KR101119482B1 - 조력 발전 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조력 발전 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 해저에 타설된 기초구조물과, 하단부가 상기 기초구조물에서 일정한 간격을 두고 고정되며 상단부는 해수면 위를 향하여 돌출되도록 설치된 복수 개 이상의 안내지주와, 둘레방향을 따른 측벽 중 선택된 어느 벽에 복수 개 이상 설치되어 개폐에 의해 물의 출입을 단속하는 갑문이 설치되며 표면 사방 모서리에서 각각 형성되고 상기 저수조의 표면에서 상하 관통된 관 형상으로 형성된 안내공이 상기 안내지주에 삽입되어 조수에 따라 상기 안내지주에서 승강하는 저수조와, 상기 각각의 안내공 주변 영역에서 베어링에 의해 설치된 회전축을 갖는 회전롤러와, 일단은 상기 복수 개의 안내지주 상부 영역에 고정되며 일부 구간이 상기 회전롤러에 권취된 후 타 단은 상기 기초구조물에 고정된 로프와, 상기 회전축의 일단과 연결된 증속기와, 상기 증속기와 연결된 발전기와, 상기 발전기의 일 측에 설치된 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력 발전 장치에 있어서, 상기 갑문은 상기 안내지주의 상부에 설치된 만수위감지센서와 상기 안내지주의 하부영역에 설치된 저수위감지센서에 개폐되고, 상기 만수위감지센서와 상기 저수위감지센서는 조수의 차에 따라 상기 만수위감지센서와 상기 저수위감지센서를 자동제어할 수 있도록 상기 저수조의 표면에 설치된 제어부와 연결되어 제어되며, 상기 갑문은 상기 갑문과 연결 설치된 갑문제어기에 의해 구동하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 조수 간만 크거나 또는 크지 않은 해상에서도 저수조의 상승에너지와 하강에너지를 배가시켜 조력을 행함으로써 조수 간만의 차가 발생하는 동안 지속적으로 전력생산을 할 수 있는 이점과 아울러 이산화탄소 배출감소에 큰 기여를 하여 녹색성장을 주도하는 효과가 있으며, 조력 발전 장치를 직렬 또는 병렬로 나열하여 수십 수백 수 천기씩 단지로 건설함으로써 조력 발전 장치의 건설로 인한 막대한 고용창출 효과도 유발할 수 있음과 아울러, 파도 피해가 우려되는 인근 해상에 본 발명에 따른 조력 발전 장치를 대단지로 건설할 경우 방파제 역할도 할 수 있는 이점이 있다.

조력발전, 안내지주, 저수조, 갑문, 만수위감지센서, 저수위감지센서

Description

조력 발전 장치{Power Generation System}

본 발명은 조수 간만의 차를 이용하여 발전을 행하는 조력 발전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 조수 간만의 차에 의해 발생하는 해수면 상승시 저수조의 물을 비움으로써 얻어지는 부력에 의한 상승에너지와, 해수면 하강시 저수조에 물을 채움으로써 얻어지는 낙차 중량에 의한 하강에너지를 이용함으로써 조력에 의한 발전을 극대화시킬 수 있도록 한 조력 발전 장치에 관한 것이다.

일반적으로 조력은 달의 인력에 의해 일정한 시간을 두고 주기적으로 해면의 수위가 올라갔다 내려갔다 하는 조수 간만의 차에서 얻을 수 있는 천연 에너지원의 형태를 말하는 것으로서, 조류 흐름은 세계 도처에서 발생하고 있다. 이와 같은 조력 발전은 무공해로 전력을 생산할 수 있다는 이점 때문에 지금까지 다양한 종류의 조력 발전 장치가 제안되고 있다.

상기와 같은 종래의 조력 발전 장치는, 조력이나 유수력을 이용하여 날개를 회전시키고, 날개의 회전력으로부터 전기에너지를 발생시키는 발전 장치가 대부분이며, 이와 같은 종래의 조력 발전 장치는, 바닷물의 흐름으로 회전하는 발전날개로부터 생성된 회전력을 이용하여 발전기를 가동시켜 전력을 생산하는 다수의 조력 발전기가 부력체의 사이사이에 병렬로 설치되어 전력 생산에 소요되는 충분한 회전동력을 원활하게 공급하여 전력의 생산성을 증진될 수 있는 구조를 갖는다.

그러나 상기와 같은 종래의 조력 발전 장치는 발전장치를 설비하는 곳의 조수 간만의 차가 매우 커야 하므로 지역적으로 한정된 장소에서만 운용이 가능하다는 문제점이 있다.

한편 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 대한민국 특허공개번호 10-2005-7761호 "조력 수조 발전장치"가 제안된바 있다.

상기와 같은 "조력 수조 발전 장치"는 상부 표면에 공기를 출입시키는 공기 유출입구를 갖으며, 공기유출입구와 연통되며 내부 수용공간이 형성되고, 해저지반에 고정되는 조를 구비하고 있다. 그리고 외부 해수의 수위와 수조 내부에 채워지는 해수와의 수위 차를 증가시킬 수 있도록 수조의 측벽 하단부에 부착되고 해수를 수조 내외로 급배수하는 펌프를 구비하고 있으며, 수위 차에 따른 수압에 의해 외부 해수가 수조 내부로 유출입 될 수 있도록 수조의 측벽 하단부에 부착되고 수조 내부로의 해수 유출입을 제어하는 제 1 밸브를 구비하고 있는 한편, 수위 차에 따른 수압에 의해 유입 및 배출되는 해수를 이용하여 전기에너지를 발생시킬 수 있도록 수조의 바닥면 중심부에 형성되는 수차발전기 및 수차발전기 하단에 설치되고 해수의 유출입을 제어하는 제 2 제어밸브를 구비한 구성이다.

따라서 상기와 같은 종래의 "조력 수조 발전 장치"는, 해수 고저 시, 제 1 밸브와 제 2 밸브를 닫고 수조 내 해수 수위가 수조 외 해수 수위보다 높아지도록 펌프를 가동하여 수조 외 해수를 수조 내로 급수한다. 그리고 해수 저조 시, 제 2 밸브를 열고 수조 내 해수를 수조 외로 유출시키면서 수차발전기를 가동시켜 수차발전하는 단계를 거친다.

수차발전이 완료된 후에는, 제 1 밸브를 열어 수조 내 해수 수위를 저조 상태인 수조 외의 해수 수위와 일치시키고, 제 1 밸브와 제 2 밸브를 닫고 수조 내 해수 수위가 저조인 수조 외 해수 수위보다 낮아지도록 펌프를 가동하여 수조 내 해수를 수조 외로 배수하는 단계, 그리고 배수가 완료되고 다음의 해수 고조 시, 제 1 밸브를 열어 수조 외 해수를 수조 내로 유입시키면서 수차발전기를 가동시켜 수차발전하는 단계를 거친다.

이후 수차발전이 완료되면 제 1 밸브를 열어 수조 내 해수 수위를 고조 상태인 수조 외 해수수위와 일치시키는 것을 순차적으로 실행하면서 수조 내 외의 수위 차를 증가시키고, 수조 내 외로 유입 및 배출되는 해수를 이용하여 수차발전기를 가동시켜 전력을 생산한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 "조력 수차 발전 장치"는, 해수 고저 시, 제 1 밸브와 제 2 밸브를 닫고 수조 내 해수 수위가 수조 외 해수 수위보다 높아지도록 펌프를 가동하여 수조 외 해수를 수조 내로 급수하고 해수 저조 시, 제 2 밸브를 열고 수조 내 해수를 수조 외로 유출시키면서 수차발전기를 가동시켜 발전하기 때문에 별도 동력원인 펌프를 사용하여야 한다는 단점과, 아울러 수조 내부에 물이 채워질 때까지는 발전을 할 수 없어 결과적으로 효율적인 발전을 할 수 없다는 단점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 조수 간만의 차가 발생하는 동안 지속적으로 발전을 행할 수 있으며, 특히, 조수 간만의 차에 의해 발생하는 해수면 상승을 감지하여 갑문을 닫아 저수조의 물을 비워 얻어지는 부력에 의한 상승 에너지와, 해수면 하강을 감지하여 갑문을 열어 저수조에 물을 채운 후 얻어지는 저수조의 낙차 중량에 의한 하강 에너지를 이용함으로써 조력에 의한 발전을 극대화시킬 수 있도록 한 조력 발전 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 조력 발전 장치에 있어서, 해저에 견고하게 타설된 기초구조물과; 일정한 길이를 갖고 하단부가 상기 기초구조물에서 일정한 간격을 두고 고정되며 상단부는 해수면 위를 향하여 일정한 길이로 돌출되도록 설치된 복수 개 이상의 안내지주와; 둘레방향을 따른 측벽 중 선택된 어느 벽에 복수 개 이상 설치되어 개폐에 의해 물의 출입을 단속하는 갑문이 설치되며 표면 사방 모서리에서 각각 형성된 안내공이 상기 안내지주에 삽입되어 조수에 따라 상기 안내지주에서 승강하는 저수조와; 상기 각각의 안내공 주변 영역에서 베어링에 의해 설치된 회전축을 갖는 회전롤러와; 일단은 상기 복수 개의 안내지주 상부 영역에 고정되며 일부 구간이 상기 회전롤러에 권취된 후 타단은 상기 기초구조물에 고정된 로프와; 상기 회전축의 일단과 연결된 증속기와; 상기 증속기와 연결된 발전기와; 상기 발전기의 일 측에 설치된 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력 발전 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 안내공은 상기 저수조의 표면에서 상하 관통된 관 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 갑문은 상기 안내지주의 상부에 설치된 만수위감지센서와 상기 안내지주의 하부영역에 설치된 저수위감지센서에 개폐되는 것이 효과적이다.

본 발명에 따른 상기 만수위감지센서와 상기 저수위감지센서는 조수의 차에 따라 상기 만수위감지센서와 상기 저수위감지센서를 자동제어할 수 있도록 상기 저수조의 표면에 설치된 제어부와 연결되어 제어되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 갑문은 상기 갑문과 연결 설치된 갑문제어기에 의해 구동하는 것이 효과적이다.

이상과 같은 본 발명은, 조수 간만 크거나 또는 크지 않은 해상에서도 저수조의 상승에너지와 하강에너지를 배가시켜 조력을 행함으로써 조수 간만의 차가 발생하는 동안 지속적으로 전력생산을 할 수 있는 이점과 아울러 이산화탄소 배출감소에 큰 기여를 하여 녹색성장을 주도하는 효과가 있으며, 조력 발전 장치를 직렬 또는 병렬로 나열하여 수십 수백 수 천기씩 단지로 건설함으로써 조력 발전 장치의 건설로 인한 막대한 고용창출 효과도 유발할 수 있음과 아울러, 파도 피해가 우려되는 인근 해상에 본 발명에 따른 조력 발전 장치를 대단지로 건설할 경우 방파제 역할도 할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방 법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 1 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 조력 발전 장치의 외관을 보인 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 단면도이다.

이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 조력 발전 장치(10)는, 해저에 견고하게 타설된 기초구조물(200)과, 기초구조물에 고정되는 복수 개 이상의 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)와, 상기 안내지주에 안내되어 해수면 수위에 따라 승강하는 저수조(30)와, 상기 저수조(30) 상부 표면에 설치된 베어링(40)(40a)(40b)(40c)에 설치된 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c) 및 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c) 및 상기 기초구조물(100)에 양단부가 각각 고정되고 일부 구간이 상기 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)에 권취된 로프(60)(60a)(60b)(60c)를 구비하고 있다.

상기 기초구조물(200)은 콘크리트 타설로 해저에 일정한 깊이로 견고하게 설치되며, 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)의 하단부는 기초구조물(200)에서 일정한 간격을 두고 고정되어 있고, 상단부는 해수면 위를 향하여 일정한 길이로 돌출되도록 설치되어 있다.

한편, 본 발명에 따른 저수조(30)는 그 크기나 형상에 관계없이 제조될 수 있으나, 본 발명에서는 직사각 형상으로서 내부가 비어 있는 통 형상으로 형성하고 있다. 그리고 저수조(30)의 둘레방향을 따른 측벽 중 선택된 어느 벽에는 물의 출입을 단속하는 갑문제어기(32)(32a)를 갖는 갑문(31)(31a)이 설치되어 있고, 표면 사방 모서리에는 저수조의 표면에서 상하 관통된 관 형상으로 안내공(33)(33a)(33b)(33c)을 설치하여 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)가 삽입된 상태로 기립 위치토록 함으로서 해수면 수위에 따라 승강하는 저수조(30)가 안내지주에 의해 안내될 수 있도록 하고 있다. 여기서 갑문제어기는 제어신호를 받아 갑문(31)(31a)을 개폐하는 정도의 구조이면 가능하다.

그리고 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)의 상부 영역에는, 만수위감지센서(21)를 설치하고 있고, 하부영역에는 저수위감지센서(23)를 설치하고 있는데, 만수위감지센서 및 저수위감지센서는 해수면의 수위를 감지하는 역할을 하기 때문에 각각의 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에 전부 설치할 필요없이 필요한 곳에 하나만 설치해도 무방하다. 그리고 본 발명에 따른 저수조의 상부에는 만수위감지센서(21) 및 저수위감지센서(23)를 제어하는 제어부(100)를 설치함으로써 매년 달라지는 조수 간만의 차에 따라 프로그램된 제어신호에 따라 만수위감지센서(21) 및 저수위감지센(23)를 제어할 수 있도록 하고 있다.

본 발명에 따른 저수조(30)의 상부 표면 즉, 안내공(33)(33a)(33b)(33c) 주변 영역에는 베어링(40)(40a)(40b)(40c)에 의해 회전가능하게 설치된 회전축을 갖는 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)를 설치하고 있으며, 안내지주(20)(20a)(20b)(20c) 의 상부 영역에 일단이 고정되며 일부 구간이 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)에 권취된 후 타 단은 기초구조물(100)에 고정한 로프(60)(60a)(60b)(60c)를 구비하고 있다. 여기서 상기 회전롤러에 권취된 로프는 회전롤러에 권취된 상태에서 상기 저수조가 승강할 때 회전롤러를 회전할 수 있도록 수회 권취시킨 정도이면 된다.

본 발명에 따른 회전롤러의 회전축의 일단에는 회전력을 증속시키는 증속기(70)(70a)(70b)(70c)가 설치되고 증속기의 일 측에는 발전기(80)(80a)(80b)(80c)를 설치하고 있으며, 발전기의 일 측에는 생산된 전기를 축전하는 축전기(90)(90a)(90b)(90c)를 설치하고 있는데 축전기는 상기 발전기와 전기적으로 연결하여 하나만을 사용할 수도 있을 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 작동상태를 도 3a ~ 3h을 참조하여 설명하면 명확해질 것이다.

도 3a은 간조시의 저수조의 위치를 설명하기 위한 예시도이다. 즉, 저수조(30)에 설치된 갑문(31)(31a)은 저수위감지센서(23)의 신호를 받은 갑문제어기(32)(32a)에 의해 닫친 상태이고, 따라서 저수조(30) 내부는 비어 있다.

도 3b는 밀물이 시작되면 해수면의 수위가 점진적으로 높아지고 따라서 비어 있는 저수조(30)는 부력에 의한 상승에너지가 발생하여 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에서 상승 된다. 이렇게 되면 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)는 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에 고정된 로프(60)(60a)(60b)(60c)에 의해 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)와 회전축을 회전시켜 결과적으로 회전축과 연결된 증속기(70)(70a)(70b)(70c) 및 발전기(80)(80a)(80b)(80c)는 밀물이 끝날 때까지 구동 되어 전기를 생산한다.

도 3c는 해수면 수위가 만수위가 되면 만수위감지센서(21)의 신호가 갑문(31)(31a)에 전달되고 갑문제어기(32)(32a)는 갑문을 열게 된다. 그러면 도 3c의 상태에서 도 3d에서와 같이 저수조(30)는 서서히 가라앉으면서 물이 채워지고 저수조(30) 저수조(30)의 상부 영역의 높이와 해수면의 수위 높이가 같아지면 갑문(31)(31a)은 닫힌다. 이후 썰물이 진행된다.

도 3e에서 볼 수 있는 바와 같이, 밀물 때는 부력에 의한 상승에너지가 발생했지만 썰물 때는 저수조(30)에 담긴 물에 의한 저수조(30)의 낙차 중량에 의해 하강에너지가 발생하기 시작한다.

도 3f는 썰물이 시작되면 해수면 수위가 저수조(30) 높이보다 낮아져 저수조(30)의 낙차 중량에 의한 하강에너지가 발생하며, 결과적으로 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)는 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에 고정된 로프(60)(60a)(60b)(60c)에 의해 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)와 회전축을 회전시켜 결과적으로 회전축과 연결된 증속기(70)(70a)(70b)(70c) 및 발전기(80)(80a)(80b)(80c)는 밀물이 끝날 때까지 구동되어 전기를 생산한다.

도 3g는 썰물이 끝나고 해수면 수위가 저수위가 되었을 때 저수위감지센서(23)가 해수면의 저수위를 감지하여 그 신호를 갑문(31)(31a)에 전달하면 갑문제어기(32)(32a)는 갑문(31)(31a)을 열어 저수조(30) 내부의 물을 배출한다.

도 3h는 저수조(30)의 물이 갑문(31)(31a)을 통하여 완전히 배출되면 저수위감지센서(23)에 의해 갑문은 닫히고 밀물에 대비한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 조력 발전 장치는, 저수조가 조수간만의 차에 의한 부력에 따른 상승에너지 및 저수조의 낙차 중량에 따른 하강에너지를 회전롤러를 회전시킴으로써 발전기는 밀물과 썰물이 반복되면서 주기적으로 전력을 생산한다.

본 발명에 따른 조력 발전 장치를 직렬 또는 병렬로 나열하여 수십 수백 수 천기씩 단지로 건설하여 대량의 전력을 생산할 수 있음과 아울러, 파도 피해가 우려되는 인근 해상에 대단지로 본 발명에 따른 조력 발전 장치를 건설할 경우 방파제 역할도 할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 조력 발전 장치의 외관을 보인 사시도,

도 2는 도 1에 따른 단면도,

도 3a~3c는 본 발명에 따른 조력 발전 장치의 작동상태를 순차적으로 예시한 예시도이다.

- 도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명 -

10 : 조력발전장치 20, 20a~20c : 안내지주

21 : 만수위감지센서 23 : 저수위감지센서

30 : 저수조 31, 31a : 갑문

32, 32a : 갑문제어기 33, 33a~33c : 안내공

40, 40a~40c : 베어링 50, 50a~50c : 회전롤러

60, 60a~60c : 로프 70, 70a~70c : 증속기 80, 80a~80c : 발전기 90, 90a~90c : 축전기 100 : 제어부

Claims (5)

1. 해저에 타설된 기초구조물(200)과, 하단부가 상기 기초구조물(200)에서 일정한 간격을 두고 고정되며 상단부는 해수면 위를 향하여 돌출되도록 설치된 복수 개 이상의 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)와, 둘레방향을 따른 측벽 중 선택된 어느 벽에 복수 개 이상 설치되어 개폐에 의해 물의 출입을 단속하는 갑문(31)(31a)이 설치되며 표면 사방 모서리에서 각각 형성되고 상기 저수조(30)의 표면에서 상하 관통된 관 형상으로 형성된 안내공(33)(33a)(33b)(33c)이 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에 삽입되어 조수에 따라 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)에서 승강하는 저수조(30)와, 상기 각각의 안내공(33)(33a)(33b)(33c) 주변 영역에서 베어링(40)(40a)(40b)(40c)에 의해 설치된 회전축을 갖는 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)와, 일단은 상기 복수 개의 안내지주(20)(20a)(20b)(20c) 상부 영역에 고정되며 일부 구간이 상기 회전롤러(50)(50a)(50b)(50c)에 권취된 후 타 단은 상기 기초구조물(200)에 고정된 로프(60)(60a)(60b)(60c)와, 상기 회전축의 일단과 연결된 증속기(70)(70a)(70b)(70c)와, 상기 증속기(70)(70a)(70b)(70c)와 연결된 발전기(80)(80a)(80b)(80c)와, 상기 발전기(80)(80a)(80b)(80c)의 일 측에 설치된 축전기(90)(90a)(90b)(90c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조력 발전 장치에 있어서,

   상기 갑문(31)(31a)은 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)의 상부에 설치된 만수위감지센서(21)와 상기 안내지주(20)(20a)(20b)(20c)의 하부영역에 설치된 저수위감지센서(23)에 개폐되고, 상기 만수위감지센서(21)와 상기 저수위감지센서(23)는 조수의 차에 따라 상기 만수위감지센서(21)와 상기 저수위감지센서(23)를 자동제어할 수 있도록 상기 저수조(30)의 표면에 설치된 제어부(100)와 연결되어 제어되며, 상기 갑문(31)(31a)은 상기 갑문(31)(31a)과 연결 설치된 갑문제어기(32)(32a)에 의해 구동하는 것을 특징으로 하는 조력 발전 방치.
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