KR101258937B1 - 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 해상에서 풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전부와, 상기 풍력발전부에서 발전된 전력을 이용하여 물의 전기분해에 의해 생산한 수소를 저장 압력에 대응하게 배분하여 복수개의 저장탱크에 저장하는 부유체와, 상기 전기분해와 상기 부유체의 위치 및 자세를 제어하는 제어장치를 포함한다.

Description

해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트{A PLANT FOR PRODUCTING HYDROGEN USING OFFSHORE WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 수소생산 플랜트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력발전기는 주로 육상에 설치되었으나, 시간이 지날수록 해상에 설치되는 예가 늘어나고 있다. 해상에 설치될 때에는 천해상에 주로 설치되었고 해저면에 직접 고정하는 방식이므로 육상에서 설치하는 방식과 크게 다르지 않았다.
그러나 점점 풍력발전에 대한 수요가 늘어남에 따라 심해상에도 해상용 풍력설비가 설치된다. 그 설치 방법은 풍력발전설비를 부유식으로 제작하여 부유체 전체를 해저면과 연결하여 고정하는 방식이 있을 수 있다.
종래 기술 중에는 선박에 장착한 풍력발전기로서 전기분해에 의한 수소, 산소, 염소, 나트륨, 등 화학 제품을 생산 및 에너지 저장하는 기술이 있다.
종래 기술은 단순히 풍력발전기를 선박에 장착하고, 전기분해를 이용하여 수소를 생산하는 원론적 기술만을 개시할 뿐이다.
이로 인해, 해상 환경 변화 등에 의해 풍력발전기의 발전 효율이 저하되고, 이로 인하여 수소 생산량이 적은 경우, 수소를 저장하는 탱크의 내부 압력이 변화하여 적은량의 수소를 저장하고 관리하는 것이 매우 어려워지는 단점을 갖는다.
또한, 종래 기술에서는 해상에서 바람의 방향에 대응하게 자세 또는 균형을 적극적으로 제어할 수 있는 수단이 부재되어 있음에 따라, 바람 방향의 변화에 따라 급격히 발전 효율과 수소 생산 효율이 떨어지는 단점이 있다.
또한, 종래 기술에서는 공기보다 가벼운 수소를 선박에 저장할 때 선박의 자세 또는 위치를 제어할 수 있는 수단이 부재되어, 풍력발전기가 기울어지져서 발전효율이 떨어지거나 수소 생산효율이 저하되는 등의 문제를 해결할 수 없는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는 수소 생산량의 변화에 대응하게 탱크의 수소 저장량을 조절하거나 배분하여 저장할 수 있는 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해상에서 풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전부와, 상기 풍력발전부에서 발전된 전력을 이용하여 물의 전기분해에 의해 생산한 수소를 저장 압력에 대응하게 배분하여 복수개의 저장탱크에 저장하는 부유체와, 상기 전기분해와 상기 부유체의 위치 및 자세를 제어하는 제어장치를 포함하는 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트이 제공될 수 있다.
또한, 풍력발전부는 상기 부유체의 상판부에 세워진 포스트와, 상기 포스트의 상부에 설치된 터빈 형식의 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에 결합된 복수개의 날개를 포함할 수 있다.
또한, 부유체는 상기 풍력발전부를 지지하는 상판부와, 상기 상판부의 상부에서 설치된 복수개의 보조 저장탱크와, 상기 상판부의 하부에서 이격 간격을 유지하면서 설치된 복수개의 메인 저장탱크와, 상기 풍력발전부와 상기 보조 저장탱크 사이에서 상기 상판부의 상부에 설치된 전기분해장치와, 상기 전기분해장치의 전기분해전극이 구비된 전기분해탱크를 포함할 수 있다.
또한, 부유체는 상기 부유체의 하판부의 저면에 설치된 선회형추진기와, 상기 메인 저장탱크의 사이사이에 설치된 밸러스트탱크와, 상기 하판부에 결합되어 해저면으로 연장되는 텐션 와이어를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어장치는 상기 풍력발전부에서 발전된 1차 전력을 이용하여 상기 부유체에 설치된 전기분해장치와 전기분해탱크에서 수소가 생산되게 제어하고, 수소 일부를 이용하여 연료전지에서 2차 전력이 생산되게 제어할 수 있다.
또한, 제어장치는 상기 전기분해탱크에서 압축기를 경유하여 연장된 수소라인의 전자변을 제어하여 나머지 수소가 보조 저장탱크 또는 메인 저장탱크에 수소양의 변화에 따라 분배 및 저장되게 제어할 수 있다.
또한, 제어장치는 상기 풍력발전부에서 생산된 1차 전력과 상기 연료전지에서 생산된 2차 전력을 배터리에 충전하고, 상기 전력을 전원공급부에 공급하는 충전모듈과, 상기 전원공급부의 전기분해장치 작동용 전원을 상기 전기분해장치에 제공하는 전기분해제어모듈과, 상기 수소라인 또는 산소라인 상에 배관된 복수개의 전자변의 개폐를 제어하는 전자변제어모듈과, 상기 전기분해탱크에서 생산된 수소를 압축하도록 상기 압축기의 작동을 제어하는 압축기제어모듈과, 상기 부유체에 설치된 복수개의 밸러스트탱크(270)에 밸러스트수를 분배하여 저장하거나 배출시키는 밸러스트수제어모듈과, 상기 부유체에 설치된 선회형추진기에 대해 동적위치제어를 수행하는 동적위치제어모듈을 포함할 수 있다.
또한, 밸러스트수제어모듈은 상기 부유체의 경사센서에서 들어오는 경사값에 대응하여 상기 부유체의 자세 또는 균형을 안정되게 복원시킬 수 있는 밸러스트탱크별 저수량을 계산한 후, 액면계에서 계측한 수치가 산출한 저수량의 수치에 도달할 때까지 밸러스트수를 상기 밸러스트탱크에 공급 또는 회수시키도록 밸러스트수 펌프와 밸러스트수라인 상의 밸브의 작동을 제어하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트는 수소 생산량의 변화에 대응하게 탱크의 수소 저장량을 조절하거나 배분하여 저장할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트는 파도와 바람이 심한 해상에서도 자동으로 부유체의 위치를 안정적으로 유지하여, 풍력발전부에서의 전력 발생을 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트는 부유체의 기울어짐을 보정하여 풍력발전부의 자세 또는 균형을 안정되게 유지시킬 수 있어 안정적인 전력 생산에 따라 수소의 생산량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 1에 도시된 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 응용예를 설명하기 위한 사시도이다.
이하, 첨부한 도 1내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트에 대하여 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트는 풍력을 이용하여 발전을 수행하는 풍력발전부(100)와, 이런 풍력발전부(100)에서 발전된 전력을 이용하여 전기분해에 의해 수소를 생산하고 분배 저장하도록 수소생산 설비와 수소저장 설비가 설치된 부유체(200)를 포함한다.
여기서, 수소생산 설비는 하기에 상세히 설명할 제어장치에 의해 관리되고 상기 부유체(200)의 상판부(210)에 설치된 전기분해장치(240), 전기분해탱크(250)(도 2 참조)를 포함할 수 있다.
또한, 수소저장 설비는 하기에 상세히 설명할 제어장치에 의해 관리되는 것으로서, 압축기, 수소라인, 전자변을 경유하여 상기 수소생산 설비의 전기분해탱크(250)로부터 수소를 공급받도록 연결된 보조 저장탱크(220) 및 메인 저장탱크(230) 등이 될 수 있다.
풍력발전부(100)는 부유체(200)의 상판부(210) 위에 세워져 설치된 포스트(130)를 가질 수 있다. 또한, 풍력발전부(100)는 포스트(130)의 상부에 설치된 터빈 형식의 풍력발전기(120)와, 풍력발전기(120)에 결합된 복수개의 날개(110)를 포함할 수 있다.
풍력발전부(100)는 해상에서 바람의 흐름에 따라 복수개의 날개(110)가 회전되어 풍력발전기(120)에서 발전이 이루어지고, 풍력발전기(120)에서 인출된 전선은 포스트(130)를 경유하여 하기에 설명할 제어장치에 접속되어, 전력을 제어장치쪽으로 입력시킬 수 있다.
전기분해장치(240)는 수소생산 설비의 일부 구성으로서, 포스트(130)의 주변으로 부유체(200)의 상판부(210)에 복수개로 설치될 수 있다.
예컨대, 복수개의 전기분해장치(240)는 상판부(210)의 상부에서 풍력발전부(100)와 보조 저장탱크(220) 사이에 설치될 수 있고, 이에 따라 유지 보수를 용이하게 수행할 수 있게 된다.
전기분해장치(240)는 풍력발전부(100)에서 발생되는 전력을 이용하여 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하고, 수소라인, 복수개의 전자변, 압력계를 이용하여 그 수소를 보조 저장탱크(220)와 메인 저장탱크(230)에 배분하여 저장할 수 있다.
부유체(200)의 상판부(210)는 도 1에 보이듯이 원형이거나, 다각형으로 형성될 수 있다.
보조 저장탱크(220)는 상판부(210)를 기준으로 부유체(200)의 상부에 복수개로 배열될 수 있다.
상판부(210)는 원주 방향을 따라 복수개의 구역으로 나누어져 구분될 수 있다. 그리고, 구분된 복수개의 구역은 보조 저장탱크(220)로 사용되거나, 또는 하기에서 설명할 수소생산 설비가 설치되는 저장소로 사용될 수 있다.
예를 들어, 상판부(210)는 8개로 등분된 구역을 가질 수 있다.
이런 경우, 보조 저장탱크(220)는 1, 3, 5, 7 구역에 설치되어서, 복수개로 부유체(200)에 구비될 수 있다. 그리고, 보조 저장탱크(220)의 사이사이인 2, 4, 6, 8구역은 수소생산 설비가 설치되는 저장소로서 활용될 수 있다.
또한, 메인 저장탱크(230)는 보조 저장탱크(220)의 연직 하방향으로 부유체(200)의 상판부(210)의 하부에 각각 설치될 수 있다.
이 경우, 메인 저장탱크(230)는 부유체(200)의 하부에 배치되어 있되, 상판부(210)와 하판부(280)의 사이에서 부유체(200)의 원주 방향을 따라 이격 공간을 사이사이에 두면서 배치될 수 있고, 이런 메인 저장탱크(230)의 사이사이의 이격 공간에는 밸러스트탱크(270)가 각각 설치될 수 있다.
밸러스트탱크(270)는 하기의 도 3에 설명할 밸러스트수모듈과 함께 부유체(200)의 기울어짐을 보상하여, 풍력발전부(100)에서 최적의 발전이 이루어지도록, 해상에서 부유체(200)와 풍력발전부(100)의 자세를 안정화시킬 수 있다.
메인 저장탱크(230)의 하부에는 부유체(200)의 하판부(280)가 설치될 수 있다.
부유체(200)의 하판부(280)의 저면에는 복수개의 선회형추진기(260)가 설치될 수 있다.
해저면에 일측 단부가 고정된 텐션 와이어(290)는 그의 타측 단부가 부유체(200)의 하판부(280)에 결합되어, 선회형추진기(260)와 함께 동적위치제어에 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전기분해탱크(250)는 전기분해장치(240)의 내부에 마련될 수 있거나, 메인 저장탱크(230)의 사이를 기준으로 부유체(200)의 상판부(210)의 하부에 마련될 수 있다.
전기분해탱크(250)의 내부에는 복수개의 전기분해장치(240)로부터 연장된 전기분해전극(241)이 마련될 수 있다. 이런 전기분해탱크(250)에는 정수장치(도시 안됨)와 연결된 물 유입구멍이 형성되어 있을 수 있다.
이런 전기분해탱크(250)의 내부에는 정수장치를 통해 물이 유입되어 전기분해전극(241)에 의해 전기분해가 수행될 수 있다.
전기분해장치(240)의 가동시 전기분해전극(241)에 의해 물로부터 수소가 분해된다. 수소는 전기분해탱크(250)에 연결된 압축기(242) 및 수소라인을 거쳐 보조 저장탱크(220) 또는 메인 저장탱크(230)에 저장될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 부유체(200)에는 풍력발전부(100)의 전력을 이용하여 전기분해장치(240)를 가동시키면서 부유체(200)의 위치 및 자세를 제어하고, 기타 수소생산 설비의 작동을 제어하는 제어장치(300)가 설치될 수 있다.
제어장치(300)는 제어기(310), 충전모듈(320), 전기분해제어모듈(330), 전자변제어모듈(340), 압축기제어모듈(350), 밸러스트수제어모듈(360), 동적위치제어모듈(370), 전원공급부(380)를 구비할 수 있다.
제어기(310)는 풍력발전부(100)에서 1차 전력이 생산되게 제어하고, 전기분해장치(240) 및 전기분해탱크(250)에서 수소가 생산되게 제어하고, 수소 일부를 이용하여 연료전지(302)에서 2차 전력이 생산되게 제어하고, 상기 전기분해탱크(250)에서 압축기(242)를 경유하여 연장된 수소라인(243 ~ 247)의 전자변(S1 ~ S6)을 제어하여 나머지 수소가 보조 저장탱크(220) 또는 메인 저장탱크(230)에 수소양의 변화에 따라 분배 및 저장되게 제어하도록, 상기 각각의 모듈(320 ~ 370)과 전원공급부(380)를 제어하도록 구성될 수 있다.
제어장치(300)는 본 발명에 따른 플랜트 시스템 온/오프 스위치를 구비한 제어반(도시 안됨)을 통해 부유체(200)에 설치될 수 있다.
충전모듈(320)은 풍력발전부(100)에서 생산된 1차 전력과 연료전지(302)에서 생산된 2차 전력을 배터리(301)에 충전하는 충전회로와, 전력을 전원공급부(380)에 공급하는 전력관리회로를 가질 수 있다.
전기분해제어모듈(330)은 제어기(310)의 제어하에 전원공급부(380)의 전기분해장치 작동용 전원을 전기분해장치(240)에 제공할 수 있도록 구성될 수 있다.
전자변제어모듈(340)은 수소라인(243 ~ 247) 또는 산소라인(248)상에 배관된 복수개의 전자변(S1 ~ S6)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 전기분해탱크(250)에서 압축기(242)를 경유하여 연장된 수소라인(243 ~ 246)의 전자변(S1 ~ S3)을 제어하여 나머지 수소가 보조 저장탱크(220) 또는 메인 저장탱크(230)에 수소양의 변화에 따라 분배 및 저장되게 제어할 수 있다.
전기분해탱크(250)에서 수소가 빠져나오는 라인 시작 위치에는 압축기(242)가 연결될 수 있다.
압축기(242)에 의해 압축된 수소가 빠져나오는 라인 결합 위치에는 제1 수소라인(243)이 배관되어 있을 수 있다.
제1 수소라인(243) 상에는 유량계(FT)와 압력계(PT)가 설치될 수 있다.
탱크용 압력계(PT1, PT2)는 보조 저장탱크(220)와 메인 저장탱크(230)에 각각 설치될 수 있다.
제1 수소라인(243)은 분지관을 이용하여 제2 수소라인(244)과 제3 수소라인(245)로 분지될 수 있다.
제2 수소라인(244)은 제1 전자변(S1)을 경유하여 보조 저장탱크(220)에 관통하게 연결될 수 있다.
제3 수소라인(245)은 제2 전자변(S2)을 경유하여 메인 저장탱크(230)에 관통하게 연결될 수 있다.
제4 수소라인(246)은 보조 저장탱크(220)와 메인 저장탱크(230)의 사이에 관통하게 연결될 수 있다. 이런 제4 수소라인(246)에는 제3 전자변(S3)이 설치될 수 있고, 제3 전자변(S3)은 수소의 저장탱크(220, 230)간 배분 또는 수소의 압력 조절에 사용될 수 있다.
메인 저장탱크(230)에는 수소 배출구 및 그 수소 배출구의 개폐를 제어하는 제4 전자변(S4)이 설치될 수 있다.
제5 수소라인(247)은 메인 저장탱크(230)로부터 연료전지(302)의 일측까지 관통하게 연결될 수 있다. 이런 제5 수소라인(247)에는 제5전자변(S5)이 설치될 수 있다.
연료전지(302)의 타측에는 수소 입구 및 그 수소 입구의 개폐를 제어하는 제6 전자변(S6)이 설치될 수 있다.
압축기제어모듈(350)은 전기분해장치(240)에 의해 전기분해탱크(250)에서 생산된 수소를 압축하여 제1 수소라인(243)에 공급하도록 압축기(242)의 작동을 제어하는 회로를 가질 수 있다. 이때, 압축기제어모듈(350)의 회로는 제1 수소라인(243)의 유량계(FT) 및 압력계(PT)와 전기적으로 접속되어 있고, 이런 유량계(FT) 및 압력계(PT)에서 들어오는 수소 유량과 수소 압력에 대한 계측값을 피드백 신호로 이용하여 압축기(242)의 작동을 제어할 수 있다.
밸러스트수제어모듈(360)은 복수개의 밸러스트탱크(270)에 밸러스트수를 분배하여 저장하거나 배출시키도록 밸러스트탱크(270)별로 설치된 밸러스트수 펌프(361)와 밸러스트수라인 상의 밸브(362)에 접속될 수 있다. 또한, 밸러스트수제어모듈(360)은 밸러스트탱크(270)별로 설치된 액면계(363)에 접속되어 밸러스트탱크(270)의 밸러스트수 저수량을 실시간으로 계측할 수 있다.
이런 밸러스트수제어모듈(360)은 부유체(200)의 경사센서(도시 안됨)에서 들어오는 경사값에 대응하여 부유체(200)의 자세 또는 균형을 안정되게 복원시킬 수 있는 밸러스트탱크(270)별 저수량을 계산한 후, 액면계(363)에서 계측한 수치가 산출한 저수량의 수치에 도달할 때까지 밸러스트수를 해당 밸러스트탱크(270)에 공급 또는 회수시키도록 밸러스트수 펌프(361)와 밸브(362)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.동적위치제어모듈(370)은 선회형추진기(260)에 대해 동적위치제어를 수행하도록 작동 제어 신호와 동력원을 공급하는 역할을 담당할 수 있다.
만일, 선회형추진기(260)가 전기 모터 타입으로 형성될 경우, 동적위치제어모듈(370)은 풍력발전부(100)가 해상의 풍력에 가장 효과적으로 노출될 수 있도록 미리 동적위치제어모듈(370)에 기록된 동적위치제어방식에 대응하게 전원공급부(380)의 선회형추진기 작동용 전원과 작동 제어 신호를 선회형추진기(260)에게 제공하게 된다.
전원공급부(380)는 배터리(301)의 축전 전력 또는 충전모듈(320)에서 출력되는 전력을, 제어장치(300) 자체의 회로 전원, 전기분해장치 작동용 전원, 압축기 모터 작동용 전원, 밸브 작동용 전원, 액면계 작동용 전원, 유량계 또는 압력계 작동용 전원, 밸러스트수 펌프와 밸브 작동용 전원, 선회형추진기 작동용 전원으로 변환하여 해당 장치 또는 기기에 공급하도록 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트의 작동방법에 대해서 설명하도록 하겠다.
도 2를 참조하면, 부유체(200)는 견인선 등을 이용하여 해상의 설치 위치까지 운반되어 온 후, 텐션 와이어(290)에 의해 계류될 수 있다.
이후 도 3을 참조하면, 제어장치(300)가 온(ON) 될 수 있다.
풍력발전부(100)에서는 해상에서 불어오는 바람에 영향을 받아 날개(110)가 회전되고, 이에 따라 풍력발전기(120)에서 1차 전력이 생산된다.
1차 전력은 도 3에 도시된 바와 같이 제어장치(300)의 충전모듈(320)로 입력된다.
충전모듈(320)은 1차 전력의 일부를 배터리(301)에 저장하거나, 1차 전력의 나머지를 전원공급부(380)에 입력시킬 수 있다.
전원공급부(380)는 입력된 전력을 변환하여 전기분해장치 작동용 전원으로 변환하여 전기분해제어모듈(330)에게 공급할 수 있다.
전기분해제어모듈(330)은 공급받은 전기분해장치 작동용 전원을 전기분해장치(240)에 제공한다. 결국 전기분해탱크(250)에서 수소가 생산될 수 있다.
압축기제어모듈(350)은 압축기(242) 가동시 상기 생산된 수소를 압축하여 제1 수소라인(243) 쪽으로 공급할 수 있고, 압축기(242) 비 가동시 상기 생산된 수소를 기체 상태로 제1 수소라인(243) 쪽으로 공급할 수 있다.
전자변제어모듈(340)은 제1, 제2, 제3 전자변(S1, S2, S3)을 개방 또는 폐쇄시켜서, 압축된 수소가 보조 저장탱크(220) 또는 메인 저장탱크(230)에 저장되게 한다.
예컨대, 제어기(310)는 탱크용 압력계(PT1, PT2)를 통해 들어오는 수소 압력값을 이용하여, 저장되는 수소 양을 탱크별로 인식한 후, 전자변제어모듈(340)을 이용하여 제1, 제2, 제3 전자변(S1, S2, S3)을 개방 또는 폐쇄시킴에 따라, 수소 양의 변화에 따라 압력을 조절하면서 보조 저장탱크(220) 또는 메인 저장탱크(230)에 수소를 배분하여 저장할 수 있다.
만일, 수소의 생산량이 적을 경우, 전자변제어모듈(340)은 제1 전자변(S1)을 개방시키고, 제2, 제3 전자변(S2, S3)을 폐쇄시킬 수 있다. 이후 압축기(242) 비 가동에 따라 기체 상태의 수소가 보조 저장탱크(220)에 저장될 수 있다.
보조 저장탱크(220)에서 기체 수소가 미리 정한 압력에 도달하고, 수소의 생산량이 커질 경우, 압축기제어모듈(350)은 압축기(242)를 가동시켜 기체 수소를 압축하여 보조 저장탱크(220)에 저장하거나, 또는 압축하여 저장할 수 있는 한계가 넘을 경우 메인 저장탱크(230)에 하도록 한다.
즉, 다시 수소의 생산량이 적어질 경우, 압축기제어모듈(350)은 압축기(242)를 비 가동시킴과 함께, 전자변제어모듈(340)은 제1 전자변(S1)을 폐쇄시키고, 제2 전자변(S2)을 개방시킬 수 있다.
이에 따라, 기체 상태의 수소가 메인 저장탱크(230)에 저장될 수 있다. 계속하여 수소의 생산량이 적어서 메인 저장탱크(230)의 저장 압력이 매우 낮을 때, 전자변제어모듈(340)은 제2 전자변(S2)을 폐쇄시키고, 제3 전자변(S3)을 개방시켜서, 보조 저장탱크(220)에 저장된 고압의 수소가 메인 저장탱크(230)에 공급되어 저장 압력을 보상할 수 있게 된다.
이렇듯, 보조 저장탱크(220)는 메인 저장탱크(230)의 버퍼로서 압력 조절에 사용될 수 있다.
한편, 수소를 하역시에는 제4 전자변(S4)이 이용될 수 있고, 연료전지(302)의 가동을 위해서는 수소 공급용 제5 전자변(S5)과 산소 공급용 제6 전자변(S6)이 사용될 수 있다.
연료전지(302)는 제5, 제6 전자변(S5, S6)의 개방시 수소와 산소를 공급받은 후 2차 전력을 생산한다.
2차 전력은 충전모듈(320)을 통해 배터리(301)에 저장되거나, 전원공급부(380)에 공급될 수 있다.
한편, 제어기(310)는 밸러스트수제어모듈(360)과 부유체(200)의 경사센서를 이용하여 부유체(200)의 자세를 안정되게 유지시킬 수 있다.
예컨대, 밸러스트수제어모듈(360)은 부유체(200)의 경사센서에서 측정된 경사값이 미리 정해진 수치와 비교하여 클 경우, 상기 측정된 경사값에 대응하여 부유체(200)의 자세를 안정되게 복원시킬 수 있는 밸러스트탱크(270)별 저수량을 계산한다.
이후, 밸러스트수제어모듈(360)은 액면계(363)에서 계측한 수치가 산출한 저수량의 수치에 도달할 때까지 밸러스트수를 해당 밸러스트탱크(270)에 공급 또는 회수시키도록 밸러스트수 펌프(361)와 밸브(362)의 작동을 제어함으로써, 결국 부유체(200)는 안정된 자세로 유지될 수 있다.
또한, 제어기(310)는 동적위치제어모듈(370)과 선회형추진기(260)를 이용하여, 풍력발전부(100)가 해상의 풍력에 가장 효과적으로 노출될 수 있도록 하여, 발전 효율과 수소 생산 효율을 높일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트는 선체(200a) 형태로 응용될 수 있다.
선체(200a)는 갑판의 상부에 풍력발전부(100), 복수개의 보조 저장탱크(220), 전기분해장치(240) 등을 구비할 수 있다. 이런 선체(200a)의 간판의 하부에는 복수개의 메인 저장탱크(230)가 설치될 수 있고, 선체(200a)의 선수미 방향을 따라 메인 저장탱크(230)의 사이사이에는 밸러스트탱크(270)가 설치될 수 있다.
풍력발전부(100)는 선체(200a) 또는 앞서 설명한 부유체 상에 복수개로 배치될 수 있다.
또한, 하나 또는 하나 이상의 풍력발전부(100)를 갖는 선체(200a) 또는 부유체는 이들을 상호 연결하는 연결 빔(도시 안됨)을 사용하여 멀티식 플랜트로 확장 설계될 수 있다.
이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 풍력발전부 200 : 부유체
200a : 선체 210 : 상판부
220 : 보조 저장탱크 230 : 메인 저장탱크
240 : 전기분해장치 250 : 전기분해탱크
260 : 선회형추진기 270 : 밸러스트탱크
280 : 하판부 290 : 텐션 와이어
300 : 제어장치 302 : 연료전지

Claims (8)

  1. 해상에서 풍력을 이용하여 발전을 하는 풍력발전부;
    상기 풍력발전부에서 발전된 전력을 이용하여 물의 전기분해에 의해 생산한 수소를 저장 압력에 대응하게 배분하여 복수개의 저장탱크에 저장하는 부유체; 및
    상기 전기분해와 상기 부유체의 위치 및 자세를 제어하는 제어장치를 포함하되,
    상기 제어장치는
    상기 풍력발전부에서 생산된 1차 전력과 연료전지에서 생산된 2차 전력을 배터리에 충전하고, 상기 1차 전력 및 상기 2차 전력을 전원공급부에 공급하는 충전모듈과,
    상기 전원공급부의 전기분해장치 작동용 전원을 상기 전기분해장치에 제공하는 전기분해제어모듈과,
    상기 부유체에 설치된 전기분해탱크에서 압축기를 경유하여 연장된 수소라인 또는 산소라인 상에 배관된 복수개의 전자변의 개폐를 제어하는 전자변제어모듈과,
    상기 전기분해탱크에서 생산된 수소를 압축하도록 상기 압축기의 작동을 제어하는 압축기제어모듈과,
    상기 부유체에 설치된 복수개의 밸러스트탱크에 밸러스트수를 분배하여 저장하거나 배출시키는 밸러스트수제어모듈과,
    상기 부유체에 설치된 선회형추진기에 대해 동적위치제어를 수행하는 동적위치제어모듈을 포함하고,
    상기 밸러스트수제어모듈은
    상기 부유체의 경사센서에서 들어오는 경사값에 대응하여 상기 부유체의 자세 또는 균형을 안정되게 복원시킬 수 있는 밸러스트탱크별 저수량을 계산한 후, 액면계에서 계측한 수치가 산출한 저수량의 수치에 도달할 때까지 밸러스트수를 상기 밸러스트탱크에 공급 또는 회수시키도록 밸러스트수 펌프와 밸러스트수라인 상의 밸브의 작동을 제어하는 해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력발전부는
    상기 부유체의 상판부에 세워진 포스트와,
    상기 포스트의 상부에 설치된 터빈 형식의 풍력발전기와,
    상기 풍력발전기에 결합된 복수개의 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부유체는
    상기 풍력발전부를 지지하는 상판부와,
    상기 상판부의 상부에서 설치된 복수개의 보조 저장탱크와,
    상기 상판부의 하부에서 이격 간격을 유지하면서 설치된 복수개의 메인 저장탱크와,
    상기 풍력발전부와 상기 보조 저장탱크 사이에서 상기 상판부의 상부에 설치된 상기 전기분해장치와,
    상기 전기분해장치의 전기분해전극이 구비된 상기 전기분해탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 부유체는
    상기 부유체의 하판부의 저면에 설치된 선회형추진기와,
    상기 메인 저장탱크의 사이사이에 설치된 밸러스트탱크와,
    상기 하판부에 결합되어 해저면으로 연장되는 텐션 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는
    상기 풍력발전부에서 발전된 상기 1차 전력을 이용하여 상기 부유체에 설치된 상기 전기분해장치와 상기 전기분해탱크에서 수소가 생산되게 제어하고, 수소 일부를 이용하여 상기 연료전지에서 상기 2차 전력이 생산되게 제어하는 것을 특징으로 하는
    해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 전기분해탱크에서 상기 압축기를 경유하여 연장된 상기 수소라인의 전자변을 제어하여 나머지 수소가 보조 저장탱크 또는 메인 저장탱크에 수소양의 변화에 따라 분배 및 저장되게 제어하는 것을 특징으로 하는
    해상용 풍력발전설비를 이용한 수소생산 플랜트.
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