공한다.

Description

조력발전소용 수문구조물{Gate Structure for Tidal Power Plant}

도 1은 본 발명의 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템을 개략적으로 예시한 평면 배치도이다.

도 2는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물의 단면 구성도이다.

도 3은 본 발명의 조력발전소용 수문구조물이 연속적으로 설치된 상태의 평면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물이 연속적으로 설치된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 발명의 해수측 스톱로그와 수문의 상세도이다.

도 6은 도 5에 도시된 스톱로그와 수문의 하부에 형성된 수밀베이스의 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기층부 10 : 호수측 스톱로그

11 : 해수측 스톱로그 11a: 스톱로그 최하단부

12 : 수문 12a: 수문 최하단부

13 : 스톱로그 승하강 지지채널 14 : 수문 권양기 지지채널

20 : 도수로 21 : 토사층

31 : 수문용 권양장치 32 : 1차 접근도로

33 : 2차 접근도로 40 : 해수측 스톱로그용 크레인

41 : 호수측 스톱로그용 갠트리 크레인

51 : 수문 수밀베이스 52 : 수문 접점 수밀장치

61 : 스톱로그 수밀베이스 62 : 스톱로그 접점 수밀장치

100: 스톱로그 지하저장소 500: 수차구조물

600: 수문구조물 700: 연결구조물

1000: 수차구조물 날개벽 2000: 수문구조물 날개벽

J : 중간벽체 W : 해수측

L : 호수측

본 발명은 조력발전소 수문구조물에 관한 것으로, 특히 수문구조물의 제공뿐만 아니라 수문구조물의 유지보수를 용이하게 하고 수문구조물이 단순히 해수 차단의 기능만을 고려한 기존의 수문구조를 벗어나서 수문구조물과 연계하여 주변 관광지와 연계 가능한 접근도로를 설치함으로써, 해양관광단지를 위한 시설로써도 역할 가능한 조력발전소용 수문구조물에 관한 것이다.

현대사회의 당면문제인 폭발적인 인구증가와 산업 및 경제규모의 확대에 따라 에너지 수요의 증대가 급격하게 이루어지고 있는 실정이다. 하지만, 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석에너지들은 그 부존량이 지역적으로 극히 편중되어 있을 뿐만 아니라 부존량 자체가 제한되어 있으며, 또한 이러한 화석에너지의 연소과정에서 발생하게 되는 CO₂, NO_X, SO_X 등의 공해물질은 지구환경에 영향을 미칠 정도로 확산되어 있는 상태이다. 이 중에서 특히 CO₂는 지구온난화의 주범으로서 유엔기후협약에 의거하여 각국은 일정 발생량을 감축해야할 형편이며, 우리나라도 OECD 가입국으로 일정 발생량을 의무적으로 감축해야할 실정이다. 따라서 우리나라와 같이 에너지원의 대부분을 외국으로부터 수입해야하는 실정에서는 에너지원의 개발과 다원화가 절실하며, 온실가스의 저감, 특히 CO₂ 저감노력 및 청정개발체제(CDM, Clean Development Mechanism) 사업에 일조할 수 있는 조력발전소의 개발에 많은 관심이 집중되고 있다.

조력(潮力)발전은 외해와 호수의 수위 차를 이용하는 원리로 우리나라 서해안의 시화호, 새만금, 가로림만, 천수만 등에서처럼 연안의 매립이나 간척지 개발에 의해 형성되는 호수의 경우에서와 같이, 방조제를 중심으로 외해 수위는 시간에 따라 상하로 수 m씩 변화하고, 반면에 호수 내의 수위는 인근으로의 홍수나 범람을 피하기 위하여 특정 관리수위 이하로 유지되어야 한다.

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수차구조물과 함께 조력발전소 시스템에 포함되는 수문구조물은 발전을 위하여 사용되는 해수의 유입 및 배출시의 유량조절 기능과 집중호우 등으로 급격히 수위가 상승하는 담수를 배출하기 위한 홍수위 조절 기능 등을 달성할 수 있도록 다양한 형태로 구성되어 진다.

수문구조물에 있어서, 수문은 수직으로 승강 또는 하강시켜 물길을 열거나 막아주는 것이 가장 일반적인 형태이다. 이러한 수문에서 가장 난제 중의 하나는 수문이 해수에 접하면서 발생하게 되는 염해부식 문제로, 부식에 의해 여러 가지 오작동이 발생하게 되며, 이런 경우 수문의 유지보수에 어려움이 발생하게 된다. 특히 조력발전의 특성상 수문은 항시 해수 중에 정지 상태에 있는 것이 아니라 조석주기에 따라 1일 2회 해수 중에서 대기 중으로 노출되면서 부식이 촉진되며, 특히 승강과 하강의 작동시 롤러와 가이드 프레임부가 접촉하는 곳에는 도장 마모 등이 발생하면서 부식이 급격히 진행된다.

종래 수문구조물의 수문은, 기능이 해수의 유통 조절에만 국한되도록 설치되는 경우가 많아 조력발전소의 관리를 위한 도로나 부대시설이 열악하여 관리요원이 상주하기 어렵고, 장기간 주변 주민과의 관계가 소원한 단점이 있다.

본 발명은 연안간척지나 매립지의 개발로 야기되는 호수의 부영양화 및 기타 오염의 문제를 해소하기 위해 수로를 개설하는 동시에 조수간만의 차이로 인해 이 수로를 통하여 출입하는 해수를 이용하여 호수 내의 물을 순환시키고 동시에 발전을 할 수 있는 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 수문의 개폐와 별도로 수문의 유지보수 그리고 해수 중에 있는 도수로에 대한 유지보수가 가능한 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 더 나아가서 수차구조물과 연계하여 주변 관광지와 연계가능한 접근도로를 설치함으로써, 해양관광단지를 위한 시설로써도 역할 가능한 조력발전소용 수문구조물을 제공하고자 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 수문구조물이 설치되는 전체 조력발전소 시스템을 개략적으로 예시한 평면 배치도이고, 도 2는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물의 단면 구성도이며, 도 3은 본 발명의 조력발전소용 수문구조물이 연속적으로 설치된 상태의 평면 구성도이고, 도 4는 본 발명의 조력발전소용 수문구조물이 연속적으로 설치된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5는 본 발명의 해수측 스톱로그와 수문의 상세도이고, 도 6은 도 5에 도시된 스톱로그와 수문의 하부에 형성된 수밀베이스의 상세도를 도시한 것이다.

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도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 수문구조물(600)은 조수간만의 차이가 적절한 조력발전소 건설지에서 호수(L)와 해수(W)와의 사이에 조력발전소를 설치하면서, 주변의 공원부지와 육지와의 사이에 다수의 유닛으로 이루어진 수차구조물(500)과 수문구조물(600) 및 그 사이에 연결구조물(700)을 설치하여 해양관광기능, 접근도로기능, 발전소기능 등이 함께 공존하는 자연 친화형 조력발전소용 수문구조물이다. 도면 중 설명부호 1000은 최외측의 수차구조물(500)과 연결되는 수차구조물 날개벽이고, 설명부호 2000은 최외측의 수문구조물(600)과 연결되는 수문구조물 날개벽을 도시한 것이다.

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본 발명에 따른 조력발전소용 수문구조물(600)은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 해저에 위치되어 기초를 형성하기 위해 평탄한 판상 구조의 기층부(1)가 구축되고, 상기 기층부(1)의 상부 양 끝단에는 수직으로 스톱로그 승하강 지지채널(13)을 각각 설치하여 이를 통해 필요 시 해수측(W) 스톱로그(11)와 호수측(L) 스톱로그(10)가 각각 설치되게 하고, 상기 해수측(W) 스톱로그 승하강 지지채널(13)의 앞쪽으로 설치된 수문권양기 지지채널(14)을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문(12)과, 기층부(1)의 상부로 해수의 흐름을 유도하는 통형 중공구조의 도수로(20)가 형성된다. 상기 호수측(L)의 스톱로그(10)를 승하강 안내하는 지지채널은 스톱로그(10)의 폭 방향 양 단부에 레일홈 형태로 배치 형성됨으로써 상기 스톱로그(10)에 가려 도시되고 있지 않다.

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상기 도수로(20)의 상측 해수측(W)으로 설치된 수문 권양기 지지채널(14)의 상부에는 스톱로그(11)의 승하강 견인을 위한 해수측 스톱로그용 크레인(40)과, 수문(12)의 승하강 견인을 위한 수문용 권양장치(31)가 설치되며, 도수로(20)의 상부 호수측(L)으로는 호수측 스톱로그(10)의 승하강 견인을 위한 갠트리 크레인(41)이 설치되고, 도수로(20)의 상측으로는 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)가 설치되어 수문구조물(600)이 구성된다. 상기 1차 접근도로(32)의 하부에는 수문구조물의 자중을 높여 안정성을 확보하기 위해 토사층(21)이 형성된다.

본 발명에서 기층부(1)는 해저의 암반부에 접하여 수문구조물의 바탕이 되는 구조이며, 도수로(20) 내부 및 수문(12)의 유지보수시 스톱로그(10)(11)를 통해 해수의 흐름을 차단한다.

상기 스톱로그의 승하강용 크레인(40)(41)은 모노레일과 같은 이동수단에 의하여 이동 가능한 구조로 구성되며, 연이어 설치되는 수문구조물의 어느 특정 도수로(20)나 수문(12)의 유지보수가 필요할 때 스톱로그(10)(11)를 상기 크레인(40)(41)을 통해 지하저장소(100)에서부터 견인하여 해당 도수로(20)의 스톱로그 지지채널(13)을 통해 설치함으로써 도수로(20)를 차단하는 역할을 한다.

본 발명의 수문구조물(600)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 조력발전소의 설계용량 및 시설물이 설치될 현장의 규모에 따라 수차구조물(600)들이 중간벽체(J)를 매개로 연속적으로 설치될 수 있다.

본 발명에서 수문(12) 및 도수로(20)의 유지보수시 도수로(20)를 차단하기 위한 스톱로그(10)(11)는, 수문구조물 날개벽(2000)과 연결구조물(700)의 해수측(W)과 호수측(L) 각각에 설치된 스톱로그 지하저장소(100)를 통해 보관되며, 상기 스톱로그(10)(11)는 필요시에 크레인(40)(41)으로 견인하여 도수로(20)의 양 단에 구성된 스톱로그 승하강 지지채널(13)을 통해 설치하여 도수로(20)의 해수 흐름을 차단하고, 도수로(20) 내부의 물을 배수하여 필요한 작업을 하도록 구성된다.

본 발명에서 수문구조물의 도수로(20)의 호수측(L) 상부는 경제성, 시공성 및 유지관리성 등을 고려하여 반구형 곡면부(R)로 형성하여 도수로(20) 폭의 급격한 감소로 인한 와류발생 및 저항을 최소화하도록 하였다.

본 발명은 상기한 구조의 기층부(1), 도수로(20), 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)로 구성되는 단위 수문구조물들이 도 3 및 도 4와 같이 중간벽체(J)를 매개로 하여 연속적으로 설치된다. 상기 단위 수문구조물의 수는 수차 및 수문의 유량특성, 손실수두 및 조석조건을 고려한 최적발전량 산출 등을 통하여 결정된다.

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본 발명은 또한 수문(12)이 하강하여 도수로(20)를 차단하는 경우 수압에 의한 해수의 누설을 막기 위하여 수문(12)의 하단부가 접하는 곳을 포함하는 수문의 사방에 지수고무를 포함하는 수밀장치를 설치하였다. 특히 구체적으로는 수문 최하단부(12a)에는 도 6에 도시된 바와 같이 기층부(1)의 재질과 다른 탄성과 내구성을 갖는 재질로 수문 수밀베이스(51)를 설치하며, 이 수문 수밀베이스(51) 내의 수문 최하단부(12a)가 접하는 곳은 별도의 수문 접점 수밀장치(52)를 설치하여 수문이 수문 수밀베이스(51)에 접할 때 외부의 높은 수압에 의한 해수의 누설이 없도록 하였다.

상기한 수문(12)의 수밀구조와 동일한 형태로 해수측과 호수측 스톱로그(11 또는 10)도 도수로(20)를 차단하는 경우, 스톱로그(11 또는 10)의 사방으로 수밀장치를 설치하였으며, 특히 스톱로그 최하단부(11a)에는 기층부(1)의 재질과 다른 탄성과 내구성을 갖는 재질로 스톱로그 수밀베이스(61)를 설치하며, 이 스톱로그 수밀베이스(61) 내의 스톱로그 최하단부(11a)가 접하는 곳에는 별도의 스톱로그 수밀장치(62)를 설치하여 스톱로그가 스톱로그 수밀베이스(61)에 접할 때 외부의 높은 수압에 의한 해수의 누설이 없도록 하였다. 상기 도 6의 설명에서는 해수측의 스톱로그(11)에 대한 수밀장치를 도시하고 있으나, 호수측 스톱로그(10)의 수밀장치도 동일하게 형성된다.

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본 발명은 우리나라 서해안 연안에 간척지나 매립지 등의 개발에 의해 형성되는 인공호수의 경우, 즉 시화호, 새만금, 가로림만, 천수만 등에서 적용이 가능한 조력발전소의 수문구조물을 제공하는 것으로, 해수와 호수의 사이에서 수문 본연의 목적인 도수로 내의 해수 흐름의 차단기능을 원활하게 발휘하는 것은 물론이고, 주변의 육지나 해양관광단지와 연계하는 관광용 도로로서의 기능, 그리고 조력발전소의 유지보수 및 관리를 용이하도록 하는 관리도로와 일체로 구성하여 주었다.

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또한 본 발명은, 수문구조물을 단위 형태로 유니트화 하여 조력발전소의 현장 규모 및 요구발전용량에 따라 수문구조물의 증감이 가능하여 상황에 따라 능동적인 대처가 가능하며, 접근도로가 일체로 구성되어 조력발전소의 양단에는 해양관광자원의 개발을 가능하게 하였다.

Claims

호수와 해수와의 사이에서 수문구조물 날개벽과 연결구조물을 통해 설치되는 수문구조물로서,

상기 수문구조물은 해저에 위치되어 기초를 형성하기 위해 평탄한 판상 구조의 기층부(1)와, 상기 기층부(1)의 상부 양 끝단에는 수직으로 스톱로그 승하강 지지채널(13)을 각각 설치하여 이를 통해 필요 시 해수측(W) 스톱로그(11)와 호수측(L) 스톱로그(10)가 각각 설치되게 하고, 상기 해수측(W) 스톱로그 승하강 지지채널(13)의 앞쪽으로 설치된 수문권양기 지지채널(14)을 통해 수직으로 설치되어 해수의 흐름을 개폐하는 수문(12)과, 기층부(1)의 상부로 해수의 흐름을 유도하는 통형 중공구조의 도수로(20)가 형성되고, 상기 도수로(20)의 호수측(L) 상부는 반구형 곡면부(R)로 형성되고, 상기 도수로(20)의 상측 해수측(W)으로 설치된 수문 권양기 지지채널(14)의 상부에는 스톱로그 승하강 견인을 위한 해수측 스톱로그용 크레인(40)과 수문(12)의 승하강 견인을 위한 수문용 권양장치(31)가 설치되며, 도수로(20)의 상부 호수측(L)으로는 호수측 스톱로그용 갠트리 크레인(41)과, 도수로(20)의 상부에는 다층구조의 1차 접근도로(32)와 2차 접근도로(33)가 설치된 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
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제 1항에 있어서, 상기 수문구조물은 중간벽체(J)를 매개로 연속 설치되며, 상기 수문구조물의 양측으로 형성된 수문구조물 날개벽(2000)과 연결구조물(700)의 해수측(W)과 호수측(L)에 스톱로그 지하저장소(100)가 설치된 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
제 1항에 있어서, 상기 도수로(20)의 수문(12)이 하강하여 수문(12)의 최하단부(12a)가 접하는 곳에 기층부(1)의 재질과 다른 탄성과 내구성을 가지는 재질의 수문 수밀베이스(51)를 설치하고, 이 수문 수밀베이스(51) 내에 접점 수밀장치(52)를 설치하고, 스톱로그(11 또는 10)가 하강하여 스톱로그 최하단부(11a)가 접하는 곳에 기층부(1)의 재질과 다른 탄성과 내구성을 가지는 재질의 스톱로그 수밀베이스(61)를 설치하고 이 스톱로그 수밀베이스(51) 내에 접접 수밀장치(52)를 설치한 것을 특징으로 하는 조력발전소용 수문구조물.
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