KR101085907B1 - Wave power generating apparatus of Oscillating water column type - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파랑(波浪)에 의한 공기챔버 내의 공기 유동에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 진동수주(振動水柱)형 파력발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상기 공기챔버의 크기를 변화시켜, 공기챔버의 내부 부피, 바람직하게는 폭을 가변시킴으로서, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 효율적으로 대응할 수 있는 진동수주형 파력발전장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vibration frequency generator type wave power generating apparatus that generates power by using air flow energy in an air chamber caused by waves. More specifically, the size of the air chamber is changed, By varying the internal volume of the chamber, preferably the width, the present invention relates to a frequency-driven wave power generator capable of efficiently responding to changes in wave height, wave period, and the like caused by waves.
특히 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이, 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 고전력 밀도를 가질 수 있으며, 대양에 존재하는 풍력 에너지까지 포함하는 파력을 더욱 효율적으로 집적할 수 있다는 것이 장점이다.In particular, regardless of changes in wave height, wave period, etc. due to waves, not only can generate power stably, but also have high power density, and it is possible to more efficiently integrate wave power including wind energy existing in the ocean. It is an advantage.
파랑, 에너지, 진동수주, 공기챔버, 발전장치 Blue, energy, vibration, air chamber, power generation device
Description
본 발명은 파랑에 의한 공기챔버 내의 공기 유동에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 진동수주형 파력발전장치에 관한 것으로, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 효율적으로 대응할 수 있도록 하는 진동수주형 파력발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration-driven wave power generator that generates power by using air flow energy in an air chamber caused by waves. The vibration-driven wave power generator is capable of efficiently coping with changes in wave height and wave period caused by waves. It is about.
우리나라는 현재 에너지원 단위(국내 총생산당 소비에너지)가 세계에서 가장 높은 수준이며, 에너지 국외 의존도는 전체 사용량의 97%(한겨레 2004년 9월 20일자)이고, 대부분이 화석연료 및 핵발전에 의한 것이다. Korea currently has the highest energy source unit (consumption energy per gross domestic product) in the world, and the dependence on energy abroad is 97% of total consumption (September 20, 2004), and most of them are from fossil fuels and nuclear power generation. will be.
그리고 재생에너지는 전체 사용량의 2%이하에 불과한 실정이다. 이와 같이 현재 환경을 고려한 에너지 사용에 관한 필요성이 급격히 부각되고 있는 실정에서 재생에너지 개발은 선택이 아닌 필수적인 상황이다.Renewable energy is only less than 2% of total consumption. As such, the necessity for the use of energy in consideration of the current environment is rapidly emerging, and the development of renewable energy is not an option but an essential situation.
이를 위한 해양파 에너지(Ocean wave energy)는 태양에너지와 함께 아무리 사용하여도 고갈되지 않는 무한청정에너지라고 할 수 있다. Ocean wave energy for this purpose can be said to be infinite clean energy that is not depleted even if used together with solar energy.
그리고 인류의 미래를 위한 대체 에너지원으로서의 큰 기대에 의해 가용에너지 추출방법에 대한 연구가 오랫동안 수행되어 왔고, 해양파 에너지인 파력에너지는 많은 장점을 지니고 있어 선진국에서도 활발한 개발이 이루어지고 있다.In addition, research on the available energy extraction method has been conducted for a long time due to the great expectation as an alternative energy source for the future of mankind, and the wave energy, the ocean wave energy, has many advantages, and active development is being developed in the developed countries.
보다 구체적으로 현존하는 발전 시스템중에서 발전효율이 가장 높은 시스템은 수차발전이다. 그리고 상기 수차발전은 물의 위치에너지 즉, 수두차×유량을 수차(프란시스수차, 펠턴수차등)를 이용하여 95%이상의 효율로 전기에너지로 바꾼다. More specifically, among the existing power generation systems, the most efficient power generation system is aberration power generation. The aberration power generation converts the potential energy of water, that is, water head difference × flow rate into electrical energy with an efficiency of 95% or more using aberrations (Francis aberration, Felton aberration, etc.).
그러나 예측가능성과 지속성이 있는 위치에너지의 확보가 어려워 가동효율이 저하되고 댐건설비 등 많은 비용이 소요되며, 환경문제 또한 발생된다.However, it is difficult to secure potential energy with predictability and sustainability, which lowers the operational efficiency and costs a lot such as dam construction costs.
상기 수차발전을 구현하기 위한 동력의 하나로 파력은 고갈되지 않는 무한청정 에너지라고 할 수 있으며, 인류의 미래를 위한 대체 에너지원으로서의 큰 기대를 가지고 가용에너지 추출방법에 대한 연구가 오랫동안 수행되어 오고 있다.As one of the powers for implementing the aberration power generation, the wave power can be said to be an infinite clean energy that is not depleted, and research on the available energy extraction method has been conducted for a long time with great expectation as an alternative energy source for human future.
이와 같은 파력 에너지는 태양 에너지나 풍력 에너지에 비하여 보다 예측가능하며 전력망을 이용하여 급송할 수 있어 수익성이 높다. Such wave energy is more predictable than solar energy or wind energy, and can be dispatched using a power grid, which is highly profitable.
이에 더하여 파력 에너지의 강점은 고전력 밀도를 가진다는 것이며 대양에 존재하는 풍력 에너지까지 포함하는 파력을 더욱 쉽게 집적할 수 있다.In addition, the strength of wave energy is that it has a high power density, and it is easier to integrate wave power including wind energy existing in the ocean.
상기의 이점으로 인해 파력에너지를 이용한 발전기는 다양하게 개발되고 있으며, 대표적으로 진동수주형 파력발전장치가 있다.Due to the above advantages, generators using wave energy have been developed in various ways, and typically there is a vibration-type wave power generator.
상기 진동수주형 파력발전장치는, 파랑에 의해 공기챔버 내의 공기가 왕복운동하는 것을 이용하는 개념으로 파랑에너지를 공기의 유동에너지로 1차변환하고 이를 다시 공기 터빈을 사용하여 기계적인 회전에너지로 2차 변환하는 개념이 사용된다. The oscillation-type wave power generator is a concept that the air in the air chamber reciprocates by the blue wave, and converts the wave energy into the flow energy of the air first and converts it into the mechanical rotational energy using the air turbine again. Concept is used.
보다 구체적으로 도1은 종래기술에 따른 진동수주형 발전장치로서, 수면 높이변화에 따른 밀폐된 공간(공기 챔버)의 체적변화를 이용하여 공기터빈을 구동한다. More specifically, Figure 1 is a vibration-type power generation apparatus according to the prior art, using the volume change of the closed space (air chamber) according to the change in the water level to drive the air turbine.
즉, 밀폐된 공간의 크기 등 그 자체가 변하여 체적이 변하는 것이 아닌, 수면 높이 변화에 따라 밀폐된 공간의 체적을 변화시키는 구조이다.In other words, the volume of the sealed space is not changed by changing the size of the sealed space, such as the volume of the sealed space.
하지만 상기와 같은 종래의 진동수주형 파력장치는, 파랑에만 의존하여 공간 의 체적을 변화시킴으로서, 파랑의 상태에 따라 공기를 고압으로 압축할 수 없는 상황이 빈번하게 발생한다.However, in the conventional vibration frequency wave device as described above, by varying the volume of the space depending only on the wave, a situation in which air can not be compressed at high pressure in accordance with the state of the wave frequently occurs.
정리하면, 종래기술은 공기 챔버의 크기 등의 변화에 따라 체적이 변화하는 것이 아닌, 파랑의 상태에만 의존하여 그 체적이 변함에 따라, 파랑의 파고 파주기가 미미 할 경우, 동력을 발생시키지 못하게 되는 문제점이 있었다.In summary, the prior art does not generate power when the wave digging frequency of the wave is insignificant as the volume changes according to the state of the blue, not the volume of the air chamber. There was a problem.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상기 공기챔버의 크기를 변화시켜, 공기챔버의 내부 부피, 바람직하게는 폭을 가변시킴으로서, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 효율적으로 대응할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진동수주형 파력발전장치를 제공함을 과제로 한다.The present invention is to solve the above-described problems, by varying the size of the air chamber, by varying the internal volume, preferably the width of the air chamber, it can efficiently respond to changes in wave height, wave period, etc. caused by the wave. An object of the present invention is to provide a vibration-type wave power generator, characterized in that.
특히 본 발명은 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이, 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 고전력 밀도를 가질 수 있으며, 대양에 존재하는 풍력 에너지까지 포함하는 파력을 더욱 효율적으로 집적할 수 있다는 점이 장점이다.In particular, the present invention can not only stably generate power, but also have a high power density, and more efficiently integrate wave power including wind energy existing in the ocean regardless of changes in wave height, wave period, etc. caused by waves. The advantage is that you can.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 파랑을 가지는 유체에 의해 하부가 마감되는 공기챔버를 구비하고, 파랑에 의한 공기챔버 내의 공기 유동에너지를 이용하여 동력을 발생시키는 진동수주형 파력발전장치에 있어서, 상기 공기 챔버의 크기를 변화시켜, 공기 챔버의 내부 부피를 가변시키는 것을 특징으로 하는 진동수주형 파력발전장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention includes an air chamber in which a lower part is closed by a fluid having a blue wave, and in the vibration-type wave power generation apparatus generating power by using air flow energy in the air chamber by the blue wave. It provides a vibration-type wave power generator, characterized in that for changing the size of the air chamber, varying the internal volume of the air chamber.
한편, 상기 진동수주형 파력발전장치는, 기둥지지체 및 상기 기둥지지체의 상측에 고정되는 가변형 공기챔버를 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, the vibration-type wave power generation device may include a pillar support and a variable air chamber fixed to the upper side of the pillar support.
또한, 상기 가변형 공기챔버는, 제 1챔버부 및 상기 제 1챔버부에 결합된 상태로 전·후진 이동하여 공기챔버의 내부 폭을 변화시키는 제 2챔버부를 포함하여 구성될 수 있다.The variable air chamber may include a first chamber part and a second chamber part which is moved forward and backward in a state coupled to the first chamber part to change an internal width of the air chamber.
또한, 상기 가변형 공기챔버는, 상기 제 2챔버부를 이동시키는 구동부를 더 포함하여 구성될 수 있다.The variable air chamber may further include a driving unit for moving the second chamber unit.
또한, 상기 가변형 공기챔버는, 파랑의 상태를 측정하는 파랑감지센서를 더 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the variable air chamber may further comprise a wave detection sensor for measuring the state of the blue.
상기의 과제 해결 수단에 의한 본 발명에 따른 진동수주형 파력발전장치는 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이, 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있고, 특히 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 상관없이, 안정적으로 동력을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 고전력 밀도를 가질 수 있으며, 대양에 존재하는 풍력 에너지까지 포함하는 파력을 더욱 효율적으로 집적할 수 있다는 것이 점이 장점이다.The vibration-type wave power generator according to the present invention by the above-mentioned problem solving means can generate power stably regardless of the wave height, wave period, etc. caused by the wave, in particular, wave wave, wave period, etc. Regardless of the change, it is possible not only to generate power stably, but also to have high power density, and to efficiently integrate wave power including wind energy existing in the ocean.
상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로서 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.The objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood by reference to the accompanying drawings and the following detailed description.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and effect of the preferred embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 분해사시도로서, 본 발명은, 공기 챔버의 크기를 변화시켜, 공기 챔버의 내부 부피를 가변시키는 것을 특징으로 하는 것으로, 기둥지지체(10) 및 가변형 공기챔버(20)를 포함하여 구성된다.2 is a perspective view of a vibration-type wave-powered device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an exploded perspective view of the vibration-type wave power device according to an embodiment of the present invention, the present invention, by changing the size of the air chamber To vary the internal volume of the air chamber, it comprises a columnar support (10) and a variable air chamber (20).
상기 기둥지지체(10)는 후술되어질 가변형 공기챔버(20)를 해안의 암벽 등에 고정, 설치시키기 위한 지지체이다.The
상기 가변형 공기챔버(20)는, 상기 기둥지지체(10)의 상측에 고정된 상태로 그 크기가 변하는 공기 챔버로서, 제 1챔버부(21) 및 제 2챔버부(22)를 포함하여 구성된다.The
상기 제 1챔버부(21)는 상기 기둥지지체(10)에 고정된 상태로 구성되되, 상 기 기둥지지체(10)와 일체형 또는 분리형으로 구성될 수 있으며, 상부면에 통상의 노즐(21a)이 형성된다.The
상기 노즐(21a)은 상기 가변형 공기챔버(20) 내에서 생성되는 압축공기를 통상의 공기터빈으로 공급하기 위한 통로로서, 후술되어질 제 2챔버부(22)가 완전 후진이동하였을 때 생기는 (제 2챔버부(22)와 제 1챔버부(21)의) 경계선을 기준으로 소정간격 이격되어(기둥지지체(10) 방향으로) 형성되는 것이 바람직하다.The
상기 제 2챔버부(22)는, 상기 제 1챔버부(21)에 결합된 상태로 전·후진 이동하여 가변형 공기 챔버(20)의 폭(W)을 변화시키는 구성으로서, 상기 전·후진 이동을 위한 유압실린더 등, 별도의 구동부(30)가 구비될 수 있다.The
한편, 상기 제 2챔버부(22)가 전·후진 이동함에 있어, 그 기준은 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 따른 것으로, 상기 파랑의 상태를 측정하기 위한 파랑감지센서(40)가 구비된다.On the other hand, when the
상기 파랑 감지센서(40)는 상기 제 2챔버부(22)의 전면부에 구성될 수 있으나, 파도에 의한 파손, 파도와 제 2챔버부(22)의 충돌에 의한 변수 등을 고려할 때, 상기 제 2챔버부(22)에서 전면부 방향으로 소정간격 이격되어 설치되는 것이 효과적이며, 도시된 바와 같이, 파랑에 대응하여 유동할 수 있도록 부유식으로 제 작, 설치되는 것이 바람직하다.The
즉, 상기 구동부(30)는 상기 파랑감지센서(40)에 의한 측정 값과 그에 따른 계산값에 반응하여 구동되며, 이를 통해 상기 제 2챔버부(22)를 전·후진 이동시킨다.That is, the
한편, 상기 파랑감지센서(40)에 의한 측정 값을 계산하기 위한 프로그램 및 상기 프로그램을 가동시키는 하드웨어 등은 상기 구동부(30) 내에 일체로 구성할 수 있으나, 해안가의 환경과 작업효율성 등을 고려할 때, 상기 파랑감지센서(40)와 구동부(30)를 제어하는 별도의 제어부를 두고, 타공간에서 상기 제어부를 모니터링하며 원격제어되도록 구성하는 것이 바람직하다. On the other hand, the program for calculating the measured value by the
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 작동과정을 나타낸 단면도로서, 이를 참조하여, 작동과정 및 작동원리를 살펴보면 다음과 같다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the operation of the vibration frequency wave device according to an embodiment of the present invention, with reference to this, look at the operation and operation principle as follows.
(a) 파랑이 발생하면, 상기 제 2챔버부(22)의 정면에 소정간격 이격되어 설치된 파랑감지센서(40)에 의해 파고, 파주기 등을 측정한다. (a) When the blue wave is generated, the wave is detected by the
(b) 상기 측정값은 제어부에 의해 계산(뉴튼-랩슨법(Newton-Raphson) 등)되어 가변형 공기챔버(20)의 적정 폭(W, 측정값 대비 가장 효율적으로 동력을 발생시킬 수 있는 폭) 범위가 설정되며, 상기 제어부를 통해 구동부(30)를 제어하여 상기 범위에 대응되게 제 2챔버부(22)가 전진 또는 후진하게 된다. (b) The measured value is calculated by the control unit (Newton-Raphson, etc.) so that the appropriate width of the variable air chamber 20 (W, the width that can generate power more efficiently than the measured value) A range is set, and the
상기 제어부에 의해 공기챔버(20)의 폭(W)범위를 제어하기 위한 측정값의 계산법을 구체적으로 살펴보면, Looking at the calculation method of the measured value for controlling the width (W) range of the
(b1)파랑감지센서로부터 파주기[T(단위 초, s)]를 측정한다.(b1) Measure the wave period [T (unit: second, s)] from the blue sensor.
(b2) 상기 측정된 파주기로부터 주파수[f=1/T(단위 헤르츠, Hz)]를 구한다.(b2) The frequency [f = 1 / T in hertz, Hz] is obtained from the measured wave period.
(b3) 상기 주파수로부터 각주파수[ω=2πf(단위, rad/s)]를 구한다.(b3) An angular frequency [ω = 2πf (unit, rad / s)] is obtained from the frequency.
(b4) 이후, 아래의 식을 이용하여 파의 분산성 관계를 파악하고,(b4), then find out the dispersion of waves using the following equation,
위 식에서 From the stomach
g : 중력가속도g: acceleration of gravity
H : 수심 H: depth
(b5) 상기 파악된 분산성 관계와 뉴튼-랩슨법(Newton-Raphson) 등을 이용하여 각주파수 ω 로부터 W(공기 챔버의 폭)를 구하고, 상기 값에 대응하여 제어부가 공기챔버(20)의 폭(W)범위를 제어하게 된다.(b5) The W (the width of the air chamber) is obtained from the angular frequency ω by using the above-described dispersibility relationship and the Newton-Raphson method. It will control the width (W) range.
따라서, 본 발명은 상기과 같이, 가변형 공기챔버(20)의 폭(W)을 변화시킴으로서, 파랑에 의한 파고, 파주기 등의 변화에 효율적으로 대응할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, by changing the width W of the
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 사시도로서, 상기 일 실시예(도 2 내지 도 4참조)로서, 제 2챔버부(22)가 상기 제 1챔버부(21)를 감싸는 형태의 실시예를 제안하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2챔버부(22')가 상기 제 1챔버부(21')에 삽착된 상태에서 전진 또는 후진이동 할 수 있도록 구성하는 것도 가능하며, 이외에도 상기 가변형 공기챔버(20)의 폭(W)을 변화시킬 수 있는 다양한 구성을 적용할 수 있다.On the other hand, Figure 5 is a perspective view of a vibration frequency wave device according to another embodiment of the present invention, as the embodiment (see Figs. 2 to 4), the
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.In addition, the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope of the technical idea of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
도 1은 종래기술에 따른 진동수주형 파력장치의 단면도1 is a cross-sectional view of the vibration frequency wave device according to the prior art
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 사시도Figure 2 is a perspective view of the vibration frequency wave device according to an embodiment of the present invention
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 분해사시도Figure 3 is an exploded perspective view of the vibration frequency wave device according to an embodiment of the present invention
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 작동과정을 나타낸 단면도Figure 4 is a cross-sectional view showing the operation of the vibration frequency wave device according to an embodiment of the present invention
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진동수주형 파력장치의 사시도5 is a perspective view of a vibration-type wave force device according to another embodiment of the present invention
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 기둥지지체 20 : 가변형 공기챔버10: pillar support 20: variable air chamber
21 : 제 1챔버부 21a : 노즐21:
22 : 제 2챔버부 30 : 구동부22: second chamber portion 30: driving portion
40 : 파랑감지센서 40: blue detection sensor
Claims (5)
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