KR100928570B1 - 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치 - Google Patents

해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치에 관한 것으로, 바람을 이용하여 발전할 뿐만 아니라 아울러 수중 물고기의 서식을 도와 생태계 보존을 겸하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치는, 풍력발전수단(10)과; 상기 풍력발전수단이 세워지는 판상의 베이스(11)와; 상기 베이스의 저부에 하부를 향해 형성되며 수중의 바닥에 박혀 고정되는 다수의 파일(12)과; 내부에 중공의 서식홀이 구비된 육면체의 어초틀 몸체, 상기 어초틀 몸체의 바닥부에 형성되며 해조류가 식재되는 다수의 해조류 식재홀, 상기 어초틀 몸체의 측면에 하나 이상 형성되어 상기 어초틀 몸체의 서식홀과 외부를 연결하는 물고기 이동홀, 상기 어초틀 몸체의 상하부에 각각 외향 형성되는 상하부 플랜지, 상기 어초틀 몸체의 상부에 상하로 관통 형성되어 물이 통과하는 부상방지홀로 이루어져, 다수개가 연결되어 사용되는 어초틀(20)과; "U" 형태로 형성되며 양측이 일렬로 배열된 상기 어초틀 중 근접되는 2개의 어초틀의 상하부 플랜지에 각각 관통되어 너트로 체결됨으로써 상기 어초틀을 결속하는 다수의 어초틀 체결대(30)와; 반원형의 2개로 분할되며 상기 파일을 감싸면서 마주하는 단부가 체결구로 체결되는 클램프(41), 상기 클램프의 안쪽에 삽입되어 상기 파일과 함께 결속되며 상하부의 플랜지가 상기 어초틀 체결대를 통해 근접되는 어초틀과 결속되는 파일 결속대(42)로 이루어진 파일 결속수단(40)을 포함하여 구성된다.
Figure R1020090070244
해상풍력, 어초, 해조류

Description

해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치{APPARATUS FOR GENERATING OFFSHORE WIND POWER EQUIPPED WITH SEAWEED PLACE AND FISHING BANKS}
본 발명은 해상풍력 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바람을 이용하여 발전할 뿐만 아니라 아울러 수중 물고기의 서식을 도와 생태계 보존을 겸할 수 있는 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치에 관한 것이다.
풍력발전은 가장 성공적으로 보급된 신재생 에너지원이다. 그러나 우리나라처럼 국토가 비좁은 국가에서는 풍력발전기를 설치할 땅을 구하기가 쉽지 않을 뿐만 아니라 상당부분 포화되어 있으며, 해상에 비해 바람의 질도 좋지 않다. 이 때문에 해상풍력에 대한 관심이 높아지고 있다. 해상은 육상에 비해 바람이 풍부하기 때문에 발전에 유리하다는 장점도 있다.
풍력발전이란 바람이 가지는 운동에너지를 풍차를 이용해 기계적 에너지로 바꾸고 발전기를 돌려 전력을 얻는 시스템이다. 풍력발전 시설은 육상풍력발전 단 지와 해안 또는 해상에 설치하는 해상풍력발전 단지로 나뉜다.
유럽에서 가장 많은 풍력발전기를 설치한 나라는 독일로서 1만 6543개의 풍력발전기에서 1만 6628㎿(2004년 12월 말 현재)의 전기를 생산한다. 독일의 경우 현재 60여 곳의 풍력발전 단지가 형성돼 있고, 한 단지에 작게는 3.6㎿부터 크게는
100㎿의 전기를 생산한다. 독일은 전체 전력 수요의 6.5%를 풍력발전으로 충당한다. 그런데 내륙에는 풍력발전기를 설치할 장소가 부족해 점차 해상풍력발전 단지로 관심이 이동하고 있다. 해상풍력 단지는 대규모로 건설하는 것이 경제적이다.
최근에는 세계의 15개국이 해상풍력발전 단지를 구상하고 있다. 아직까지 서유럽이 주된 시장으로 전체 계획의 약 79%를 차지하고 있다.
풍력발전은 환경오염 물질의 배출이 없는 청정에너지다. 예컨대 풍력발전으로 연간 4만7000㎿h 의 전력을 생산하면 연간 330t의 이산화유황, 약 130t의 산화질소, 약 5만 1912t의 이산화탄소, 약 8t의 먼지와 약 41t의 일산화탄소를 줄일 수 있다.
풍력에너지는 자연으로부터 무한정 공짜로 얻을 수 있다. 반면 원유나 매장가스, 석탄, 우라늄 등은 한정된 자원이다. 또한, 풍력은 원자력에 비해 안전한 에너지다. 풍력발전소를 단지화하면 단지 내에 풍력발전기의 부품을 생산하거나 유지보수를 담당하는 업체가 입주해 고용창출의 효과를 볼 수 있다.
풍력발전 기술의 핵심은 발전기에 있다. 우리나라에서는 1970년대부터 풍력발전기에 대한 연구를 시작했다. 당시 시작품을 만들기도 했으나 기술의 축적 없이 외국 업체의 제품을 모방하는 수준에 머물렀다. 1987년 '대체에너지 기술개발 촉진 법'을 만들고 1988년에 대체에너지 기술 개발 기본계획을 수립한 이후 풍력발전에 대한 연구는 가속도를 내기 시작했다.
1990년대에는 해외의 풍력발전 기술 개발 추세에 따라 더 크고 경제성 있는 풍력발전 시스템에 연구가 집중됐다. 최근 (주) 효성은 5MW급 수평축 해상풍력발전기를 개발하고 있으며, (주)두산중공업은 3MW급 해상풍력발전기를 개발하여 실증중에 있다.
삭제
그러나 풍력발전시스템 전체를 설계하고 제작하는 부분은 아직까지 기술적인 축적이 부족하다. 대형 풍력발전의 국산 상용 풍력발전시스템의 독자적 생산 및 수출에 이르기까지는 험난한 길이 예상된다.
그럼에도 불구하고 우리나라의 해상풍력발전 단지 조성 계획은 급물살을 타고 있다. 제주도와 부산 등에 잇따라 해상풍력단지 구축 사업이 추진 중이다. 현재 해상풍력발전 단지 타당성 조사를 위한 풍황 실태조사가 진행되고 있으며, 이를 위한 환경영향평가를 준비 중에 있다. 우리나라의 풍황과 풍속은 외국 해안과 비교했을 때 거의 대등하거나 더 나은 것으로 평가받는다. 특히 남해안과 제주도를 가능성이 있는 지역으로 평가하고 있다. 제주 행원 풍력발전 단지의 경우
는 평균 발전 원가가 90원/㎾h 수준으로서 제주도 내 한전 발전소의 평균 발전원가 약 130원/㎾h에 비해 저렴하다. 자체적으로도 충분한 경쟁력을 지니고 있어서 풍력에 의한 연간 전력 생산량을 12GWh/년으로 예상하고 있다.
한전에 전기를 판매할 경우 연간 6억~7억원 정도의 수입이 예상돼 제주도 입장에서는 충분한 사업성을 갖췄다고 할 수 있다. 이 밖에 경북 울릉도의 풍력발전시스템은 연간 770㎿h의 전기를 생산해 5,000만~6,000만원 정도의 수입을 올릴 것으로 예상된다.
삭제
다른 지방자치단체들도 제주도의 풍력기술 사업화 과정을 관심 있게 지켜보고 있다. 상황에 따라서는 풍력기술의 사업화가 획기적으로 빨라질 수 있다. 해상풍력발전 사업을 추진하고 있거나 희망하는 지역은 제주도(행원, 한경), 강원도(대관령지구, 태백), 전라북도(새만금), 경북(영덕) 및 인천(서해안 지역) 등 전국에 걸쳐 있다.
국제기후협약과 같은 세계적인 움직임은 무공해의 신재생 에너지의 도입을 불가피하게 만들고 있다. 이러한 국제 사회의 흐름에 발맞추고자 우리 정부에서도 앞으로 2011년에 총 에너지 대비 신재생 에너지 비중을 5%로 높인다는 목표를 설정했다.
그런데, 이러한 해상풍력발전의 경제적 가치는 단지 전기를 생산하는 데에서만 국한되어 있으며, 여기서, 해상풍력발전장치는 해상에 설치된다는 점에서 수중 생태계의 보존을 위한 기술로 활용할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해풍을 이용하여 발전함과 아울러 수중 물고기의 서식을 위한 생태공간을 제공하고, 다수의 풍력발전수단들을 서로 연결하여 지지기반의 증대를 통해 풍력발전수단의 파손을 줄일 수 있는 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치는, 풍력발전수단과; 상기 풍력발전수단이 세워지는 판상의 베이스와; 상기 베이스의 저부에 하부를 향해 형성되며 수중의 바닥에 박혀 고정되는 다수의 파일과; 내부에 중공의 서식홀이 구비된 육면체의 어초틀 몸체, 상기 어초틀 몸체의 바닥부에 형성되며 해조류가 식재되는 다수의 해조류 식재홀, 상기 어초틀 몸체의 측면에 하나 이상 형성되어 상기 어초틀 몸체의 서식홀과 외부를 연결하는 물고기 이동홀, 상기 어초틀 몸체의 상하부에 각각 외향 형성되는 상하부 플랜지, 상기 어초틀 몸체의 상부에 상하로 관통 형성되어 물이 통과하는 부상방지홀로 이루어져, 다수개가 연결되어 사용되는 어초틀과; "U" 형태로 형성되며 양측이 일렬로 배열된 상기 어초틀 중 근접되는 2개의 어초틀의 상하부 플랜지에 각각 관통되어 너트로 체결됨으로써 상기 어초틀을 결속하는 다수의 어초틀 체결대와; 반원형의 2개로 분할되며 상기 파일을 감싸면서 마주하는 단부가 체결구로 체결되는 클램프, 상기 클램프의 안쪽에 삽입되어 상기 파일과 함께 결속되며 상하부의 플랜지가 상기 어초틀 체결대를 통해 근접되는 어초틀과 결속되는 파일 결속대로 이루어진 파일 결속수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치에 의하면, 해상에 풍력발전수단을 설치하여 해풍을 이용한 풍력에너지를 획득하고, 또한, 다수의 어초틀이 서로 결속됨과 아울러 풍력발전수단에 연결되어 풍력발전수단을 지지기반으로 활용함과 동시에 수중에 설치되므로 별도의 지지장치 없이 물고기가 서식할 수 있는 공간과 먹이를 제공할 수 있다. 따라서, 풍력발전과 수중 생태계 2가지의 목적을 달성할 수 있으므로 기존 풍력발전장치와 비교할 때 효용성과 가치가 매우 높아지는 효과가 있다.
도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치는, 크게, 풍력발전수단(10), 어초틀(20)로 구성된다.
풍력발전수단(10)은 기존에 사용되고 있는 것이 사용되므로 구체적인 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
단, 본 발명에서 풍력발전수단(10)을 어초틀(20)과 결속하기 위하여 베이스(11)와 파일(12)이 갖추어진다.
베이스(11)는 판상 구조물로서,풍력발전수단(10)을 하부에서 지지하며 콘크리트나 합성수지 등을 재질로 할 수 있고, 내부에 공기나 물이 채워져 해상에 부유하는 부구일 수 있다.
파일(12)은 콘크리트 말뚝, 강관 등이 사용 가능하며, 베이스(11)에 일체 또 는 고정되는 구조이고, 하단부가 수중 바닥에 박혀 베이스(11)를 지지한다.
어초틀(20)은 해조류가 식재되고 물고기가 서식할 수 있는 공간을 제공하면서 풍력발전수단(10)과 연결되어 풍력발전수단(10)의 지지기반을 증대시킨다.
어초틀(20)은 내부에 중공의 서식홀(21a)이 구비된 육면체의 어초틀 몸체(21), 어초틀 몸체(21)의 바닥부에 형성되며 해조류가 식재되는 다수의 해조류 식재홀(22), 어초틀 몸체(21)의 측면에 하나 이상 형성되어 어초틀 몸체(21)의 서식홀(21a)과 외부를 연결하는 물고기 이동홀(23), 어초틀 몸체(21)의 상하부에 각각 외향 형성되는 상하부 플랜지(24,25)로 이루어진다.
이와 같은 구조의 어초틀(20)은 다수개가 풍력발전수단(10)의 사이에 연쇄적으로 연결되어 근접되는 풍력발전수단(10)을 서로 연결하며, 폐루프로 배열되어 가두리 양식장을 형성할 수도 있다.
어초틀(20)은 해조류 식재홀(22)에 해조류가 식재되어 물고기가 서식할 수 있는 공간을 제공할 수 있고, 또한, 내부의 서식홀(21a)을 통해 작은 물고기가 안전하게 서식 또는 은신할 수 있으므로 어초로서의 기능을 수행할 수 있다.
어초틀(20)은 콘크리트, 합성수지 등을 재질로 할 수 있고, 내부에 공기나 물이 채워지는 부구(27)가 연결되어 수중에 일정 깊이로 잠길 수 있다. 반대로 말하면 어초틀(20)은 부구(27)를 통해 일정 깊이로 떠있게 되는 것이다. 즉, 부구(27)에 의해 어초틀 체결대(30)와 베이스 결속와이어(50)의 부하를 줄일 수 있는 것이다.
부구(27)는 어초틀(20)의 위치를 조정할 수 있도록 공기나 물을 임의로 채울 수 있도록 주입부를 갖는다.
어초틀(20)은 어초틀 체결대(30)를 통해 서로 결속된다.
어초틀 체결대(30)는 "U" 형태로 형성되며 양측이 근접되는 2개의 어초틀(20)의 상하부 플랜지(24,25)에 각각 관통되어 너트로 체결됨으로써 어초틀(20)을 결속한다.
상하부 플랜지(24,25)에는 각각 2개씩 이상의 어초틀 체결대(30)가 셋트로 하여 체결되어 어초틀(20)의 비틀림을 막을 수 있다.
풍력발전수단(10)은 어초틀(20)과 결속되어야 할 것이며, 파일 결속수단(40)과 베이스 결속와이어(50)를 통해 견고하게 결속될 수 있다.
파일 결속수단(40)은 클램프(41) 및 파일 결속대(42)로 구성된다.
클램프(41)는 반원의 2개로 분할되며 파일(12)을 감싸면서 마주하는 단부가 체결구로 체결되는 구성이다.
파일 결속대(42)는 클램프(41)의 안쪽에 삽입되어 파일(12)과 함께 결속되며 상하부의 플랜지가 어초틀 체결대(30)를 통해 근접되는 어초틀(20)과 결속된다.
파일 결속대(42)는 클램프(41)에 의해 파일(12)에서 이탈되지 않으면서 어초틀(20)을 결속함과 아울러, 어초틀(20)이 승강할 수 있도록 클램프(41)에 여유공간을 두고 설치된다. 따라서, 파일(12)은 수중 바닥에 고정된 상태이지만 어초틀(20)은 파도 등에 의해 승강할 수 있다.
베이스 결속와이어(50)는 풍력발전수단(10)들 사이의 어초틀(20)과 베이스(11)를 결속하는 것으로, 다음과 같은 구조를 통해 설치된다.
어초틀(20)의 어초틀 몸체(21)의 상면에는 다수의 와이어 연결고리(51)가 설치되고, 파일(12)의 둘레부에는 하나 이상의 와이어 유도롤러(52)가 설치되며, 베이스 결속와이어(50)는 와이어 연결고리(51)를 관통하면서 와이어 유도롤러(52)를 통해 방향이 전환되어 양측 단부가 베이스(11)에 형성된 통공에 관통되면서 조임구(53)를 통해 결속된다.
베이스 결속와이어(50)를 조임구(53)로 조일 때 조임력을 흡수하고 베이스(11)의 움직임으로 인한 파손을 방지하기 위하여 조임구(53)와 베이스(11) 사이의 베이스 결속와이어(50)에는 코일스프링(54)이 끼워진다.
본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치의 작용은 다음과 같다.
다수의 어초틀(20)은 어초틀 체결대(30)를 매개로 하여 연쇄적으로 연결되고 풍력발전수단(10)은 파일 결속수단(40)과 베이스 결속와이어(50)를 통해 어초틀(20)에 연결되며, 결국 어초틀(20)은 풍력발전수단(10)을 기초 구조물로 사용하여 수중에 설치되고 풍력발전수단(10)들은 어초틀(20)을 지지기반으로 하여 서로 연결되는 것이다.
풍력발전수단(10)은 해상의 해풍을 통해 발전하며, 이는 기존 풍력발전수단과 동일하다.
어초틀(20)의 해조류 식재홀(22)에는 해조류가 식재되거나 자연적으로 착생할 수 있으며, 수중의 물고기는 해조류를 먹이로 하여 어초틀(20) 주변에 서식하게 된다.
수중의 물고기는 어초틀(20)의 물고기 이동홀(23)을 통해 어초틀(20)의 서식홀(21a)을 자유롭게 출입하면서 서식하게 되며, 서식홀(21a)에서 은신할 수 있다.
한편, 어초틀(20)은 부상방지홀(26), 해조류 식재홀(22), 물고기 이동홀(23)을 통해 해수가 통과할 수 있는 구조이기 때문에 부력에 의해 해수면으로 부상하지 않을 것이며, 파도 등이 큰 경우에는 파일(12)에서 승강하여 파손을 최소화할 수 있다.
삭제
도 1은 본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치의 설치 상태도.
도 2는 본 발명에 의한 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치의 요부 발췌 분해 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 풍력발전수단, 11 : 베이스
12 : 파일, 20 : 어초틀
30 : 어초틀 체결대, 40 : 파일 결속수단
50 : 베이스 결속와이어,

Claims (3)

  1. 해풍에 의해 회전하여 발전하는 풍력발전수단(10)과;
    상기 풍력발전수단이 세워지는 판상의 베이스(11)와;
    상기 베이스의 저부에 하부를 향해 형성되며 수중의 바닥에 박혀 고정되는 다수의 파일(12)과;
    내부에 중공의 서식홀(21a)이 구비된 육면체의 어초틀 몸체(21), 상기 어초틀 몸체의 바닥부에 형성되며 해조류가 식재되는 다수의 해조류 식재홀(22), 상기 어초틀 몸체의 측면에 하나 이상 형성되어 상기 어초틀 몸체의 서식홀과 외부를 연결하는 물고기 이동홀(23), 상기 어초틀 몸체의 상하부에 각각 외향 형성되는 상하부 플랜지(24,25), 상기 어초틀 몸체의 상부에 상하로 관통 형성되어 물이 통과하는 부상방지홀(26)로 이루어져, 다수개가 연결되어 사용되는 어초틀(20)과;
    "U" 형태로 형성되며 양측이 일렬로 배열된 상기 어초틀 중 근접되는 2개의 어초틀의 상하부 플랜지에 각각 관통되어 너트로 체결됨으로써 상기 어초틀을 결속하는 다수의 어초틀 체결대(30)와;
    반원형의 2개로 분할되며 상기 파일을 감싸면서 마주하는 단부가 체결구로 체결되는 클램프(41), 상기 클램프의 안쪽에 삽입되어 상기 파일과 함께 결속되며 상하부의 플랜지가 상기 어초틀 체결대를 통해 근접되는 어초틀과 결속되는 파일 결속대(42)로 이루어진 파일 결속수단(40)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 어초틀의 어초틀 몸체의 상면에 고정되는 다수의 와이어 연결고리(51), 상기 파일의 둘레부에 고정되는 하나 이상의 와이어 유도롤러(52), 상기 와이어 연결고리와 와이어 유도롤러의 안내를 받으면서 양측 단부가 상기 베이스에 형성된 통공에 관통되는 베이스 결속와이어(50), 상기 베이스 결속와이어의 단부에 체결되며 상기 베이스 결속와이어를 인장하여 상기 베이스와 어초틀을 결속하는 조임구(53), 상기 베이스 결속와이어에 끼워지면서 상기 조임구와 상기 베이스의 사이에 개재되어 상기 조임구로부터 가해지는 힘을 흡수하는 코일스프링(54)이 포함된 것을 특징으로 하는 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 내부에 공기나 물이 채워지며 상기 어초틀에 연결되어 상기 어초틀을 수중에 일정 깊이로 잠기도록 하는 부구(27)가 포함된 것을 특징으로 하는 해조장 및 어초기능을 겸비한 해상풍력 발전장치.
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