KR100849673B1 - 복류식 조류발전장치 케이슨 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조류 흐름에 대한 유실의 염려가 없도록 설치 안전성을 확보하고, 해중으로 투하하는 것만으로 간단하게 설치가 완료되어 경제적인 시공이 가능토록 한 복류식 조류발전장치 케이슨을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 구체적인 수단은, 일방에서 타방으로 관통된 하나 이상의 조류통로를 갖고, 상기 조류통로는 중앙에 가장 작은 조류통로의 단면을 갖는 목부와, 상기 목부를 대칭으로 점차 증가하는 조류통로의 단면을 갖는 확관부로 이루어진 케이슨 몸체와; 상기 조류통로 내에 위치하여 상기 케이슨 몸체에 지지된 발전장치와; 상기 케이슨 몸체의 하부에 구비되어 해저 바닥에 박히게 되는 복수 개의 고정요소를 포함하고; 상기 케이슨 몸체는 해중 투하시 상기 고정요소가 자중으로 해저 바닥으로 안착하되 미리 만들어 둔 케이슨 자리에 침입되어 조류에 의한 유실을 방지하도록 콘크리트로 제작된 것을 특징으로 한다.

조류발전, 발전장치, 복류식, 케이슨

Description

복류식 조류발전장치 케이슨{Caisson for double-current tidal stream device}

본 발명은 조석간만의 차에 의한 조류의 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 조류발전장치에 관한 것으로, 특히 해상에서 해중으로 투하시키는 것만으로 간단하게 설치하여 저비용으로 경제적으로 발전할 수 있도록 한 복류식 조류발전장치 케이슨에 관한 것이다.

해양에서 개발되고 있는 에너지는 조류발전, 조력발전, 파력발전, 온도차발전, 풍력발전 등이 대표적이다. 이러한 대부분의 대체에너지 자원은 환경적인 영향에 매우 지배적이다. 조석간만에 의한 조석의 낙차를 이용한 조력발전은 방조제나 조력 댐의 건설비용이 많이 들고, 해양환경에 막대한 영향을 미친다. 특히, 갯벌의 황폐화는 물론 방대한 지역이 요구되므로 환경론자들과 인근 주민들의 민원대상이 되고 있다.

일반적으로 조류발전은 조류의 속도가 2m/s 이상인 지역에 설치되는데, 일정한 발전량을 얻기 위해 이 속도 이하에서는 발전기가 구동되지 않도록 하며, 이 이상의 속도에서는 발전장치 하우징 및 조류발전 구조물에 대한 조류저항 문제가 중 요하게 되므로 수차터빈의 구조적 안전성을 확보하기 위해 많은 노력을 기울이게 된다. 특히 국내에서 시험되고 있는 수중 수하식 수차터빈의 경우는 태풍 등으로 인하여 조류 속도가 현저하게 빨라질 때 조류력에 대한 구조물의 안정적 지지를 유지하기 어려운 문제가 발생한다.

국내 조류발전 유망 대상지 중에서 으뜸으로 손꼽히는 진도 연안의 울돌목은 최고 유속이 약 6.5m/s에 달하는데, 이와 같이 유속이 빠른 곳에 상기와 같은 수차터빈을 설치하는 방식은 불가능은 아니나 실제로 시공의 어려움이 발생하여 계획 공기의 연장이 불가피하게 되었을 뿐만 아니라 시공비가 막대하게 필요하여 경제성이 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.

한편, 해저지면에 지주대(또는 기둥)를 세우고, 이에 발전기를 매달아 설치하는 방식의 경우는 대개 별도의 지주대를 설치해야하는 기초 공사가 필요로 하고, 이 때 구조물의 일부가 해상으로 올라오는 경우에는 해상 선박의 항해를 방해하게 되므로 이를 대비하는 별도의 조치가 필요하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창출된 것으로, 조류 흐름에 대한 유실의 염려가 없도록 설치 안전성을 확보하고, 해중으로 투하하는 것만으로 간단하게 설치가 완료되어 경제적인 시공이 가능토록 한 복류식 조류발전장치 케이슨을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

일방에서 타방으로 관통된 하나 이상의 조류통로를 갖고, 상기 조류통로는 중앙에 가장 작은 조류통로의 단면을 갖는 목부와, 상기 목부를 대칭으로 점차 증가하는 조류통로의 단면을 갖는 확관부로 이루어진 케이슨 몸체와;

상기 조류통로 내에 위치하여 상기 케이슨 몸체에 지지된 발전장치와;

상기 케이슨 몸체의 하부에 구비되어 해저 바닥에 박히게 되는 복수 개의 고정요소를 포함하고;

상기 케이슨 몸체는 해중 투하시 상기 고정요소가 자중으로 해저 바닥으로 내려가 안착하되 일반적으로 조류의 흐름방향은 조석주기에 따라 180도 반대 방향으로 흐르는 것을 고려하여, 미리 만들어 둔 케이슨 자리에 침입되도록 하여 조류에 의한 유실을 방지하도록 콘크리트로 제작된 것을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 확관부의 외측에는 각기 곡면으로 벌어진 만곡부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 조류통로의 단면은 목부에서 원형으로 이루어지고, 상기 확관부에서 원형 또는 사각 단면으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르면,

상기 고정요소는 상기 케이슨 몸체에서 일체로 돌출하여 뾰족하게 형성된 침부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 복류식 조류발전장치 케이슨에 따르면, 자중에 의해 해중 아래로 가라앉혀 미리 케이슨 자리를 만들어 둔 해저지면에 설치 완료되어 별도의 고정장치가 불필요하여 시공이 간단하고 경제적이며, 조류에 의한 유실의 염려가 없어 안정적으로 운용될 수 있다.

또한, 해저지면에 가라앉혀 설치되므로 선박의 운행에 방해를 주지 않는 장점을 가지며, 양방향의 조류 모두에 대하여 발전을 일으켜 발전장치의 가동률이 향상된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 복류식 조류발전장치 케이슨의 실시 예의 정면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도이고, 도 3은 도 1의 우측면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 복류식 조류발전장치 케이슨의 수중 투하 예시도이다.

본 발명에 따른 복류식 조류발전장치 케이슨(10)은 도 1 및 도 2에서와 같이 케이슨 몸체(20)가 구비된다. 케이슨 몸체(20)는 반영구적으로 사용이 가능하고 해수에 의한 염해부식의 염려가 없으며 중량구조물로 제작하기 용이한 콘크리트로 양생 제작된다. 이때 케이슨 몸체(20)는 해중 투하시 후술할 고정요소(40)가 자중으로 해저 바닥으로 안착하되 미리 만들어 둔 케이슨 자리(120)에 침입되도록 충분한 중량(W)을 갖는다.
여기서, 케이슨 자리(120)는 통상의 콘크리트 구조물 제작 방법과 동일하게 거푸집을 통해 콘크리트로 양생한 후 해저 바닥에 설치하여 이루어진 것이다.

또한 케이슨 몸체(20)에는 일방에서 타방으로 관통된 하나 이상의 조류통로(21)를 갖는다. 조류통로(21)는 중앙에 가장 작은 조류통로(21) 단면을 갖는 목부(22)와, 상기 목부(22)를 대칭으로 점차 증가하여 조류통로(21) 단면을 갖는 확관부(23,24)로 이루어져 있다.

여기서 목부(22)는 조류통로(21)를 통과하는 해수의 유속이 가장 빠르게 나타나는 부분이고, 이때 확관부(23,24)는 조류통로(21)로 유입되는 해수 흐름의 방향에 따라 어느 하나가 해수 흐름의 입구가 되면 다른 하나는 해수 흐름의 출구가 된다.

유입되는 해수의 속도분포가 균일하게 유도되도록 확관부(23,24)의 외측에는 각기 곡면으로 벌어진 만곡부(23a,24a)가 포함되어 있다. 만곡부(23a,24a)는 조류통로(21)로 유입되는 조류의 유입량을 증대시켜 목부(22)로 가는 조류의 속도를 증폭시키는 기능을 한다.

조류통로(21)의 단면은 일실시 예로써 도 1과 같이 전체가 원형으로 구성될 수 있다. 다른 실시 예로써 조류통로(21)의 단면은 목부(22)에서 원형으로 이루어지고, 확관부(23,24)에서 사각 단면으로 구성될 수 있다.

상기 조류통로(21)내에는 케이슨 몸체(20)에 지지된 발전장치(30)가 위치된다. 발전장치(30)는 조류 흐름으로 회전되는 프로펠러(31)와 프로펠러(31)의 회전축에 연결되어 전기를 생산하는 발전기(32)로 이루어져 있다.

케이슨 몸체(20)의 하부에는 해저 바닥에 박히게 되는 복수 개의 고정요소(40)를 구비한다. 고정요소(40)는 케이슨 몸체(20)에서 일체로 돌출하여 뾰족하게 형성된 침부(42)가 포함되어 있다. 또한 케이슨 몸체(20)의 저면에는 복류식 조류발전장치 케이슨(10)의 유동을 억제하기 위한 요홈(41)이 더 구성될 수 있다.

미설명부호 '29'는 '인양고리'이다.

이와 같이 구성된 본 실시 예의 작용을 설명한다.

먼저, 복류식 조류발전장치 케이슨(10)은 지형이 평탄하고 조류의 속도가 2m/s 이상인 해저에 설치된다. 이를 위해 먼저, 복류식 조류발전장치 케이슨(10)은 도 4와 같이 선체(100)에 실려 설치 해역으로 이동된다.

해당 해역에 도달되면 크레인(110)을 이용하여 케이슨 몸체(20)를 인양하여 해중으로 투하시킨다. 이렇게 되면 케이슨 몸체(20)가 자중(W)에 의해 가라앉아 해저지면에 도달하게 되고, 일반적으로 조류의 흐름방향은 조석주기에 따라 180도 반대 방향으로 흐르는 것을 고려하여, 미리 만들어 둔 케이슨 자리(120)에 안착하게 된다. 이어서 케이슨 몸체(20)의 하부측 고정요소(40)가 해저지면을 뚫고 들어가고, 이때 침부(42)에 의해 고정요소(40)가 바닥에 확고하게 박히게 된다.

따라서 복류식 조류발전장치 케이슨(10)은 조류 속에 안정적으로 잠겨 부동의 위치를 확보하게 된다. 따라서 설치 해역에서 발생되는 조류는 케이슨 몸체(20)의 조류통로(21)를 거치게 된다.

이때 조류는 조류통로(21)의 확관부(23,24)를 경유하여 최소단면을 갖는 목부(22)에서 유속이 가장 빠르게 일어나고, 이로 인해 목부(22)에 배치된 프로펠러(31)가 유속에 의해 회전운동하면서 발전기(30)에서 전기를 생산하게 된다. 생산된 전기는 발전장치(30)의 해저케이블(43)을 타고 가까운 육지로 송전된다.

이와 같이 설치된 복류식 조류발전장치 케이슨(10)은 조류통로(21)의 양방향으로 흐르는 조류흐름을 다 이용하게 되므로 발전장치의 가동률이 향상된다.

또한 자중에 의해 가라앉도록 하여 미리 자리를 만들어 둔 케이슨 자리(120)에 확고히 고정 설치되어 별도의 고정장치가 불필요하고 케이슨 몸체(20)가 콘크리트로 제작되어 매우 경제적이며, 조류에 의한 유실의 염려가 없어 안정적으로 운용될 수 있다. 또한 해저지면에 가라앉아 설치되므로 선박의 운행에 방해를 주지 않는 장점을 갖는다.

본 실시 예에서는 케이슨 몸체(20)에 2대의 발전장치(30)를 설치하였으나 조류통로(21)의 설치 개소에 따라 발전장치(30)를 그 이상으로 증설하여 구성할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.

도 1은 본 발명에 따른 복류식 조류발전장치 케이슨의 일실시 예의 정면도.

도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.

도 3은 도 1의 우측면도.

도 4는 본 발명에 따른 복류식 조류발전장치 케이슨의 수중 투하 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20: 케이슨 몸체

21: 조류통로

22: 목부

23,24: 확관부

23a,24a: 만곡부

30: 발전장치

40: 고정요소

42: 침부

120: 케이슨 자리

Claims (4)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 일방에서 타방으로 관통된 하나 이상의 조류통로(21)를 갖고, 상기 조류통로(21)는 중앙에 가장 작은 조류통로(21)의 단면을 갖는 목부(22)와, 상기 목부(22)를 대칭으로 점차 증가하는 조류통로(21)의 단면을 갖는 확관부(23,24)로 이루어진 케이슨 몸체(20)와;

   상기 조류통로(21) 내에 위치하여 상기 케이슨 몸체(20)에 지지된 발전장치(30)와;

   상기 케이슨 몸체(20)의 하부에 구비되어 해저 바닥에 박히게 되는 복수 개의 고정요소(40)를 포함하되;

   조류의 흐름방향이 조석주기에 따라 180도 반대 방향으로 흐르는 것을 고려하여 상기 고정요소(40)는 상기 케이슨 몸체(20)에서 일체로 성형되어 해저 바닥에 미리 만들어 둔 케이슨 자리(120)에 침입되는 침부(42) 및 요홈(41)으로 구성되고;

   상기 케이슨 몸체(20)는 해중 투하시 자중으로 해저 바닥에 안착되도록 콘크리트로 제작된 것을 특징으로 하는 복류식 조류발전장치 케이슨.

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