KR101488935B1 - 발전 방법 및 해양 구조물 - Google Patents

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고두영
김경희
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    • Y02E10/20—Hydro energy

Abstract

본 발명은 해양 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해저 자원의 유동을 이용하여 에너지를 발생시키는 해양 구조물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물은, 해저 자원을 채굴하는 해양 구조물에 있어서, 상기 해저 자원을 저장하는 저장 탱크를 포함하는 본체, 해저면과 상기 해양 구조물을 연결하고, 상기 해저 자원이 이동하는 이동 공간을 가지는 이동 파이프 및 상기 이동 파이프를 통해 이동되는 상기 해저 자원에 의해 에너지를 생성하는 발전 유닛을 포함한다.

Description

발전 방법 및 해양 구조물{POWER GENERATION METHOD AND MARINE STRUCTURE}
본 발명은 해양 구조물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해저 자원의 유동을 이용하여 에너지를 발생시키는 해양 구조물에 관한 것이다.
석유와 같은 자원의 사용량 증가에 따라, 원유의 안정적인 생산 및 공급이 세계 각국에서 중요한 문제로 떠오르고 있다. 이에 따라, 최근에는 해양 유전으로부터 원유를 발굴하는 기술에 많은 관심이 쏠리고 있다.
일반적으로 해양 구조물은 선체(hull)의 상부에 플랜트 설비가 설치되는 선박 형태의 부유식 석유 생산저장하역설비(FPSO, Floating Production Stroage and Offloading), 부유식 액화 가스 저장ㆍ재기화 설비(LNG Floating Storage Re-gasfication Unit), 해상 석유 시추설비(Offshore oil-drilling platform) 등을 갖는 선박(vessel)을 포함한다.
해양 유전에서 시추하는 원유는 가스, 물, 기름, 뻘 등을 포함하는 혼합물의 형태이므로 그대로는 경제적인 가치가 없는 상태이다. 따라서, 유정에서 생산된 원유를 경제성을 가지도록 생산기지에서 처리하는 작업이 필요하다.
원유를 생산하는 해양 구조물은 상기와 같이 유정에서 생산된 원유를 처리하는 설비와 생산된 석유를 저장하는 설비를 갖추고 있어야 한다. 또한, 생산된 원유를 처리하기 위한 관련 설비는 상부구조(topside)에 설치되고, 생산된 석유를 저장하는 관련 설비 및 선박의 계류용 관련 설비는 선체(hull)에 설치된다.
유정에서 생산된 원유는 해저에서 고압의 상태로 존재한다. 따라서 원유는 해양 구조물로 이동되는 경우에 고압으로 인하여 빠른 속도를 유지하게 된다. 그러나, 해양 구조물로 이동되는 고압의 원유를 이용하여 에너지를 생성하는 기술은 개시되지 않고 있다.
본 발명은 해저 자원의 유동을 이용하여 에너지를 발생시키는 발전 방법 및 해양 구조물을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 해양 구조물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물은, 해저 자원을 채굴하는 해양 구조물에 있어서, 상기 해저 자원을 저장하는 저장 탱크를 포함하는 본체, 해저면과 상기 해양 구조물을 연결하고, 상기 해저 자원이 이동하는 이동 공간을 가지는 이동 파이프 및 상기 이동 파이프를 통해 이동되는 상기 해저 자원에 의해 에너지를 생성하는 발전 유닛을 포함한다.
상기 발전 유닛은 상기 이동 파이프 내부에 고정 설치되고, 상기 해저 자원의 유동으로 인하여 회전하는 회전 부재 및 상기 터빈으로부터 발생된 회전력을 이용하여 에너지를 생성하는 발전 부재를 포함할 수 있다.
상기 발전 부재는 상기 본체에 위치할 수 있다.
상기 회전 부재는 상기 이동 파이프의 상단에 제공될 수 있다.
상기 회전 부재는 터빈을 포함할 수 있다.
상기 해저 자원은 원유로 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 발전 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발전 방법은, 해저 자원이 해저로부터 이동 파이프를 통하여 해양 구조물로 이동되면서 상기 이동 파이프 내부에 위치하는 회전 부재가 회전되고, 상기 회전 부재의 회전력을 이용하여 에너지를 발생시킨다.
상기 회전 부재는 상기 이동 파이프의 상단에 제공될 수 있다.
상기 회전 부재는 터빈을 포함할 수 있다.
상기 해저 자원은 원유를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 해저 자원의 유동을 이용하여 에너지를 발생시키는 발전 방법 및 해양 구조물을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 선 X-X'에서 바라본 회전 부재를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 해양 구조물(1)은 해저에 위치하는 해저 자원을 해양 구조물(1)로 운반시킨다. 본 발명의 일 실시예에 의한 해양 구조물(1)은 본체(10), 이동 파이프(20), 그리고 발전 유닛(30)을 포함할 수 있다.
해양 구조물(1)은 원유의 생산(Oil Production)을 수행하는 작업선을 포함한다. 일 예에 의하면, 해양 구조물(1)은 FPSO(Floating Production Storage and Offloading), TLP(Tension Leg Platform) 및 각종 Platform, 그리고 SPAR 와 같은 선박 및 해양 플랜트를 포함할 수 있다. 이러한 해양 구조물(1)은 해저(B)의 해저 자원(O)들을 해양 구조물의 본체(10)로 이동시키고, 본체(10)에서 해저 자원(O)을 가공 및 저장할 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 의한 해양 구조물(1)이 원유의 생산(Oil Production)을 수행하는 FPSO, TLP, SPAR 중 하나인 것으로 가정하고 설명한다.
해양 구조물(1)은 해상에서 부유상태를 유지하는 본체(10)를 포함한다. 본체(10)는 해양 구조물(1)의 종류에 따라 선박 또는 부유식 구조물의 형태로 제공될 수 있다. 본체(10)는 해저 자원(O)을 저장하는 저장 탱크와 해저 자원(O)을 가공 처리하는 플랜트 설비를 포함할 수 있다.
이동 파이프(20)는 해양 구조물(1)의 본체(10)로 해저 자원(O)을 이동시킨다. 일 예에 의하면, 이동 파이프(20)는 해양 구조물(1)의 본체(10)로 원유를 이동시킬 수 있다. 이를 위하여, 이동 파이프(20)는 해양 구조물(1)의 본체(10)와 해저면의 하부를 연결하도록 제공될 수 있다. 또한, 이동 파이프(20)는 그 하단이 해저면의 하부에 제공될 수 있도록 길이 조절이 가능하게 제공될 수 있다. 원유는 이동 파이프(20)를 통하여 해저면에서 본체(10) 내부에 제공된 저장 탱크로 이동될 수 있다. 이동 파이프(20)는 원유 외에도 여러 종류의 광물이나 천연 가스 등의 해저 자원(O)이 해양 구조물(1)의 본체(10)로 이동되는 통로로서 역할을 할 수 있다.
일 예에 의하면, 이동 파이프(20)는 제1 파이프(21)와 제2 파이프(23)를 포함할 수 있다. 제1 파이프(21)는 내부에 해저 자원(O)이 이동되는 통로를 제공한다. 제2 파이프(23)는 제1 파이프(21)를 둘러싸는 형상으로 제공될 수 있다. 제2 파이프(23)는 제1 파이프(21)의 외측에 제공되고, 제1 파이프(21)의 파손을 방지하는 역할을 할 수 있다.
도 2는 도 1의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 일 실시예를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2의 선 X-X'에서 바라본 회전 부재를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 발전 유닛(30)은 이동 파이프(20)를 통해 이동되는 해저 자원(O)에 의해 에너지를 생성할 수 있다. 일 예에 의하면, 발전 유닛(30)은 회전 부재(310), 발전 부재(320), 그리고 저장 부재(330)를 포함할 수 있다.
회전 부재(310)는 해저 자원(O)의 유동을 이용하여 회전된다. 일 예에 의하면, 회전 부재(310)는 터빈을 포함할 수 있다. 회전 부재(310)는 이동 파이프(20) 내부에 제공될 수 있다. 회전 부재(310)는 본체(10)와 가까이 위치하는 이동 파이프(20) 상단에 위치할 수 있다. 회전 부재(310)는 블레이드(311), 회전 축(313), 그리고 고정 부재(315)를 포함할 수 있다.
블레이드(311)는 이동 파이프(20)의 길이 방향과 수직한 방향으로 위치한다. 블레이드(311)는 이동 파이프(20)의 길이 방향을 따라 해저면으로부터 본체(10)로 이동되는 해저 자원(O)의 유동에 의하여 회전된다. 블레이드(311)는 회전 축(313)을 중심으로 회전된다.
고정 부재(315)는 블레이드(311)를 이동 파이프(20)의 특정한 위치에 고정시킨다. 고정 부재(315)는 블레이드(311)가 연결된 회전 축(313)을 고정시킬 수 있다. 고정 부재(315)는 이동 파이프(20)의 내측벽에 고정 설치되어 블레이드(311)를 고정시킬 수 있다.
발전 부재(320)는 회전 부재(310)와 연결된다. 발전 부재(320)는 회전 부재(310)의 회전력을 이용하여 에너지를 생성한다. 일 예에 의하면, 발전 부재(320)는 본체(10)에 위치할 수 있다. 발전 부재(320)에서 생성된 에너지는 저장 부재(330)에 저장될 수 있다. 저장 부재(330)는 본체(10)에 위치할 수 있다.
도 4는 도 2의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 도 4의 해양 구조물은 도 1 내지 도 3의 해양 구조물과 비교할 때 발전 유닛 만이 상이하고 나머지 구성은 동일하다. 이하에서는 도 4의 발전 유닛과 도 1 내지 도 3의 발전 유닛과의 차이점을 중심으로 설명한다.
발전 유닛(30a)은 도 1의 발전 유닛(30)과 달리 회전 부재(310a, 310b)를 복수개 포함할 수 있다. 이동 파이프(20)를 통해 이동되는 해저 자원(O)은 고압 상태인 경우가 많으므로, 해저 자원(O)의 압력 상태에 따라 회전 부재(310a, 310b)를 복수개 포함할 수 있다. 복수개의 회전 부재(310a, 310b)로 인하여 발전 유닛(30a)은 도 1의 발전 유닛(30)보다 많은 양의 에너지를 발생시킬 수 있다. 또한, 저장 탱크로 이동되는 해저 자원(O)의 압력을 낮출 수 있는 효과가 있다. 도 4에서 발전 유닛(30a)은 2개의 회전 부재(310a, 310b)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 해저 자원의 압력, 해저면의 깊이 등에 따라 3개 이상의 회전 부재(310)가 포함될 수도 있다.
도 5는 도 2의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 5의 해양 구조물은 도 1 내지 도 3의 해양 구조물과 발전 유닛만이 상이하고 나머지 구성은 동일하다. 이하에서는 도 5의 발전 유닛과 도 1 내지 도 3의 발전 유닛과의 차이점을 중심으로 설명한다.
발전 유닛(40)은 회전 부재(410), 발전 부재(430), 그리고 저장 부재(440)를 포함한다. 발전 유닛(40)은 도 1 내지 도 3의 발전 유닛(30)과 비교할 때 회전 부재(410)와 발전 부재(430)가 차이점이 있다.
회전 부재(410)는 해저 자원의 유동을 이용하여 회전된다. 일 예에 의하면, 회전 부재(410)는 터빈을 포함할 수 있다. 회전 부재(410)는 이동 파이프(20) 내부에 제공될 수 있다. 회전 부재(410)는 블레이드(411), 몸체부(413), 그리고 고정 부재(415)를 포함할 수 있다.
블레이드(411)는 이동 파이프(20)의 길이 방향과 수직한 방향으로 위치한다. 블레이드(411)는 이동 파이프(20)의 길이 방향을 따라 해저면으로부터 본체(10)로 이동되는 해저 자원의 유동에 의하여 회전된다.
몸체부(413)는 일단에 블레이드(411)가 연결된다. 몸체부(413)는 내부에 발전 부재(430)가 설치될 수 있는 공간을 포함할 수 있다. 고정 부재(415)는 블레이드(411)와 몸체부(413)를 이동 파이프(20)의 특정한 위치에 고정시킨다. 고정 부재(415)는 일단이 이동 파이프(20)의 내측벽에 고정 설치되고, 타단이 몸체부(413)와 연결될 수 있다. 이로 인하여 고정 부재(415)는 회전 부재(410)를 이동 파이프(20) 내부의 특정한 위치에 고정시킨다.
발전 부재(430)는 회전 부재(410)에서 제공되는 회전력을 이용하여 에너지를 생성한다. 일 예에 의하면, 발전 부재(430)는 몸체부(413) 내부에 위치할 수 있다. 발전 부재(430)에서 생성된 에너지는 저장 부재(440)에 저장될 수 있다. 저장 부재(440)는 본체(10)에 위치할 수 있다.
상술한 바와 같이, 발전 부재(430)가 몸체부(413) 내부에 위치하면 회전 부재(410)가 도 1 내지 도 3의 발전 유닛(30)보다 이동 파이프(20)의 하방에 위치할 수 있다. 도 1 내지 도 3의 발전 유닛(30)은 발전 부재(320)가 본체(10)에 위치하므로, 회전 부재(310)와 발전 부재(320) 사이의 거리가 일정 거리 이하로 제한될 수 있다.
이와 달리, 도 5의 발전 유닛(40)은 상술한 구성에 의하여, 회전 부재(410)가 도 1 내지 도 3의 발전 유닛(30)보다 이동 파이프(20)의 하방에 위치할 수 있다. 이로 인하여 발전 유닛(40)은 도 1 내지 도 3의 발전 유닛(30)보다 해저 자원의 높은 압력을 이용하여 효율적으로 에너지를 생성할 수 있다.
도 6은 도 5의 해양 구조물에 포함된 발전 유닛의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 6을 참조하면, 발전 유닛(40a)은 도 5의 발전 유닛(40)과 비교할 때 회전 부재(410)와 발전 부재(430)의 개수만이 상이하다. 일 예에 의하면, 발전 유닛(40a)은 복수개의 회전 부재(410)와 발전 부재(430)을 포함할 수 있다. 도 6에서는 각각 2개의 회전 부재(410)와 발전 부재(430)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 3개 이상의 회전 부재(410)와 발전 부재(430)를 포함할 수도 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 3의 해양 구조물을 이용하여 에너지를 생성하는 발전 방법에 대하여 설명한다.
해저에서 채취된 해저 자원은 FPSO(Floating Production Storage and Offloading), TLP(Tension Leg Platform) 및 각종 Platform, 그리고 SPAR 등의 해양 구조물로 이동된다. 이러한 해저 자원은 해수면으로부터 상당한 거리에 위치하고 있으므로 고압으로 압축된 상태로 제공된다. 이러한 해저 자원이 해양 구조물로 이동되는 경우에는 해저 자원의 높은 압력으로 인하여 빠른 속도로 해양 구조물로 이동하게 된다. 다양한 해저 자원 중에서 해저면의 하부에 위치하는 원유는 고압 상태로 해저면에 위치한다. 따라서, 해저의 원유를 채취하여 해양 구조물로 이동시키는 경우에 원유는 해저면에서의 높은 압력 때문에 빠른 속도로 이동 파이프(20)를 통과하게 된다. 이에 이동 파이프(20)를 통과하는 고압의 원유를 이용하여 에너지를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 이동 파이프(20) 내부에 터빈을 포함하는 회전 부재(310)를 제공하여 에너지를 생성한다. 고압의 원유는 이동 파이프(20)를 통과하면서 회전 부재(310)를 회전시킨다. 이를 통하여 발생되는 회전력은 전기 에너지로 변환된다. 이때, 회전력을 전기 에너지로 변환시키는 발전 부재는 본체(10)에 위치할 수 있다. 변환된 전기 에너지는 본체(10)에 저장될 수 있다. 이동 파이프(20) 내부에 제공되는 회전 부재(310)는 이동 파이프(20)의 상단에 위치할 수 있다.
상술한 방법으로, 고압의 원유가 해저에서 해양 구조물로 이동될 때, 고압의 원유를 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 또한, 이동되는 고압의 원유가 해양 구조물의 저장 탱크로 이동될 때는 원유의 압력을 일정한 정도 낮출 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 구조물은 상술한 발전 유닛으로 인하여 해양 구조물로 이동되는 원유의 압력을 낮출 수 있다. 이로 인하여, 저장 탱크 등을 포함한 해양 구조물의 파손을 방지할 수 있는 효과도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
1: 해양 구조물 10: 본체
20: 이동 파이프 30, 30a, 40: 발전 유닛
310: 회전 부재 311: 블레이드
313: 회전축 315: 고정 부재
320, 430: 발전 부재 330, 440: 저장 부재
B: 해저 O: 해저 자원

Claims (4)

  1. 해저 자원을 채굴하는 해양 구조물에 있어서,
    상기 해저 자원을 저장하는 저장 탱크를 포함하는 본체;
    해저면과 상기 해양 구조물을 연결하고, 상기 해저 자원이 이동하는 이동 공간을 가지는 이동 파이프; 및
    상기 이동 파이프를 통해 이동되는 상기 해저 자원에 의해 에너지를 생성하는 발전 유닛;을 포함하는 해양 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전 유닛은
    상기 이동 파이프 내부에 고정 설치되고, 상기 해저 자원의 유동으로 인하여 회전하는 회전 부재; 및
    상기 회전 부재로부터 발생된 회전력을 이용하여 에너지를 생성하는 발전 부재;를 포함하는 해양 구조물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전 부재는 상기 본체에 위치하며,
    상기 회전 부재는 상기 이동 파이프 상에 설치되는 해양 구조물.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 회전 부재는 터빈을 포함하는 해양 구조물.
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