KR101075072B1 - 해류발전기 지지용 틀 구조물 - Google Patents

해류발전기 지지용 틀 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조력발전시스템과 같은 해양발전시스템이나 방조제의 배수갑문 또는 수문구조물과 같은 인공의 해양구조물을 통하여 고속으로 흐르는 해류를 이용하여 수차터빈의 날개를 회전시켜 전기에너지를 얻는 해류발전기에 있어서, 상기 다수의 해류발전기로 조성하는 해류발전단지에 관한 것으로,
조석간만의 자연현상에 의한 조류의 속도보다 훨씬 빠른 속도로 흐르는 해류 중에 조성되는 대규모 해류발전단지를 위한 해류발전기 지지용 틀 구조물을 제공한다.
방조제(Barrage), 조류발전(Tidal Current Power), 해류발전(Ocean Current Power), 해류발전단지(Ocean Current Power Park), 지지용 틀 구조물(Supporting Frame Structure)

Description

해류발전기 지지용 틀 구조물{The frame structure to support ocean current power generators}
본 발명은 빠른 속도로 흐르는 강물이나 조석간만의 차에 의한 자연적인 조류가 가지는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 다수의 조류발전기를 이용하여 조성하는 조류발전단지에 관한 것으로,
보다 구체적으로는, 본 발명의 발명자가 고안하여 국내 특허등록된 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템(등록특허10-0867547, PCT/KR2008/001388)과 수문발전과 해류발전을 겸하는 복합 해양발전시스템(등록특허10-0883756, PCT/KR2008/002414)과 관련된 것으로, 해양발전시스템이나 방조제의 배수갑문 또는 수문구조물과 같이 인공적으로 구축된 해양구조물 등을 통하여 조석간만의 자연현상에 의한 조류의 속도보다 훨씬 빠른 속도로 흐르는 해류의 운동에너지를 이용하여 해류발전기의 수차터빈 날개를 회전시켜 전기에너지를 얻을 수 있는 다수의 해류발전기를 배치하여 조성하는 해류발전단지에 있어서, 상기의 해류발전기를 견고하게 지지할 수 있는 해류발전기 지지용 수직기둥과 수평기둥의 형상과 상기의 해류발전단지 전체를 견고하게 지지할 수 있는 일체형 해류발전기 지지용 틀 구조물에 관한 것이다.
조류발전은 자연현상인 조석간만의 차에 의해 생성되는 조류의 흐름이 빠른 곳을 선정하여 그 지점에 조류발전기를 설치하고, 조류의 흐름을 이용하여 조류발전기를 가동시켜 발전하는 것으로 연속적이며, 예측 가능할 뿐 아니라 신뢰성 있는 에너지원으로 각광받고 있다.
조류발전은 풍력발전과 같이 유체의 운동에너지를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산한다. 조류로부터 에너지를 추출하는 기본 물리법칙들은 풍력발전의 경우와 동일하여 풍력발전기의 터빈 날개와 유사한 양력장치가 비용측면에서 효과적이고 가장 효율적인 것으로 밝혀져 있다. 또한 조류발전과 풍력발전의 가장 큰 차이는 동일한 정격 출력에 대하여 풍력발전의 터빈에 비해 조류발전용 수차터빈의 크기가 훨씬 작으며, 훨씬 가깝게 배치될 수 있다는 것인데, 이것은 바닷물의 밀도가 공기의 밀도보다 약 840배 더 크기 때문이다.
대개 조석간만에 의해 발생하는 빠른 조류의 길목에 조류발전기를 설치해 발전하는 조류발전은 풍력발전과 마찬가지로 다음 식(1)로부터 발전출력을 계산할 수 있다.
Figure 112009026237115-pat00001
따라서 조류발전에서 얻을 수 있는 발전출력 Pw은 해수의 밀도 , 조류발전기의 효율 η과 해수통과 단면적 A에 비례하고 조류속도 V의 3제곱에 비례하므로 높은 조류속도는 조류발전에 절대적으로 유리하다.
[종전기술의 문제점]
하지만 조류발전기에 미치는 조류의 저항은 해수의 밀도와 조류발전기의 해수통과 단면적 에 비례하고 조류속도 V의 2제곱에 비례하므로 높은 조류속도는 조류발전장치 하우징 및 발전구조물을 설치할 때에 매우 중요한 문제가 된다. 또한 조류의 속도가 느리게 되는 시간이 매우 짧으므로 조류발전기를 설치하는 것은 대단히 어려운 문제이다.
전 세계적으로도 조류발전에 유효한 조류의 평균속도가 2.0m/s 넘는 곳은 매우 제한되어 있는 실정인데, 조류의 평균속도와 해저수심, 지형, 지질 그리고 접근성 등을 두루 갖춘 곳이라고 하더라도 우리나라 울돌목처럼 순간 최대속도가 높게 되면, 설치해야하는 시설물의 구조적인 안전성을 확보하기 위해서 훨씬 고비용의 구조물을 설치해야 하므로 경제적으로 매우 불리하게 된다.
조류발전기는 대부분 해저지반에 원형 단면의 단일 기둥을 고정하고, 그 위에 발전기를 설치고정하여 조류의 흐름을 이용하여 발전하도록 하고 있다. 따라서 바다 속에 설치되는 조류발전기들은 풍력발전기와 똑같은 원리가 적용되며 일렬로 줄지어 세우거나 단지 형태로 높은 속도의 조류가 흐른 곳에 설치된다. 하지만 빈번하게 방향이 바뀌면서 빠르게 흐르는 조류의 저항을 이기고 해저지반에 기초를 건설하고 조류발전기를 설치하는 것이 커다란 난제이며, 설치 후에 기계의 내구성과 안전성 확보도 매우 어려운 과제이다.
최근 들어 본 발명의 발명자가 고안하여 국내 특허등록한 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템(등록특허10-0867547, PCT/KR2008/001388)과 수문발전과 해 류발전을 겸하는 복합 해양발전시스템(등록특허10-0883756, PCT/KR2008/002414)에서, 조석간만의 차가 큰 지역에 구축된 조력발전소와 같은 해양발전시스템이나 방조제의 배수갑문과 같은 인공의 해양구조물을 통하여 흐르는 해류가 자연현상에 의한 조류속도보다 훨씬 빠른 속도로 흐른다는 것을 밝혔다.
일반적으로 고속으로 흐르는 곳에 설치 가능한 해류발전기의 발전용량 및 설계사양은 이용 가능한 해류속도, 바다의 깊이, 해측과 호수측의 수위변동 및 해저지형 등을 고려하여 결정해야 하며, 기존의 선진 해양국가에서 개발하고 있는 것과 같이 종래 기술의 한계점들을 가지고 있는 대형 저용량의 조류발전기는 상기와 같이 고속 해류가 흐르는 곳에는 설치하는 일 조차 매우 어려운 일이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 본 발명은 자연현상에 의한 조류의 속도보다 훨씬 더 빠른 속도로 흐르는 해류를 이용하여 발전하는 다수의 해류발전기로 구성되는 해류발전단지를 견고하게 지지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적으로는 상기와 같은 해류발전단지에 설치되는 해류발전기의 확고한 지지와 안전성을 확보하기 위해 고속 해류의 저항과 난류강도에 유리한 해류발전기 지지용 수직기둥 또는 모노파일을 제공하는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 구체적인 구현수단으로써,
조석간만의 자연현상인 조류의 흐름을 이용하는 조류발전기 대신 예측 가능한 속도로 일 방향 또는 양쪽 방향으로 흐르는 양질의 고속 해류를 이용하여 발전하는 다수의 해류발전기를 설치하여 해류발전단지를 조성할 때 해류발전기 지지용 틀 구조물을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 해류발전기 틀 구조물을 이루는 수직기둥이나 수직기둥과 수직기둥 사이를 연결하는 수평기둥에는 하나 이상의 해류발전용 수차터빈으로 구성된 해류발전기가 설치될 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 해류발전기 지지용 틀 구조물은 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 해류발전기 지지용 틀 구조물에 해류발전기를 장착함에 있어서 고속 해류에서 장기적인 운영에서도 해류발전기의 확고한 지지와 해류발전단지의 구조적인 안정성을 보장할 수 있도록 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥과 수평기둥을 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물에 따르면, 본 발명의 발명자가 고안한 해양발전시스템이나 방조제의 배수갑문 또는 조력댐 수문구조물 등과 같은 인공적인 해양구조물을 통하여 고속으로 흐르는 해류의 운동에너지를 이용하여 발전하는 다수의 해류발전기로 구성되는 해류발전단지에 있어서,
다수의 해류발전기를 해류의 흐름 방향에 직각인 방향으로 일렬로 밀집 배치하여 일렬 해류발전단지를 구성할 수도 있고, 상기 일렬 해류발전단지를 해류 흐름방향의 전후로 다수 열을 구성하여 다수 열로 구성된 해류발전단지를 형성할 수도 있다. 이때 상기 일렬 해류발전기 지지용 틀 구조물은 일체로 구성되어 있으며, 상기 다수 열 해류발전기 지지용 틀 구조물도 필요에 따라 다수 열씩 일체로 구성될 수도 있고, 다수 열 해류발전단지를 구성하는 해류발전기 전체를 지지하는 틀 구조물이 일체로 구성될 수도 있다.
일반적으로 조석간만에 의해 발생되는 자연적인 조류는 조석에 따라 하루에 4번씩 흐름의 방향이 바뀌며 해저지형의 영향을 많이 받지만 해양발전시스템이나 방조제의 배수갑문이나 수문구조물과 같은 인공적인 해양구조물을 통하여 얻을 수 있는 해류는 예측 가능한 일방향 또는 양방향으로 일정하게 흐르는 양질의 잘 발달된 난류성 해수 흐름으로써 자연현상에 의해 바다에서 발생하는 조류의 흐름보다 훨씬 더 속도분포가 균일하여 해류발전기의 내구성에도 매우 유리하며, 이용가치가 높은 운동에너지를 포함한다.
따라서 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물을 사용하여 해류발전단지를 구성할 경우, 제한적인 해류발전단지 구역 내에 더 많은 수의 해류발전기를 밀집 배치할 수 있어 매우 효과적으로 큰 발전량을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 고속 해류가 해류발전기와 해류발전단지에 미치는 저항에 대해서도 강하고 안정되게 해류발전기와 해류발전단지를 지지할 수 있다.
또한 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물에 있어서, 해수가 출입하는 배출구 또는 수문의 출입구에 가까울수록 고속 해류가 흐르게 되므로 대용량 해류발전기를 설치할 수 있다. 이곳에 설치되는 해류발전기 지지용 틀 구조물 류에 의한 저항을 작게 받도록 유선형 또는 타원형 형태로 하고, 해류 출입구에서 멀어질수록, 상대적으로 와류가 혼재된 저속인 해류가 흐르는 곳에는 소용량 해류발전기를 설치해야 하며, 이곳에 설치되는 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥과 수평기둥의 단면은 원형 형태로 하되, 상기 수직기둥과 수평기둥을 연결하여 하나의 틀 구조물로 만들어 해류발전기에 미치는 해류의 저항을 해류발전기 지지용 틀 구조물 전체로 분산시킴으로써 해류발전기와 해류발전단지 전체를 더욱 굳건하게 지지할 수 있다.
특히 조력발전과 해류발전을 연계한 통합발전시스템이나 수문발전과 해류발전을 연계한 복합 해양발전시스템을 건설할 때 동시에 해류발전단지를 계획하여 건설한다면, 해류발전단지 설치 대상지역의 해저지반은 일반적으로 단단한 암반으로 되어 있어 지반기초가 매우 양호할 뿐만 아니라 해양발전시스템을 건설하는 동안에는 가물막이로 둘러싸인 맨땅이 되므로 해류발전기의 수송 및 설치가 용이하게 된다. 이것은 길지 않은 저속 조류의 물때에 맞추어 해류발전기와 부속설비를 바지선으로 수송하고 해상크레인으로 바다 속에 설치해야 하는 여타의 조류발전기의 경우와는 비교가 되지 않을 정도의 저비용으로 안전하고 손쉽게 해류발전기를 설치할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예로써, 본 발명자가 발명하여 특허등록된 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템의 해류발전단지에 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물을 적용한 평면적인 구성도이다. 도 2는 도 1의 조력발전소(100)의 수차구조물(102) 및 호수측 해류발전단지(120)의 측면도이며, 도 3은 도 1의 조력댐(200)의 수문구조물(210)과 해측 해류발전단지(220)의 측면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예로써, 본 발명자가 발명하여 특허등록된 수문발전과 해류발전을 겸하는 복합 해양발전시스템의 해류발전단지에 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물을 적용한 평면적인 구성도이다. 도 5는 도 4의 A-A에서 바라본 조력댐(200)의 수문구조물(210)과 해측(14) 및 호수측(12) 해류발전단지(220, 120)의 측면도를 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
통합발전시스템과 복합 해양발전시스템은 도 1과 도 4와 같이 조석간만의 차가 크게 발생하는 곳에 방조제(10)를 축조한다. 이하 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
상기와 같이 방조제(10)가 축조되고 나면 도 1과 같이 호수(12)가 형성된다. 상기 방조제(10)에는 호수측(12)과 해측(14)을 가로막는 조력발전소(100)와 조력댐(200)이 설치된다. 이때, 상기 조력발전소(100)와 조력댐(200)의 중간에는 조력발전소(100)와 조력댐(200)을 잇는 연결구조물 (300) 또는 연결방조제를 두어 거리를 두고 구성함이 바람직하다.
상기 연결구조물(300) 또는 연결방조제는 해류발전단지의 지형특성에 따라 수십 수백 수천 미터 또는 수 킬로미터로 구축될 수 있다.
상기 조력발전소(100)를 구성하는 수차구조물(102) 내에는 도 2와 같이 해측(14)에서 호수측(12)으로 유입되는 해수의 흐름으로 회전하는 수차날개(112)를 갖는 조력발전용 수차발전기(110)가 설치된다.
상기 조력발전소(100)를 구성하는 수차구조물(102)은 도 1과 같이 1개를 단위체로 하여 10개의 수차구조물(102)이 서로 연결된 것을 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것이고, 해류발전단지의 지형특성 또는 발전량의 계획에 따라 설치 수를 달리할 수 있다.
상기 조력발전소(100)의 수차구조물(102) 후방 즉, 호수측(12)에는 수차발전기(110)를 통하여 배출되는 해수의 흐름을 이용하여 발전하는 다수의 해류발전기(120)가 설치된다. 상기와 같이 다수의 해류발전기(120)가 호수측(12)에 설치됨으로써 호수측(12)에 해류발전단지를 이루게 된다.
상기 다수의 해류발전기(120)는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 행렬 간에 해류발전기(120)의 터빈 날개 지름만큼 일정 간격을 갖는 격자 형태로 배치하되 홀수열 해류발전기(120C)와 짝수열 해류발전기(120D)가 서로 어긋나게 배치됨이 바람직하다.
상기 조력댐(200)을 구성하는 수문구조물(210)은 도 3과 같이 수문(212)이 설치된다. 상기 수문(212)은 창조시 권양장치(214)에 의해 하강하여 해측(14) 해수가 호수측(12)으로 유입되는 것을 차단하고, 낙조시 상승하여 호수측(12) 해수를 수문도 수로(216)를 통해 해측(14)으로 방류시키는 역할을 한다.
상기 조력댐(200)을 구성하는 수문구조물(210)은 도 3과 같이 1개를 단위체로 하여 8개의 수문구조물(210)을 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것이고, 해류발전단지의 지형특성 또는 발전량의 계획에 따라 설치 수를 달리할 수 있다.
한편, 상기 수문구조물(210)의 수문(212) 쪽 후방, 즉 해측(14)에는 도 1 및 도 3과 같이 수문(212)을 통하여 바다로 방류되는 빠른 속도의 해수를 이용하여 발전하는 해류발전기(220)가 설치된다. 상기 다수의 해류발전기(220)가 해측(14)에 설치될 경우 해측(14)에 해류발전단지를 이루게 된다.
여기서, 호수측 해류발전기(120)와 해측 해류발전기(220)는 해저지면(15)에 입설된 수직기둥(18)에 각기 지지되어 설치된다.
또한, 호수측(12) 해류발전기(120)와 해측(14) 해류발전기(220)는 해류의 흐름에 회전 구동하는 프로펠러, 프로펠러의 회전축에 연결된 회전자를 갖는 발전기를 포함한다.
상기에서 조력발전소(100)의 수차구조물(102)과 조력댐(200)의 수문구조물(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 1개 이상 연결하여 구성된다.
한편, 상기 실시 예에서 조력발전소(100)와 조력댐(200)의 지형특성 또는 발전량의 계획에 따라 해류발전기(120)(220)를 통한 해류발전단지를 구성할 때 조력발전소(100)의 호수측(12)에만 다수의 해류발전기(120)를 설치하여 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템을 구성할 수 있고, 조력댐(200)의 해수측(14)에만 다수의 해류발전기(220)를 설치하여 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템을 구성할 수 있으며, 도 1과 같이 조력발전소(100)의 호수측(12)과 조력댐(200)의 해수측(14) 모두에 다수의 해류발전기(120)(220)를 각각 설치하여 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템을 구성할 수 있다.
이와 같이 구성된 실시 예에서 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물의 특성을 설명한다.
도 1과 도 4와 같이 구성되는 통합발전시스템과 복합 해양발전시스템의 해류발전단지에는 조석간만에 의한 자연적인 조류의 속도 보다 훨씬 빠른 속도의 해류가 흐르게 된다. 따라서 이곳에 설치할 수 있는 해류발전기는 조류발전기보다 더 큰 해류저항을 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 해류발전단지는 조류발전단지 보다 제한된 구역 내에 더욱 조밀하게 해류발전기를 배치하여 더 많은 전기를 얻을 수 있도록 설계하여야 한다.
도 1의 해측 해류발전기 지지용 틀 구조물(20B)과 호수측 해류발전기 지지용 틀 구조물(20D)은 각각 도 2와 도 3과 같이 해저지반(15)에 고정된 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)과 상기 수직기둥(18)과 연결되는 수평기둥(19)으로 견고하게 구성되어 있다. 이때 수직기둥(18)과 수직기둥(19)은 속이 빈 것으로 하여 내부공간을 활용할 수도 있다.
상기 수직기둥(18)의 길이는 해류발전단지 건설계획에 따라 결정되며, 수직기둥(18)의 길이가 짧을 경우, 수직기둥(18)의 상단부는 해수 중에 있을 수도 있고, 도 2와 도 3 그리고 도 5에서처럼 해수면 위로까지 올라오도록 구성할 수도 있다. 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)은 필요에 따라 수직기둥(18)의 상단부 또는 하단부 또는 상단부와 하단부의 중간부분에서 수평기둥(19)과 견고하게 연결하여 해류발전기 지지용 틀 구조물을 구성할 수 있다.
해류발전단지를 구성함에 있어서, 다수의 해류발전기를 해류의 흐름 방향에 직각인 방향으로 일렬로 밀집 배치하여 일렬 해류발전단지를 구성할 수도 있고, 도 1과 도 4와 같이 상기 일렬 해류발전단지를 해류 흐름방향의 전후로 다수 열을 구성하여 다수 열로 구성된 해류발전단지를 형성할 수도 있다. 이때 상기 일렬 해류발전기 지지용 틀 구조물은 일체로 구성되어 있으며, 상기 다수 열 해류발전기 지지용 틀 구조물도 필요에 따라 다수 열씩 일체로 구성될 수도 있고, 다수 열 해류발전단지 전체를 지지하는 틀 구조물이 일체로 구성될 수도 있다.
도 6은 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물의 일례를 나타내는 사시도로써, 도 6a는 통상적으로 해저지면(15)에 배치된 해류발전기 지지용 수직기둥(19)들이며, 도 6b는 도 6a의 수직기둥(18)의 하단부에 수평기둥(19)을 연결하여 구성한 해류발전기 지지용 틀 구조물의 사시도로써, 이때 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 연결부는 해류흐름에 방해되지 않도록 해저지면(15) 아래에 보이지 않게 설치하는 것이 바람직하다. 도 6c는 도 6a의 수직기둥의 상단부에 수평기둥(19)을 연결하여 구성한 해류발전기 지지용 틀 구조물의 사시도이며, 도 6d는 도 6a의 수직기둥(18)의 상단부와 하단부에 수평기둥(19)을 각각 연결하여 구성한 해류발전기 지지용 틀 구조물의 사시도이다.
도 6a와 같은 해류발전기 지지용 수직기둥(18)으로 구성된 해류발전단지는 조류발 전단지를 구성할 때와 같이 해저지반(15)에 입설된 다수의 모노파일 형태의 수직기둥(18)으로 구성되어 있으나 조류발전의 경우에 비해 훨씬 빠른 고속 해류로부터 보다 많은 에너지를 추출할 수 있도록 밀집된 형태로 다수의 해류발전기를 배치하여 해류발전단지를 구성할 수 있다. 하지만 조석간만의 차가 큰 지역에서도 매우 빠른 속도의 조류가 발생할 수 있으므로 이러한 곳에 조류발전단지를 형성하는 경우에도 도 6b 또는 도 6c 또는 도 6d와 같이 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)의 상단부 또는 하단부 또는 상단부와 하단부 양쪽에 또는 상단부와 하단부의 중간에 해류발전기 지지용 수평기둥(19)을 연결하여 해류발전기 지지용 틀 구조물을 일체로 구성함으로써 보다 안전하고 확실하게 조류발전기들을 지지할 수 있는 것이다.
도 7은 도 6c에 도시한 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물에 있어서, 다양한 형태의 해류발전기를 설치한 예로써, 도 7a는 다수의 단일 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지, 도 7b는 다수의 이중 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지, 도 7c는 다수의 3중 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지의 사시도이다.
일반적으로 해류발전기 지지용 수직기둥(18)은 원형단면 형태를 많이 사용하고 있으나 본 발명에서와 같이, 특히 인공 해양구조물의 수문 또는 배수갑문의 출구와 입구 가까이 설치되는 해류발전기들은 매우 잘 발달된 난류성 해류가 고속으로 접근하게 되므로 대용량 해류발전기를 설치할 수 있으며, 이때 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 단면을 해류의 흐름 방향에 대하여 길고 폭이 좁은 유선형이나 타원형 형태로 하는 것이 해류의 저항을 견디기에 유리할 뿐만 아니라 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)과 수평기둥(19) 뒤에 발생되는 와류의 영향도 줄일 수 있어 바람직하다. 반면에, 수문 또는 배수갑문의 출구와 입구에서 먼 곳일수록 해류의 속도도 많이 감소하므로 저용량 해류발전기를 설치해야 하며, 이곳은 후류의 영향으로 해류의 방향성도 일정하지 않으므로 원형 단면 형태의 수직기둥과 수평기둥을 사용하여도 무방하다.
상기 도 7의 예에서 다양한 종류의 해류발전기가 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)에 설치되어 있는 것을 일례로 하였으나 해류발전단지의 계획에 따라 해류발전기는 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수평기둥(19)에도 설치될 수 있음은 물론이다.
또한 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 빈 공간이나 외부를 이용하여 송전케이블을 설치할 수 있으며, 통합발전시스템이나 복합 해양발전시스템에 연결하거나 송전케이블을 빼내어 가까운 변전소로 용이하게 송전할 수도 있다.
또한 본 발병의 해류발전기 지지용 틀 구조물은 상단부를 덮개로 덮을 수 있고 이웃하는 해류발전기 지지용 틀 구조물이나 통합발전시스템 또는 복합 해양발전시스템과 도로나 다리 또는 레일 등으로 연결할 수 있어, 통합발전시스템이나 복합 해양발전시스템 또는 주위의 친수환경 시설과 자유롭게 왕래할 수 있으므로 해류발전 기의 고장이나 유지보수시 언제라도 매우 손쉽게 인력과 장비의 접근이 가능하므로 간단하게 문제를 해결할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물은 수평축, 3날개 형상의 해류발전기 수차터빈을 위주로 비록 한정된 실시 예와 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 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서 는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일실시 예로써, 본 발명자가 발명하여 특허등록된 조력발전과 해류발전을 겸하는 통합발전시스템의 해류발전단지에 본 발명의 해류발전기 지지용 일체형 틀 구조물을 적용한 평면적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 조력발전소(100)의 수차구조물(102) 및 호수측 해류발전단지(120)의 측면도이다.
도 3은 도 1의 조력댐(200)의 수문구조물(210)과 해측 해류발전단지(220)의 측면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예로써, 본 발명자가 발명하여 특허등록된 수문발전과 해류발전을 겸하는 복합 해양발전시스템의 해류발전단지에 본 발명의 해류발전기 지지용 일체형 틀 구조물을 적용한 평면적인 구성도이다.
도 5는 도 4의 A-A에서 바라본 조력댐(200, 201)의 수문구조물(210, 211)과 해측(14) 및 호수측(12) 해류발전단지(120, 220)의 측면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물의 일례를 나타내는 사시도로써, 도 6a는 통상적으로 해저지면에 배치된 해류발전기 지지용 수직기둥(19)들이며, 도 6b는 도 6a의 수직기둥(18)의 하부에 수평기둥(19)을 연결하여 구성한 해류발전기 지지용 일체형 틀 구조물의 사시도이다.
도 7은 도 6c에 도시한 본 발명의 해류발전기 지지용 틀 구조물에 있어서, 다양한 형태의 해류발전기를 설치한 예로써, 도 7a는 다수의 단일 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지, 도 7b는 다수의 이중 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지, 도 7c는 다수의 3중 수차터빈 해류발전기로 구성된 해류발전단지의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 방조제 12 : 호수측
14 : 해측 15 : 해저지면
18 : 수직기둥 19 : 수평기둥
20A, 20B, 20C, 20D : 해류발전기 지지용 틀 구조물
100 : 조력발전소 102 : 수차구조물
120 : 호수측 해류발전기 110 : 수차발전기
200 : 조력댐 210 : 수문구조물
212 : 수문 220 : 해측 해류발전기
300 : 연결구조물

Claims (9)

  1. 해측(14)과 호수(12)측을 구획하는 방조제(10)나 상기 방조제(10)에 조력발전소와 해류발전을 겸하는 통합발전시스템이나 상기 방조제(10)에 수문발전과 해류발전을 겸하는 복합 해양발전시스템이나 방조제(10)의 배수갑문 또는 수문구조물에서, 호수측과 해측으로 한쪽 방향으로 또는 양방향으로 흐르는 고속 해류를 이용하여 발전하는 다수의 해류발전기로 구성되는 해류발전단지에 있어서,
    해저지반에 고정된 적어도 둘 이상의 수직기둥; 및
    상기 수직기둥 중 적어도 둘 이상의 수직기둥을 서로 연결하는 수평기둥을 포함하고,
    상기 수직기둥 및 상기 수평기둥 중 일부는 내부에 빈 공간을 포함하고 있고,
    상기 수직기둥의 상단부는 해수 중에 위치하거나 해수면 위에 위치하는 해류발전기 지지용 틀 구조물.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)의 상단부에서 또는 하단부에서 또는 상단부와 하단부 모두에서 또는 상단부와 하단부 사이의 중간 부분에서 다수의 수평기둥(19)과 견고하게 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
  4. 청구항 3에 있어서,
    해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)의 하단부에 다수의 수평기둥(19)과 견고하게 연결하는 경우, 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 연결부는 해류 흐름에 방해되지 않도록 해저 지면(15) 아래에 보이지 않게 설치하는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
  5. 청구항 1에 있어서,
    일렬 해류발전단지의 해류발전기 지지용 틀 구조물은 일체로 구성되거나 다수 열 해류발전단지의 해류발전기 지지용 틀 구조물도 필요에 따라 다수 열씩 일체로 구성되거나 다수 열 해류발전단지의 해류발전기 전체를 지지하는 틀 구조물이 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
  6. 청구항 1에 있어서,
    해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18)과 상기 수직기둥(18)과 수직기둥(18)을 연결하는 수평기둥(19)의 내부나 외부를 이용하여 송전케이블을 설치하고 송전용 케이블을 해양발전시스템이나 방조제로 끌어내어 가까운 변전소에 연결하여 송전하는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물.
  7. 청구항 1에 있어서,
    고속 해류가 흐르는 인공 해양구조물의 해류 출입구에 가까워질수록 배치되는 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 단면은 해류의 흐름 방향으로 폭이 좁은 타원형 형태이며, 해류 출입구에서 멀어질수록 수직기둥(18)과 수평기둥(19)의 단면이 원형 형태인 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
  8. 청구항 1에 있어서,
    해류발전기 지지용 틀 구조물의 수직기둥(18) 또는 수평기둥(19) 또는 수직기둥(18)과 수평기둥(19) 모두에 해류발전기가 설치될 수 있는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
  9. 청구항 1에 있어서,
    해류발전기 지지용 틀 구조물의 상단부를 덮개로 덮을 수 있고 이웃하는 해류발전단지나 통합발전시스템 또는 복합 해양발전시스템 또는 방조제와 도로나 다리, 레일 등으로 연결할 수 있는 것을 특징으로 하는 해류발전기 지지용 틀 구조물,
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