KR101386699B1 - Solar-wave-wind combined mooring power generation unit and system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해상 계류식 태양광-파력-풍력 복합발전장치 및 이를 구비하는 전력시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an offshore mooring solar-wave-wind combined cycle generator and a power system having the same.
해양 신재생에너지(Ocean Renewable Energy)에 의한 전력생산은 해상 풍력발전, 해양 해상 계류식 태양열 및 태양광발전, 파력발전, 조력발전, 그리고 조류발전 등이 시도되어 왔다. Power generation by Ocean Renewable Energy has been attempted by offshore wind power generation, offshore marine mooring solar and solar power generation, wave power generation, tidal power generation, and tidal power generation.
이들 중 해양 태양광발전은 육지에서보다 발전효율 및 부지확보 측면에서 장점이 있으나 태풍과 같은 자연재해에 대한 해상 계류(mooring) 및 장기간 가동 시 염분 등에 의한 광전효과(Photovoltaic effect: PV effect)의 성능저하의 문제가 발생한다. Among them, marine photovoltaic power generation has advantages in terms of power generation efficiency and land security than on land, but the performance of photovoltaic effect (PV effect) due to sea mooring and salinity during long-term operation such as typhoon The problem of degradation arises.
파력발전은 가동물체형 방식과 진동수주방식이 주로 사용되고 있으며, 유럽 국가 등에서 MW급 파력발전장치를 상용화하기 위한 현장시험이 추진되는 등 기술적 진보를 나타나고 있으며, 최근 국내에서도 방파제를 이용한 파력발전시스템 등이 연구되고 있는 추세이다. 파력발전시스템을 장착한 방파제는 매립식 방파제와 달리 해수의 흐름을 방해하지 않아 해양오염을 줄일 수 있고 해수면의 20% 정도만 막는 장점이 있어 친환경적인 방식으로 평가되고 있다. As for wave power generation, animal body type and vibration ordering method are mainly used, and technological progress has been made by field test to commercialize MW-class wave power generation device in European countries, etc. Recently, wave power generation system using breakwater in Korea has been developed. It is a trend being studied. Breakwaters equipped with wave power generation systems, unlike buried breakwaters, have been evaluated in an environmentally friendly way because they do not interfere with the flow of seawater, which can reduce marine pollution and only block about 20% of sea level.
방파제의 개발은 1980년대부터 진행되어 왔으며, 일본에서는 유공식 방파제를 미국 육군에서는 상자형 해양 방파제의 현장 모형시험과 자동차의 폐 타이어를 이용한 해양 방파제를 개발한 사례가 있다. 최근 들어 국내에서도 파력발전시스템을 장착한 방파제 및 해상 계류식 방파제에 대한 연구가 시도되는 경향을 나타낸다. The development of breakwaters has been in progress since the 1980s, and there have been examples of field breakwater tests in Japan, box model marine breakwaters in the US Army, and marine breakwaters using automobile tires. Recently, studies on breakwaters equipped with wave power generation systems and offshore mooring breakwaters tend to be attempted in Korea.
또한, 해상 풍력발전은 국내외적으로 해상 풍력발전단지를 건설하는 등 기술적으로 상용 발전단계에 진입한 상태이다. 최근에는 조류-조력 복합발전, 해상 계류식 파력-풍력-태양광 복합발전 등 해양 신재생에너지의 효율적 이용을 위한 복합발전장치의 개발이 시도되고 있다.In addition, offshore wind power has entered the commercial development stage technically, such as building offshore wind farms at home and abroad. Recently, the development of a combined power plant for efficient use of marine renewable energy, such as tidal- tidal combined power generation, offshore mooring wave-wind-solar combined power generation, has been attempted.
[대한민국 공개특허 10-2012-0000325,'해류, 태양광 그리고 풍력을 동시에 이용한 복합발전장치']와 같은 경우, 3가지 에너지 자원을 동시에 이용하여 단위 시설로 얻어지는 에너지 효율을 극대화하였다. 하지만 이러한 구조물의 경우 단위 시설당 발전 효율성은 높지만, 특정 위치에 고정되어 안정적으로 전력이 공급해야 하는 비상 전력(발전소 등)으로 이용하기 어렵다는 문제점이 있다. In the case of the [Korea Patent Publication No. 10-2012-0000325, 'combined power generation system using the current, solar and wind at the same time'], the energy efficiency obtained by the unit facility was maximized by simultaneously using three energy sources. However, in the case of such a structure, the generation efficiency per unit facility is high, but there is a problem that it is difficult to use as emergency power (power station, etc.) that is fixed to a specific location and must be supplied with power stably.
또한, [대한민국 공개특허 10-2004-0107164,'복합발전기를 구비한 헬리칼형 해양 복합발전장치']의 경우, 해저면에 고정되어 안정적으로 전력을 공급할 수 있으나 해저면에 장치를 설치한 후 고정상태를 장기간 유지하기 어려운 문제점이 있다. In addition, in the case of [Korea Patent Publication No. 10-2004-0107164, 'Helical type marine combined cycle power plant with a composite generator'], it can be fixed on the bottom of the sea to provide a stable power, but fixed after installing the device on the bottom There is a problem that it is difficult to maintain the state for a long time.
본 발명은 보다 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 해상 계류식 태양광-파력-풍력 복합발전장치(이하, 복합발전장치) 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a marine mooring solar-wave-wind combined cycle power generation apparatus (hereinafter referred to as a composite power generation apparatus) and a method capable of supplying electric power more stably.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 복합발전장치는 해수면에 계류하고 내부에 유체의 유로가 형성되는 프레임과, 일면에 태양전지가 장착되고 상기 태양전지를 해수면에 띄우도록 타면에 형성되는 부체를 포함하는 제1 모듈과, 파랑에 의하여 상기 제1 모듈이 회전 운동할 수 있도록 상기 제1 모듈의 일측부에서 연장되어 상기 프레임에 고정되는 회전축 및 일단부가 상기 제1 모듈에 연결되며 타단부는 프레임에 장착되는 액츄에이터(actuator)로서 그 내부에서 피스톤이 왕복 운동하도록 배치되는 제2 모듈을 포함한다.In order to solve the above problems, the composite power generation apparatus according to an embodiment of the present invention is a frame mooring on the sea surface and a fluid flow path is formed therein, and the solar cell is mounted on one surface and floats the solar cell on the sea surface A first module including a floating body formed on the other surface thereof, a rotation shaft extending from one side of the first module to be fixed to the frame so that the first module rotates by blue, and the first module is fixed to the frame. And a second end coupled to the frame, the second end having an actuator mounted to the frame, the second module being arranged to reciprocate therein.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2 모듈은 해수가 유입되는 홀이 구비되는 몸체와, 상기 몸체 내부에서 왕복 가능하도록 배치되는 피스톤 및 상기 제1 모듈의 회전 운동을 상기 피스톤의 왕복 운동으로 변환시키도록 상기 피스톤과 상기 제1 모듈에 각각 연결되는 연결 부재를 포함한다.As an example related to the present invention, the second module may include a body having a hole into which seawater is introduced, a piston disposed to reciprocate within the body, and a rotational motion of the first module to reciprocating motion of the piston. And connecting members connected to the piston and the first module, respectively.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 복합발전장치는 상기 유로와 연결되는 터빈과 발전기 일체를 더 포함한다.As another example related to the present invention, the hybrid power generation apparatus further includes a turbine and a generator integrated with the flow path.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 프레임은 해수 유입홀의 적어도 일부를 개폐하며, 회전축을 이루는 고정단과 유체 흐름에 따라 왕복운동을 하는 자유단을 포함하는 덮개를 더 구비한다.As another example related to the present invention, the frame further includes a cover including at least a part of opening and closing at least a portion of the seawater inflow hole and including a fixed end constituting a rotating shaft and a free end reciprocating according to the fluid flow.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 해수 유입 경로를 구비하는 설비와, 해수면에 계류하고 내부에 제1 유로가 형성되는 프레임과, 상기 제1 유로로부터 연장되어 상기 설비에 연결되는 제2 유로와, 일면에 태양전지가 장착되고 상기 태양전지를 해수면에 띄우도록 타면에 형성되는 부체를 포함하는 제1 모듈과, 파랑에 의하여 상기 제1 모듈이 회전 운동할 수 있도록 상기 제1 모듈의 일측부에서 연장되어 상기 프레임에 고정되는 회전축 및 상기 유로들을 통하여 설비로 해수를 공급하도록, 일단부가 상기 제1 모듈에 연결되며 타단부는 액츄에이터 내부에서 왕복 운동하며 형성되는 제2 모듈을 포함하는 전력시스템을 개시한다.In order to realize the above object, the present invention provides a facility having a seawater inflow path, a frame mooring on the sea surface and having a first flow path formed therein, and a second extending from the first flow path and connected to the facility. A first module including a flow path, a floating body mounted on one surface of the solar cell, and a floating body formed on the other surface to float the solar cell on the surface of the sea, and one of the first modules to rotate the first module by blue. A power system including a second module extending from a side and connected to the first module with one end connected to the first module and having a second end reciprocated in the actuator to supply seawater to the facility through a rotating shaft fixed to the frame and the flow paths. Initiate.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2 모듈은 해수가 유입되는 홀이 구비되는 몸체와, 상기 몸체 내부에서 왕복 가능하도록 배치되는 피스톤 및 상기 제1 모듈의 회전 운동을 상기 피스톤의 왕복 운동으로 변환시키도록 상기 피스톤과 상기 제1 모듈에 각각 연결되는 연결 부재를 포함한다.As an example related to the present invention, the second module may include a body having a hole into which seawater is introduced, a piston disposed to reciprocate within the body, and a rotational motion of the first module to reciprocating motion of the piston. And connecting members connected to the piston and the first module, respectively.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 복합발전장치는 상기 해수의 흐름에 의하여 동작하는 터빈을 구비한다. As another example related to the present invention, the composite power generation apparatus includes a turbine operated by the flow of the seawater.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 프레임은 상기 프레임에서 돌출되도록 형성되는 풍력발전모듈을 더 포함한다. As another example related to the present invention, the frame further includes a wind power generation module protruding from the frame.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 프레임은 수중으로 연장되도록 형성되는 조류발전모듈을 더 포함한다.As another example related to the present invention, the frame further includes a tidal current generation module formed to extend underwater.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예로서, 상기 설비는 상기 해수가 배출되는 제3 유로를 포함하며, 상기 프레임은 상기 제3 유로에 연결되어 해수면에 계류할 수 있다. As another example related to the present invention, the facility may include a third flow path through which the seawater is discharged, and the frame may be connected to the third flow path and moored at the sea surface.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 복합발전장치는 해상에 계류하는 프레임 및 상기 프레임에 연결되어 해수면 변화에 따라 회전하는 태양광모듈을 구비함에 따라, 파랑, 태풍, 해일 등의 해양 기후 환경에서도 태양전지의 파손을 방지하고 전력을 안정적으로 생산할 수 있다. The composite power generation apparatus according to at least one embodiment of the present invention configured as described above includes a frame mooring at sea and a solar module connected to the frame and rotating according to sea level changes, such as blue, typhoon, tsunami, and the like. In the marine climate environment, it is possible to prevent the breakdown of solar cells and to produce electricity stably.
또한, 태양광모듈의 운동에 의하여 해류의 흐름을 유도하는 모듈, 풍력발전모듈 및 파력발전모듈을 구비함에 따라, 직류전력과 교류전력을 동시에 생산할 수 있다. In addition, by having a module for inducing the flow of current by the movement of the solar module, wind power generation module and wave power generation module, it is possible to produce DC power and AC power at the same time.
아울러, 해수담수화 설비에 연결되어, 상기 설비에 해수를 공급할 수 있으며, 또한 발전소 설비에 연결되어, 태풍 등에 의해 냉각수(심해수) 취수가 어려운 경우에 상기 설비에 해수를 취수(intake)할 수 있으며, 발전소 사고 등의 경우에 비상전력(Vital Power)을 공급할 수 있다. In addition, it is connected to the seawater desalination plant, can supply the seawater to the plant, and also connected to the power plant facilities, when the intake of cooling water (deep seawater) due to typhoons, etc. can take in the seawater (intake) to the plant In case of power plant accidents, it can supply vital power.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합발전장치의 제1 모듈의 구조를 나타낸 사시도.
도 2a는 도 1의 제1 모듈의 평면도.
도 2b는 도 1의 제1 모듈의 측면도.
도 2c는 도 1의 제1 모듈의 정면도.
도 3은 본 발명과 관련된 복합발전장치의 개념도.
도 4는 도 3에 도시된 복합발전장치의 프레임 확대도.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복합발전장치의 제2 모듈의 구조를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템의 개념도.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력시스템의 개념도.
도 8은 제2 모듈의 매커니즘을 나타낸 개념도.
도 9는 도 8의 제2 모듈의 다른 일 실시예를 나타낸 개념도.
도 10은 도 7의 전력시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 전력시스템의 개념도.1 is a perspective view showing the structure of a first module of a combined cycle power generator according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view of the first module of FIG. 1.
2B is a side view of the first module of FIG. 1.
2C is a front view of the first module of FIG. 1.
3 is a conceptual diagram of a combined power generation apparatus according to the present invention.
4 is an enlarged view of a frame of the combined cycle power generator shown in FIG. 3.
5 is a conceptual view showing the structure of a second module of a combined cycle apparatus according to another embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram of a power system according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram of a power system according to another embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a mechanism of a second module.
9 is a conceptual diagram illustrating another embodiment of the second module of FIG. 8.
10 is a conceptual diagram of a power system showing another embodiment of the power system of FIG.
이하, 본 발명과 관련된 복합발전장치(200) 및 전력시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, the combined
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 복합발전장치(200)의 제1 모듈(100)의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 2a는 도 1의 제1 모듈(100)의 평면도, 도 2b는 도 1의 제1 모듈(100)의 측면도, 도 2c는 도 1의 제1 모듈(100)의 정면도이다.1 is a perspective view showing the structure of a
제1 모듈(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전장치(200)를 위한 태양광 모듈일 수 있다. The
도 1 및 도 2a,2b,2c를 참조하면, 복합발전장치(200)는 태양전지(101)와, 케이싱(102)과, 연결부재(303)가 연결되는 연결부(105)와, 부체(103,buoy)와, 제1 모듈(100)이 180도 회전운동이 가능하도록 형성되는 회전축(104)과, 회전축과 케이싱을 연결하는 회전축 연결부재(104a)와, 태양전지(101)의 파손을 방지하기 위한 투명한 재질의 보호막과, 터미널 박스(106) 및 전선 등을 포함할 수 있다. 1 and 2A, 2B, and 2C, the
태양전지(101)는 태양광선으로부터 광전효과(Photovoltaic Effect: PV Effect)를 발생시키며, 본원 발명의 일 실시예에 따르면 태양전지(101)의 광전효과가 발생할 수 있도록 제1 모듈(100)의 일면에 장착되고, 타면에는 부체(103)가 형성되어 제1 모듈(100)이 자유해수면을 기준으로 상하 90도까지 회전운동을 할 수 있다. 이하에서 자유해수면이란 파랑이 없이 잔잔한 해수면을 의미한다. The
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 모듈(100)은 타면에 부체(103)가 배치되며, 상기 부체(103)는 회전축(104)이 배치되는 제1 모듈(100)의 일측부에서 타측부로 갈수록 높이가 높아진다. 즉, 부체(103)는 제1 모듈(100)의 중심에 비대칭으로 형성될 수 있다. In the
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모듈(100)이 파랑에 의하여 뒤집히는 것을 방지하기 위하여 제1 모듈(100)의 회전 각도를 자유해수면에 수직으로 반회전(+90도 내지 -90도) 이내로 제한한다. In addition, according to an embodiment of the present invention, in order to prevent the
제1 모듈(100)과 연계하여 제2 모듈(300)을 파력 발전에 이용하기 위한 방법을 설명한다. 제1 모듈(100)이 파랑에 따라 자유해수면을 기준으로 180도(+90도 ~ -90도) 범위에서 회전축(104)을 중심으로 회전운동할 수 있으며, 부유식 복합발전장치(200)의 프레임(201) 하단에 제2 모듈(300)을 장착하여 파랑에 의한 제1 모듈(100)의 회전운동을 제2 모듈(300)의 피스톤(302)의 왕복운동으로 변환함으로써 해수가 제2 모듈(300)을 통해 유입되어 프레임(201) 내부를 거쳐 파력발전기(400)로 이동시키는 구성으로 이루어진다. A method for using the
이 때, 프레임(201)에 장착되는 제2 모듈(300)의 피스톤(302)는 프레임(201)을 따라 직선 왕복운동을 하며, 해수는 한 방향(파력발전기 방향)으로 이동한다.At this time, the
회전축(104)은 제1 모듈이 파랑에 의하여 회전하는 중심축이 되고, 도시된 바와 같이 링과 같은 형상으로 이루어져 프레임에 연결될 수 있다.The
회전축 연결부재(104a)는 파랑에 의한 제1 모듈의 운동에너지를 최대한 활용하기 위한 것이다. 즉, 회전축 연결부재(104a)는 서로 이격된 회전축(104)와 케이싱(102)을 연결한다. 제1 모듈의 케이싱이 회전 중심으로부터 멀어지게 되어 파고가 낮더라도 제1 모듈의 상하 운동이 크게 일어난다.The rotary
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 회전축(104)과 케이싱(102)이 서로 연결되고, 별도의 회전축 연결부재는 존재하지 않을 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the
도 3은 본 발명과 관련된 복합발전장치(200)의 개념도이다. 3 is a conceptual diagram of a combined
도 3을 참조하면, 본원 발명의 일 실시예에 따른 복합발전장치(200)는, 제1 모듈(100)과, 제2 모듈(300)과, 풍력발전모듈(500)과, 조류발전모듈(600)과, 프레임(201)과, 앵커(202)와, 제1 배선(402), 제2 배선(403) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the hybrid
제1 모듈(100)은 태양광 모듈일 수 있으며, 태양광선으로부터 광전효과(Photovoltaic Effect: PV Effect)를 발생시키는 태양전지(101)와, 케이싱(102)과, 부체(103)(buoy)와, 제1 모듈(100)이 180도 회전운동이 가능하도록 형성되는 회전축(104)과, 태양전지(101)의 파손을 방지하기 위한 투명한 재질의 보호막과, 터미널 박스(106) 및 전선 등을 포함할 수 있다. The
본 발명의 일 실시예에 따르면 풍력발전모듈(500)은 프레임(201)에서 상부로 돌출되는 형상이고, 조류발전모듈(600)은 프레임(201)에서 수중으로 연장되도록 형성되는 형상을 이룬다. 풍력발전모듈(500)과 조류발전모듈(600)은 선택적으로 프레임(201)에 장착된다. According to an embodiment of the present invention, the wind
프레임(201)은 부력을 갖도록 제작되어 해수면에 떠 있을 수 있으며, 내부에는 유로가 형성된다. 유로는 파력발전을 위한 터빈(401)으로 연결되며 제2 모듈(300)에 의하여 유입되는 해수의 이동 경로가 된다. 유로로 유입된 해수는 프레임(201)에서 왕복 운동하는 제2 모듈(300)에 의하여 일방향으로 힘을 받는다. 유로를 통해 흐르는 해수는 터빈(401)을 돌리며 터빈(401)의 회전에 의해 전력이 생산된다.The
앵커(202)는 복합발전장치(200)에 일단이 연결되어 복합발전장치(200)를 해수면에 계류시킨다.One end of the
제1 배선은 제1 모듈(100)에서 생산되는 직류전력을 전송하며, 제2 배선은 풍력발전모듈(500) 및 조류발전모듈(600)에서 생산되는 교류전력을 전송한다. 상기 배선들은 전기실(700)에 연결된다.The first wire transmits the DC power produced by the
전기실(700)은 복합발전장치(200)의 생산 전력을 변환하거나 저장하고, 사용자에게 전력을 공급한다. The
도 4은 도 3에 도시된 복합발전장치(200)의 프레임(201)의 확대도이다.4 is an enlarged view of the
도 4을 참조하면, 제2 모듈(300)은 제1 모듈(100)과 연결되어 파력에너지를 운동에너지로 변환시킬 수 있도록 형성된다. 제1 모듈(100)의 일단부는 프레임(201)에 고정되는 회전축(104)과 연결되고 타단부는 제2 모듈(300)과 연결된다. Referring to FIG. 4, the
프레임(201)에는 제2 모듈(300)의 몸체가 형성될 수 있다. 프레임(201)은 도시된 바와 같이 두 유로가 위아래로 중첩되는 형상일 수 있다. 다시 말해, 프레임(201)은 제1 유로(I)와 제1 유로(I)에서 분기되는 분기유로(II)를 포함할 수 있으며 제2 모듈(300)의 몸체는 분기유로(II)를 형성하도록 돌출되는 형상일 수 있다. 제1 유로(I)와 분기유로(II) 사이에는 해수 유입홀이 형성될 수 있다.The body of the
몸체의 내부에는 왕복 운동 가능하도록 피스톤(302)이 배치된다. 피스톤(302)과 제1 모듈(100)은 연결 부재에 의해 연결된다. 몸체에는 프레임(201) 내부로 해수를 유입하고 누수를 방지하기 위한 밸브장치가 더 포함될 수 있으며, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 프레임(201)에는 해수 유입홀의 적어도 일부를 개폐하는 덮개(304)가 장착될 수 있다. The
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 복합발전장치(200)의 제2 모듈(300)의 구조를 나타낸 개념도이다. 5 is a conceptual diagram illustrating a structure of the
도 5를 참조하면, 제2 모듈(300)은 실린더 몸체와, 피스톤(302)과, 연결부재(303) 등을 포함한다. Referring to FIG. 5, the
연결부재(303)은 피스톤(302)과 연결부(105)를 연결시킨다. 연결부(105)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 모듈의 양 측 모서리에 형성될 수 있다. 상기 연결부(105)는 링 모양으로 형성될 수 있다. The connecting
하나의 연결부재(303)가 하나의 제2 모듈에 연결될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 1개의 피스톤(302)에는 1개의 연결부재(303)가 결합되어 피스톤(302)이 A'과B'사이 왕복 운동을 하도록 한다. One
다른 일 실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이 하나의 프레임에 배치되는 인접한 두 개의 제1 모듈이 하나의 제2 모듈을 동시에 구동하게 형성될 수 있다. 또한, 3개 이상의 제1 모듈 및 제2 모듈이 동시에 동작하도록 형성되는 것도 가능하다. According to another embodiment, as shown in FIG. 4, two adjacent first modules arranged in one frame may be formed to simultaneously drive one second module. It is also possible that three or more first and second modules are configured to operate simultaneously.
제2 모듈(300)의 동작을 보다 자세히 설명하면 다음과 같다. 제1 모듈(100)이 파랑에 의하여 B의 위치에서 A위치로 이동하면 피스톤(302)은 A'방향으로 직선 운동한다. 그리고 제1 모듈(100)이 A위치로부터 B위치로 이동하면 피스톤(302)은 B'방향으로 직선 운동한다. 즉, 제1 모듈(100)의 회전 운동이 피스톤(302)의 직선 운동으로 변환된다. A'과 B'의 사이에는 해수가 실린더 몸체로 유입되는 홀이 형성될 수 있다. 제1 모듈(100)의 움직임에 따른 피스톤(302)의 위치 관계는 실린더 몸체와 제1 모듈(100)의 거리 또는 연결부재(303)의 길이를 조절하여 변경할 수 있다. 다시 말해, 자유해수면일 때 피스톤(302)이 실린더 몸체의 우측으로 밀착되어 있을 수 있고 파랑에 의하여 제1 모듈(100)이 상승 또는 하강하였을 때 피스톤(302)이 우측으로 밀착된 상태를 이루게 할 수 있다. 도 5에 도시된 상태는 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤과 제1 모듈 등의 배치이며 본원발명의 권리범위는 상기 위치에 한정되지 않는다.The operation of the
도 5에 도시된 바에 따르면, 제1 모듈(100)이 파랑에 의하여 상승하면 제1 모듈(100)에 연결된 피스톤(302)은 실린더 몸체의 우측으로 이동하며, 홀을 통해 해수가 실린더 몸체 내부로 유입된다. 다시 파랑에 의하여 제1 모듈(100)이 하강하게 되면 피스톤(302)은 실린더 몸체 좌측으로 이동한다. 이 때 피스톤(302)은 실린더 몸체로 유입된 해수를 일 방향으로 밀어낸다. 피스톤(302)에 의하여 가압된 해수는 프레임(201)의 유로를 따라 일방향으로 이동하게 된다. As shown in FIG. 5, when the
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 프레임(201)에는 해수 유입홀의 적어도 일부를 개폐하는 덮개(304)가 장착될 수 있다. 덮개(304)는 회전축(104)을 이루는 고정단(304b)과 유체가 해수 유입홀을 통해 제1 유로(I)로 흐름에 따라 왕복 운동하는 자유단(304a)을 포함한다. 즉, 덮개(304)는 피스톤(302)에 의하여 해수가 가압될 때 열리고, 피스톤(302)이 가압 전 위치로 돌아갈 때 닫히게 된다. 보다 구체적으로, 피스톤(302)이 A'에서 B'으로 이동하며 해수를 가압하면 덮개(304)는 제1 유로(I) 쪽으로 미는 힘을 받게 된다. 상기 힘에 의하여 자유단(304a)은 들어 올려지고 개방된 해수 유입홀을 따라 해수는 제1 유로(I)로 유입된다. 다시 피스톤(302)이 B'에서 A'으로 이동하면 덮개(304)를 밀어올리는 힘이 사라지고 자유단(304a)이 하강하여 해수 유입홀을 폐쇄한다. According to another embodiment of the present invention, the
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력시스템의 개념도이다. 6 is a conceptual diagram of a power system according to an embodiment of the present invention.
도 6를 참조하면, 전력시스템은 복합발전장치(200)와, 복합발전장치(200)로부터 전달되는 해수를 해수담수화 설비(801)에 공급하는 제2 유로(III) 및 전기실(700) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the power system includes a
복합발전장치(200)는 제1 모듈(100)과, 제2 모듈(300)과, 풍력발전모듈(500)과, 조류발전모듈(600)과, 프레임(201)과, 앵커(202)와, 제1 배선, 제2 배선 등을 포함한다. 제1 배선은 제1 모듈(100)에서 생산되는 직류전력을 전송하며, 제2 배선은 풍력발전모듈(500) 및 조류발전모듈(600)에서 생산되는 교류전력을 전송한다. 상기 배선들은 전기실(700)에 연결된다. 제2 모듈(300)에서 생산되는 전력은 전기실(700)을 통해 해수담수화 설비(801)에 공급된다. 즉, 해수담수화 설비(801)는 제1 모듈(100)에서 생산되는 직류전력와, 제2 모듈(300), 풍력발전모듈(500) 및 조류발전모듈(600)에서 생산되는 교류전력을 함께 공급받을 수 있다.The composite
프레임(201)은 부력을 갖도록 제작되어 해수면에 떠 있을 수 있으며, 내부에는 제1 유로(I)가 형성된다. 제1 유로(I)는 파력발전을 위한 터빈(401)으로 연결되며 제2 모듈(300)에 의하여 유입되는 해수의 이동 경로가 된다. 제1 유로(I)로 유입된 해수는 프레임(201) 내부에서 왕복 운동하는 제2 모듈(300)에 의하여 일방향으로 힘을 받는다. 제2 유로(III)는 제1 유로(I)로부터 연장되어 해수담수화 설비(801)에 연결된다. 제1 유로(I)를 통해 흐르는 해수는 터빈(401)을 돌리며 터빈(401)의 회전에 의해 전력이 생산된다. 제1 유로(I)를 거친 해수는 제2 유로(III)를 통해 해수담수화 설비(801)에 공급된다. 즉, 파력발전에 이용된 해수를 해양으로 배수하지 않고 해수담수화 설비(801)에 사용할 수 있다.The
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력시스템의 개념도이다.7 is a conceptual diagram of a power system according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 전력시스템은 복합발전장치(200)와, 복합발전장치(200)로부터 전달되는 해수를 발전소 설비(802)에 공급하는 제2 유로(III) 및 전기실(700) 등을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 7, the power system includes a combined
복합발전장치(200)는 제1 모듈(100)과, 제2 모듈(300)과, 풍력발전모듈(500)과, 조류발전모듈(600)과, 프레임(201)과, 앵커(202)와, 제1 배선, 제2 배선 등을 포함한다. 제1 배선(701)은 제1 모듈(100)에서 생산되는 직류전력을 전송하며, 제2 배선(702)은 풍력발전모듈(500) 및 조류발전모듈(600)에서 생산되는 교류전력을 전송한다. 상기 배선들은 전기실(700)에 연결된다. 제2 모듈(300)에서 생산되는 전력은 전기실(700)을 통해 발전소 설비(802)에 공급된다. 즉, 발전소 설비(802)는 제1 모듈(100)에서 생산되는 직류전력와, 제2 모듈(300), 풍력발전모듈(500) 및 조류발전모듈(600)에서 생산되는 교류전력을 함께 공급받을 수 있으며 이는 발전소의 비상전력으로 이용될 수 있다. The composite
프레임(201)은 부력을 갖도록 제작되어 해수면에 떠 있을 수 있으며, 내부에는 제1 유로(I)가 형성된다. 제1 유로(I)는 파력발전을 위한 터빈(401)으로 연결되며 제2 모듈(300)에 의하여 유입되는 해수의 이동 경로가 된다. 제1 유로(I)로 유입된 해수는 프레임(201) 내부에서 왕복 운동하는 제2 모듈(300)에 의하여 일방향으로 힘을 받는다. 제2 유로(III)는 제1 유로(I)로부터 연장되어 발전소 설비(802)에 연결된다. 제1 유로(I)를 통해 흐르는 해수는 터빈(401)을 돌리며 터빈(401)의 회전에 의해 전력이 생산된다. 제1 유로(I)를 거친 해수는 제2 유로(III)를 통해 발전소의 냉각수로 사용될 수 있다. 발전소의 온배수를 위한 해저터널(803)을 통하여 배출될 수 있다. The
복합발전창치는 온배수를 위한 해저터널(803)에 앵커링(anchoring) 되어 해수면에 계류할 수 있다.The combined power generating anchor can be anchored to the
본 발명의 일실시예에 따르면, 복합발전장치(200)는 대기 및 해수에 의해 태양전지(101)가 자연 냉각되며, 풍력 및 파력 및 해류에너지를 동시에 파력발전에 이용하며, 태양전지(101)에 의한 직류전력 및 파력발전기(400)에 의한 교류전력을 동시에 생산하는 장점을 제공한다. 또한, 복합발전장치(200)의 태양광모듈 및 프레임(201)을 부체(103,buoy) 및 파력발전을 위한 구성요소로 형성하고 또는 태양광모듈을 복합발전장치(200)의 프레임(201)에 내장하여 태풍해일 등의 해양 기후환경에서도 태양전지(101)의 파손 방지 및 복합발전장치(200)의 계류가 보장되는 특징을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, the composite
또한, 복합발전장치(200)는 해수담수화를 위한 전력 및 해수 공급의 장점을 제공하며, 발전소의 사고에 대비한 비상전력 및 냉각수(심해수) 공급에 응용할 수 있는 장점을 제공한다. In addition, the composite
아울러, 상기 복합발전장치(200)는, 해양 신재생에너지 중 태양광, 파력, 풍력을 이용한 해상 계류식 복합발전의 성능 및 비용을 최적화하기 위하여 태양광모듈을 직류전력 생산뿐 아니라 파력발전의 구성요소로 활용하며, 또한 풍력에너지를 파력발전기(400)로 전달함으로써 별도의 풍력발전기를 구성할 필요가 없는 구조를 갖는다. In addition, the composite
도 8은 Wave Energy Convert (WEC)에 보편적으로 이용되는 유압회로(Typical Hydraulic Circuit)를 적용한 일실시예로서 제2 모듈의 매커니즘을 나타낸 개념도이다.FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a mechanism of a second module as an embodiment to which a general hydraulic circuit commonly used for Wave Energy Convert (WEC) is applied.
해수면에서는 파도에 의하여 위 아래 방향으로 힘을 받는다. 본 발명의 복합발전장치는 이러한 파력에너지를 이용하도록 설계된다. 즉, 제1 모듈의 일 면에는 부체(103)가 부착되어 제1 모듈이 파도에 의해 상하 운동할 수 있도록 한다. At sea level, waves are forced up and down. The combined cycle apparatus of the present invention is designed to use such wave energy. That is, the floating
도시된 바와 같이, 2개 이상의 모듈이 로드 연결부재(303a)에 연결될 수 있다. 즉, 복합발전장치가 설치된 해안의 파력이 강하지 않은 경우 상기와 같이 2개 이상의 제1 모듈이 제2 모듈을 동작시킬 수 있다. 로드 연결부재(303a)는 로드(ROD)의 일단에 연결되어 로드에 힘을 가한다. 로드(ROD)의 타단은 피스톤에 연결되어 피스톤에 힘을 전달한다. As shown, two or more modules may be connected to the
도 9는 도 8의 제2 모듈에 적용된 유압회로의 구성에 대한 실시예를 나타낸 개념도이다. 9 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a configuration of a hydraulic circuit applied to the second module of FIG. 8.
끊기지 않고 지속적으로 교류 전력을 생산할 수 있도록, 도시된 것과 같은 유압 회로(hydraulic circuit)가 복합발전장치에 적용될 수 있다. A hydraulic circuit such as shown can be applied to the combined cycle unit so that it can continuously produce alternating current power without interruption.
도 10은 도 7의 전력시스템의 또 다른 일 실시예를 나타낸 전력시스템의 개념도이다. FIG. 10 is a conceptual diagram of a power system illustrating still another embodiment of the power system of FIG. 7.
도시된 바와 같이 전력시스템은 복수 개의 복합발전장치(200)를 포함할 수 있다. 복수 개의 복합발전장치는 각각 해저터널(803)에 고정되며, 각각의 프레임 간에도 서로 연결되어 강한 파도에도 버틸 수 있도록 설계된다. As shown, the power system may include a plurality of multiple power generation apparatuses 200. The plurality of combined power generation apparatuses are fixed to the
이러한 복합발전 방식은 풍력에너지 및 파력에너지를 이용하여 파력발전기(400)의 구동을 위해 해수를 가속하는데 이용하며, 파력발전에 이용된 해수는 해수담수화 또는 발전소 냉각수로 이용할 수 있는 장점을 제공한다. The combined power generation method uses the wind energy and the wave energy to accelerate seawater for driving the
따라서, 복합발전장치(200)가 생산하는 전력 및 취수하는 해수를 해수 담수화 및 발전소 정전(Station Blackout: SBO) 시 비상전력 공급 및 냉각수 취수를 위한 수단을 제공한다. 또한, 원자력발전소에 응용하는 경우에는 원전 온배수를 위한 해저터널(803)을 앵커(202)로 이용함으로써 태풍해일과 같은 해양 기후환경에도 자유해수면에 복합발전장치(200)의 계류가 가능한 장점을 제공한다. Therefore, it provides a means for supplying emergency power and cooling water in the case of seawater desalination and station blackout (SBO) for power generation and seawater taken by the composite
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 구성들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. In the present invention as described above has been described by the specific embodiments, such as specific components and limited embodiments and drawings, but this is provided to help a more general understanding of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. It is therefore to be understood that within the scope of the appended claims, the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. .
Claims (10)
일면에 태양전지가 장착되고 상기 태양전지를 해수면에 띄우도록 타면에 형성되는 부체를 포함하는 제1 모듈;
파랑에 의하여 상기 제1 모듈이 회전 운동할 수 있도록 상기 제1 모듈의 일측부에서 연장되어 상기 프레임에 고정되는 회전축; 및
일단부가 상기 제1 모듈에 연결되며 타단부는 상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 운동하도록 형성되는 제2 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전장치.A frame mooring at sea level and having a flow path formed therein;
A first module having a solar cell mounted on one surface and a float formed on the other surface to float the solar cell on the sea surface;
A rotating shaft extending from one side of the first module and fixed to the frame such that the first module rotates by blue; And
One end is connected to the first module and the other end comprises a second power module including a second module formed to reciprocate in the longitudinal direction of the frame.
상기 제2 모듈은,
해수가 유입되는 홀이 구비되는 하우징;
상기 하우징 내부에서 왕복 가능하도록 배치되는 피스톤; 및
상기 제1 모듈의 회전 운동을 상기 피스톤의 왕복 운동으로 변환시키도록 상기 피스톤과 상기 제1 모듈에 각각 연결되는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전장치. The method of claim 1,
Wherein the second module comprises:
A housing having a hole into which seawater is introduced;
A piston arranged to reciprocate in the housing; And
And a connecting member connected to each of the piston and the first module to convert the rotational motion of the first module into the reciprocating motion of the piston.
상기 유로와 연결되는 터빈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전장치.The method of claim 1,
And a turbine connected to the flow path.
상기 프레임은,
해수 유입홀의 적어도 일부를 개폐하며, 회전축을 이루는 고정단과 유체 흐름에 따라 왕복운동을 하는 자유단을 포함하는 덮개를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 복합발전장치.3. The method of claim 2,
The frame includes:
Opening and closing at least a portion of the seawater inlet hole, the composite power generation apparatus comprising a cover including a fixed end constituting a rotation axis and a free end reciprocating according to the fluid flow.
해수면에 계류하고 내부에 제1 유로가 형성되는 프레임;
상기 제1 유로로부터 연장되어 상기 설비에 연결되는 제2 유로;
일면에 태양전지가 장착되고 상기 태양전지를 해수면에 띄우도록 타면에 형성되는 부체를 포함하는 제1 모듈;
파랑에 의하여 상기 제1 모듈이 회전 운동할 수 있도록 상기 제1 모듈의 일측부에서 연장되어 상기 프레임에 고정되는 회전축; 및
상기 유로들을 통하여 상기 설비로 해수를 공급하도록, 일단부가 상기 제1 모듈에 연결되며 타단부는 상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 운동하도록 형성되는 제2 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.A facility having a seawater inflow path;
A frame mooring at sea level and having a first flow path formed therein;
A second flow passage extending from the first flow passage and connected to the facility;
A first module having a solar cell mounted on one surface and a float formed on the other surface to float the solar cell on the sea surface;
A rotating shaft extending from one side of the first module and fixed to the frame such that the first module rotates by blue; And
And a second module, one end of which is connected to the first module and the other end of which is reciprocated in the longitudinal direction of the frame, to supply seawater to the facility through the flow paths.
상기 제2 모듈은,
해수가 유입되는 홀이 구비되는 하우징;
상기 하우징 내부에서 왕복 가능하도록 배치되는 피스톤; 및
상기 제1 모듈의 회전 운동을 상기 피스톤의 왕복 운동으로 변환시키도록 상기 피스톤과 상기 제1 모듈에 각각 연결되는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.6. The method of claim 5,
Wherein the second module comprises:
A housing having a hole into which seawater is introduced;
A piston arranged to reciprocate in the housing; And
And a connecting member each connected to the piston and the first module to convert the rotational motion of the first module into a reciprocating motion of the piston.
상기 제2 유로는,
상기 해수의 흐름에 의하여 동작하는 터빈을 구비하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.The method according to claim 6,
Wherein the second flow path
And a turbine operating by the flow of the sea water.
상기 프레임은,
상기 프레임에서 돌출되도록 형성되는 풍력발전모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.8. The method of claim 7,
The frame includes:
The power system characterized in that it further comprises a wind power generation module protruding from the frame.
상기 프레임은,
수중으로 연장되도록 형성되는 조류발전모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.8. The method of claim 7,
The frame includes:
The power system further comprises a tidal current generation module is formed to extend underwater.
상기 설비는 상기 해수가 배출되는 제3 유로를 포함하며,
상기 프레임은 상기 제3 유로에 연결되어 해수면에 계류하는 것을 특징으로 하는 전력시스템.6. The method of claim 5,
The facility includes a third flow path for discharging the sea water,
And the frame is connected to the third flow path and mooring at sea level.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120140619A KR101386699B1 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Solar-wave-wind combined mooring power generation unit and system |
Applications Claiming Priority (1)
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