KR101870363B1 - 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

파력발전 및 방파제의 복합시스템으로서, 부유식 방파제로 활용하면서 원통형 파력발전장치에 의해 전기도 생산할 수 있고, 또한, 원통형 파력발전장치를 이용하여 빠른 유속 통과로 대용량화가 가능하기 때문에 기존의 소용량화에 머물렀던 파력발전장치의 단점을 극복할 수 있고, 또한, 원통형 파력발전장치의 손쉬운 점검 및 유지관리가 가능하기 때문에 기존의 수중에 위치하여 점검 및 유지관리가 어려운 문제점을 극복할 수 있으며, 또한, 부유식 방파제가 폰툰 전면의 유입구를 통하여 파랑 에너지의 일부 통과를 허용함으로써, 요구되는 폰툰의 전도저항성 수준을 낮추어 중량을 감소시킬 수 있는, 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법이 제공된다.

Description

원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법 {FLOATING BREAKWATER SYSTEM FOR COMBINING HAVING CYLINDER-ROTATED WAVE POWER GENERATION, AND OPERATION METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 파력발전 및 방파제의 복합시스템으로서, 조류와 파랑을 이용하여 원통 회전하는 원통형 파력발전장치에 의해 파랑 에너지가 소산되는 원리를 이용함으로써, 부유식 방파제로 활용하면서 파력발전에 의해 전기를 생산할 수 있는, 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
일반적으로, 파력발전은 파도의 운동 방향에 따라 파의 상하운동, 수평운동 또는 파랑에 의해 발생하는 수중 압력을 각각 공기, 기계, 또는 수력 에너지로 전환하는 방법으로 크게 나뉠 수 있다. 최근, 영국에서는 주로 부체식 장치가 중심이 되어 왔으며 에너지 변환 방법으로는 공기 터빈 방식이 많이 사용되고 있다. 반면, 일본에서는 연안 고정식 파력발전장치가 많고 변환 방법으로는 기계적 혹은 수력 터빈 방식이 많이 사용되고 있다. 이러한 파력발전장치는 파도의 운동에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 방식에 따라 여러 가지로 분류할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 방파제를 이용한 진동수주형 파력발전 개념을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1a는 진동수주형(Oscillating Water Column) 파력발전장치가 설치된 방파제를 예시하는 사진이고, 도 1b는 진동수주형 파력발전의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 진동수주형 파력발전장치가 설치된 방파제(10)가 개시되어 있고, 방파제에 파력발전을 접목한 장점을 갖고 있지만, 도 1b에 도시된 바와 같이, 파랑 에너지에 의해 2차적으로 발생하는 바람을 이용한 발전 원리로서, 파랑이 발생하면 해수가 발전기 내의 공기를 위로 압축시키고, 이와 같이 위로 밀려난 공기는 터빈 발전기를 회전시켜 전기를 발생시키게 되는데, 파랑 에너지의 2차 변환에 따라 발전효율이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 파랑을 1차적으로 바람으로 변환한 후, 바람을 이용하여 2차적으로 발전을 수행하기 때문에 널리 이용되지 않고 있다.
전술한 진동수주형 파력발전 이외에도 가동물체형, 월류형, 포인트옵져버 등 다양한 파력발전장치가 개발 중에 있지만 대부분 발전량이 소용량에 지나지 않아 상용화가 어렵고, 또한, 단지 파력발전장치로만 활용이 가능하기 때문에 활용도가 떨어지는 문제점이 있다.
한편, 선박의 대형화와 이에 따른 항만의 외해 진출에 따라 수심 25m 이상의 대수심 지역에 위치한 항만 및 해상구조물의 보호를 위해서 대수심 지역에 적합한 부유식 방파제의 수요가 점차 증가하고 있다. 하지만, 고정식(중력식) 방파제의 기술적 및 경제적 한계수심은 25m 내외로서, 대수심 지역에 적용할 때 기술적 어려움에 부딪히고 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
도 2는 종래의 기술에 따른 부유식 방파제를 예시하는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 소수 제시된 부유식 방파제에서도, 단지 방파제의 용도로만 활용하기 때문에 다용도 활용성이 떨어진다는 문제점이 있다.
한편, 도 3은 종래의 기술에 따른 소파블록 방파제를 이용한 파력발전장치의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 소파블록 방파제를 이용한 파력발전장치는 베이스경사면(31)이 형성된 베이스(30); 상부 및 전면부가 개방된 형태로 베이스(30) 상에 설치되며, 베이스경사면(31)의 연장선상에 형성되는 파도유입경사면(41) 및 유입된 파도에 의해 진자 운동을 하는 진자판(42)을 포함하는 소파블록(40); 및 진자판(42)에 연결되며, 진자판(42)의 진자 운동에 의해 발생된 에너지를 전기에너지로 변환하는 에너지 변환수단(50)을 포함하여 구성된다.
베이스(30)는 바닷가에 설치되는 구성요소로서, 바다 방향 쪽으로 하향 경사진 베이스경사면(31)이 형성된다. 이러한 베이스경사면(31)에 의해 베이스(30) 쪽으로 유입되는 파도가 굴절되고, 파도가 굴절됨으로써 파랑에너지가 수평운동 에너지로 변환된다.
종래의 기술에 따른 소파블록 방파제를 이용한 파력발전장치에 따르면, 베이스 및 소파블록에 경사면이 형성됨으로써 파랑 에너지의 수직(상하)운동 에너지를 수평운동 에너지로 변환시키고, 변환된 수평운동 에너지를 이용하여 진자운동 에너지를 획득함으로써 에너지 손실을 최소화할 수 있다.
한편, 종래의 기술에 따른 파력발전장치는 수중에 위치하여 점검 및 유지관리가 어려운 문제점이 있고, 또한, 태풍 등 극한 파랑시 파랑 에너지 과다 유입에 따라 파력발전장치의 고속 발전으로 발전장치가 과열되어 고장에 이르는 문제점이 발생할 수 있다.
전술한 파력발전의 문제점을 극복하고 파력발전 효율을 향상시키고자 파랑 에너지를 직접적으로 이용하기 위하여, 대한민국 등록특허번호 제10-1693751호에는 "원통형 파력발전 시스템 및 그 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있다.
이러한 원통형 파력발전 시스템은 파랑 에너지를 직접적으로 발전에 이용하는 장점을 갖고 있지만, 조류속도가 미미한 해상에서는 파랑 에너지만으로는 발전효율에 한계를 지니고 있고, 또한, 단지 파력발전의 용도로만 활용할 수 있을 뿐이며 방파제의 용도로는 활용할 수 없기 때문에 다용도 활용성 측면에서 단점을 지니고 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1693751호(출원일: 2016년 8월 8일), 발명의 명칭: "원통형 파력발전 시스템 및 그 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1645945호(출원일: 2015년 4월 14일), 발명의 명칭: "소파블록 방파제를 이용한 파력발전장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1312563호(출원일: 2011년 12월 2일), 발명의 명칭: "부유식 방파제 및 그를 이용한 발전장치" 대한민국 등록특허번호 제10-809091호(출원일: 2006년 11월 22일), 발명의 명칭: "부유식 구조물 적용 진동수주 방파제" 대한민국 등록특허번호 제10-989594호(출원일: 2005년 12월 20일), 발명의 명칭: "부유식 구조물을 이용한 파력발전 시스템" 대한민국 등록특허번호 제10-1185642호(출원일: 2012년 5월 8일), 발명의 명칭: "조류발전장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1032455호(출원일: 2009년 7월 24일), 발명의 명칭: "수차를 이용한 발전장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1548433호(출원일: 2013년 12월 19일), 발명의 명칭: "진동수주형 파력발전장치" 대한민국 공개특허번호 제2014-0089699호(공개일: 2014년 7월 16일), 발명의 명칭: "방파제 수류발전과 파력발전"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 파력발전 및 방파제의 복합시스템으로서, 조류와 파랑을 이용하여 원통 회전하는 원통형 파력발전장치에 의해 파랑 에너지가 소산되는 원리를 이용함으로써, 부유식 방파제로 활용하면서 파력발전에 의해 전기를 생산할 수 있는, 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 원통형 파력발전장치를 이용하여 빠른 유속 통과로 대용량화가 가능하고, 부유식 방파제가 폰툰 전면의 유입구를 통하여 파랑 에너지의 일부 통과를 허용함으로써 요구되는 폰툰의 전도저항성 수준을 낮추어 중량을 감소시킬 수 있는, 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템 및 그 운용방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템은, 파력발전 시, 밸러스팅(Ballasting)에 의해 부유식 방파제의 부력체 역할을 하며 수중에 잠겨지도록 세팅되는 하부폰툰; 상기 하부폰툰의 상부에 배치되어 중공 하우징, 유입구 및 배출구를 포함하되 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하도록, 상기 유입구 및 배출구 상부는 해수면 위로 노출되도록 형성시키며, 수중에 잠겨지는 전면부에 형성된 유입구를 통해 조류와 파랑이 유입되고, 수중에 잠겨지는 후면부에 형성된 배출구를 통해 조류와 파랑이 배출되는 상부폰툰; 및 상기 상부폰툰의 내부공간에 설치되고, 해수면 근처에 위치하도록 세팅된 원통형 실린더가 조류와 파랑에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기에 의하여 파력발전을 수행하는 원통형 파력발전장치를 포함하되, 상기 원통형 파력발전장치는 상기 상부폰툰 전면의 유입구를 통해 유입되는 파랑의 통과에 따라 회전함에 따라 파력발전을 수행하며, 상기 원통형 파력발전장치는 해수면에 일부 잠기는 원통형 실린더의 하부영역은 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역, 해수면 상방으로 노출된 원통형 실린더 상부 주위는 공기에 의한 저항영역으로 형성되도록 하며, 상기 원통형 파력발전장치는, 일정한 길이를 가진 원통형 실린더로서, 해수면 위에 부유되도록 제작 및 세팅되고, 해수면 근처의 조류와 파랑에 의한 물입자의 원운동에 의하여 회전하는 원통형 실린더; 상기 원통형 실린더 내부에 배치되고, 상기 원통형 실린더의 회전에 대응하여 전기에너지를 생산하는 발전기; 및 상기 원통형 실린더가 해수면 근처에서 제자리에서 회전이 가능하도록 상기 원통형 실린더의 길이 방향 양단부에 돌출되도록 형성된 수평축을 포함하되, 상기 원통형 실린더의 외주면에는 길이방향으로 다수의 블레이드가 서로 이격 형성되며, 상기 원통형 파력발전장치는, 전면부 원통형 파력발전장치의 회전에 따라 파랑 에너지가 일차적으로 소산되어 후면부 원통형 파력발전장치의 회전이 저하되지 않도록 상기 상부폰툰 내부공간의 전면에 설치되어 파랑 에너지에 의한 원통 회전으로 전기를 생산하고, 파랑 에너지를 일차적으로 소산시키는 전면부 원통형 파력발전장치; 및 상기 전면부 원통형 파력발전장치보다 낮은 위치에 설치되는 후면부 원통형 파력발전장치를 포함하도록 하는 것을 특징으로 한다.
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한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법은, a) 하부폰툰, 상부폰툰 및 원통형 파력발전장치로 이루어진 부유식 방파제 단위모듈을 길이방향으로 연결하여 부유식 방파제를 설치하는 단계; b) 상기 상부폰툰의 전면에 형성된 유입구를 개방하여 조류 및 파랑을 유입시키는 단계; c) 상기 유입구를 통해 유입되는 조류 및 파랑을 이용하여 상기 상부폰툰의 내부공간에 설치된 원통형 파력발전장치를 회전시키면서 파력발전을 수행하는 단계; d) 상기 원통형 파력발전장치에 의해 파력발전을 수행한 조류 및 파랑을 상기 상부폰툰의 후면에 형성된 배출구를 통해 배출하여 파랑 에너지를 소산시켜 방파제의 역할을 수행하는 단계; e) 상기 원통형 파력발전장치에 의한 파력발전시 극한 파랑인지 여부를 확인하는 단계; 및 f) 극한 파랑인 경우, 상기 상부폰툰의 전면에 형성된 파랑 차단막으로 상기 유입구를 봉쇄하고 파랑 유입을 차단하는 단계를 포함하며,
상기 a) 단계의 하부폰툰은 파력발전 시, 밸러스팅(Ballasting)에 의해 부유식 방파제의 부력체 역할을 하며 수중에 잠겨지도록 세팅되며, 상기 a) 단계의 상부폰툰은 상기 하부폰툰의 상부에 배치되어 중공 하우징, 유입구 및 배출구를 포함하되, 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하도록, 상기 유입구 및 배출구 상부는 해수면 위로 노출되도록 형성시키며, 수중에 잠겨지는 전면부에 형성된 유입구를 통해 조류와 파랑이 유입되고, 수중에 잠겨지는 후면부에 형성된 배출구를 통해 조류와 파랑이 배출되도록 하며, 상기 a) 단계의 원통형 파력발전장치는 상기 상부폰툰의 내부공간에 설치되고, 해수면 근처에 위치하도록 세팅된 원통형 실린더가 조류와 파랑에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기에 의하여 파력발전을 수행하되, 상부폰툰 전면의 유입구를 통해 유입되는 파랑의 통과에 따라 회전함에 따라 파력발전을 수행하며, 해수면에 일부 잠기는 원통형 실린더의 하부영역은 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역, 해수면 상방으로 노출된 원통형 실린더 상부 주위는 공기에 의한 저항영역으로 형성되도록 하게 되며, 상기 원통형 파력발전장치는, 일정한 길이를 가진 원통형 실린더로서, 해수면 위에 부유되도록 제작 및 세팅되고, 해수면 근처의 조류와 파랑에 의한 물입자의 원운동에 의하여 회전하는 원통형 실린더; 상기 원통형 실린더 내부에 배치되고, 상기 원통형 실린더의 회전에 대응하여 전기에너지를 생산하는 발전기; 및 상기 원통형 실린더가 해수면 근처에서 제자리에서 회전이 가능하도록 상기 원통형 실린더의 길이 방향 양단부에 돌출되도록 형성된 수평축을 포함하되, 상기 원통형 실린더의 외주면에는 길이방향으로 다수의 블레이드가 서로 이격 형성되며, 상기 원통형 파력발전장치는, 전면부 원통형 파력발전장치의 회전에 따라 파랑 에너지가 일차적으로 소산되어 후면부 원통형 파력발전장치의 회전이 저하되지 않도록 상기 상부폰툰 내부공간의 전면에 설치되어 파랑 에너지에 의한 원통 회전으로 전기를 생산하고, 파랑 에너지를 일차적으로 소산시키는 전면부 원통형 파력발전장치; 및 상기 전면부 원통형 파력발전장치보다 낮은 위치에 설치되는 후면부 원통형 파력발전장치를 포함하도록 하는 것을 특징으로 한다.y
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본 발명에 따르면, 파력발전 및 방파제의 복합시스템으로서 부유식 방파제로 활용하면서 원통형 파력발전장치에 의해 전기도 생산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원통형 파력발전장치를 이용하여 빠른 유속 통과로 대용량화가 가능하기 때문에 기존의 소용량화에 머물렀던 파력발전장치의 단점을 극복할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원통형 파력발전장치의 손쉬운 점검 및 유지관리가 가능하기 때문에 기존의 수중에 위치하여 점검 및 유지관리가 어려운 문제점을 극복할 수 있다.
본 발명에 따르면, 부유식 방파제가 폰툰 전면의 유입구를 통하여 파랑 에너지의 일부 통과를 허용함으로써, 요구되는 폰툰의 전도저항성 수준을 낮추어 중량을 감소시킬 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 방파제를 이용한 진동수주형 파력발전 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 부유식 방파제를 예시하는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 소파블록 방파제를 이용한 파력발전장치의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 부유식 파력발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 원통형 파력발전장치의 작동개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 단위 모듈을 연결하여 부유식 방파제를 완성하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 원통형 파력발전의 높이차와 경사에 의한 발전효율을 향상시키는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 진동수주형 발전장치와 결합되는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 극한파랑시 차단막에 의해 유입구를 차단하는 것을 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 점검 및 유지관리를 위해 부유식 방파제를 부상시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템이 부유식 및 착저식으로 설치되는 것을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법을 나타내는 동작흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
먼저, 본 발명의 출원인 및 발명자에 의해 특허출원되어 등록된 대한민국 등록특허번호 제10-1693751호에는 "원통형 파력발전 시스템 및 그 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 본 명세서 내에 참조되어 본 발명의 일부를 이루며, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 기술에 따른 부유식 파력발전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
종래의 기술에 따른 부유식 파력발전 시스템은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 모노파일식 위치제어장치(60), 부유식 원통형 발전장치(70), 및 발전기 회전증폭장치(80)를 서로 조합시켜 발전효율을 극대화시킨 것이다.
즉, 모노파일식 위치제어장치(60)에 의하여 파랑에 관계없이 위치제어가 가능하도록 한 상태에서, 부유식 원통형 발전장치(70)에 의하여 조류 및 파랑에 의하여 발전시키고, 부유식 원통형 발전장치(70)의 양 단부에 파랑에 의하여 스윙하는 발전기 회전증폭장치(80)를 이용하여 발전효율을 극대화시킬 수 있다.
모노파일식 위치제어장치(60), 부유식 원통형 발전장치(70), 및 발전기 회전증폭장치(80)의 작동 개념을 도 4b를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 모노파일식 위치제어장치(60)는 해저면(G)에 수직으로 하단이 고정 지지되도록 설치된 모노파일(61)에 삽입 설치되어 부력에 의하여 해수면(W) 근처에 세팅된 상부삽입 실린더(62)를 포함하여 구성된다.
이러한 상부삽입 실린더(62)에 연결암(64)에 의하여 부유식 원통형 발전장치(70)가 해수면 근처에 위치하고 있으며, 부유식 원통형 발전장치(70)의 원통형 실린더(71)가 조류와 파랑에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기(72)에 의하여 파력발전이 시작된다.
이에 따라, 상기 원통형 실린더(71)의 수평축(73)에는 발전기 회전증폭장치(80)를 구성하는 스윙판(81)이 수중에 위치하도록 설치되어 파랑에 의하여 좌우로 스윙하면서 발전기 효율을 증대시키게 된다.
이때, 상기 모노파일식 위치제어장치(60)는 수위에 따라 자동으로 상하 위치가 조절되고, 파랑 방향에 따라 제자리에서 방향키(63)를 이용하여 파랑에 저항하지 않고 회전하게 되며, 상기 부유식 원통형 발전장치(70)는 조류와 파랑에 의한 회전력이 최대화되는 해수면 근처에 배치되도록 하여 회전하면서 발전기에 의한 파력발전이 시작되고, 발전기 회전증폭장치(80)에 의하여 파력발전의 적용해역 확대 및 발전효율을 극대화시키게 된다.
하지만, 종래의 기술에 따른 부유식 파력발전 시스템의 경우, 전술한 바와 같이, 조류속도가 미미한 해상에서는 파랑 에너지만으로는 발전효율에 한계를 지니고 있고, 또한, 단지 파력발전의 용도로만 활용할 수 있을 뿐이며 방파제의 용도로는 활용할 수 없기 때문에 다용도 활용성 측면에서 단점을 지니고 있다.
이하, 도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템을 설명하고, 도 13을 참조하여 부유식 방파제 시스템의 운용방법을 설명하기로 한다.
[원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템(100)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템을 나타내는 도면으로서, 도 5의 a)는 정면도이고, 도 5의 b)는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템(100)은, 하부폰툰(110), 상부폰툰(120), 상기 상부폰툰(120) 내부의 원통형 파력발전장치(130)로 구성되며, 특히, 폰툰은 부력체 용도의 하부폰툰(110)과 파력발전을 위해 상기 원통형 파력발전장치(130)가 설치되는 상부폰툰(120)으로 구분된다.
먼저, 여기서, 폰툰(Pontoon)은 물과의 비중 차이 등에 의해 발생하는 부력(Buoyancy)의 원리를 이용하여 수상에 부유시키는 것으로, 대부분 콘크리트나 철판 등으로 중공형 하우징을 성형한 후, 그 내부에 EPS(Expandable Polystyrene) 등의 비중이 작은 소재를 발포시켜 충전함으로써 충분한 부력을 확보함과 동시에 내구성 및 내충격성이 우수한 상태로 제공되고 있다. 이러한 콘크리트 소재의 하우징으로 이루어진 폰툰의 경우, 공사현장에서 거푸집을 짜고 그 속에 철근을 배근하고 콘크리트를 부어 넣어 양생한 후, 거푸집을 탈형하는 이른바 철근콘크리트 구조로 만들 수 있다.
근래에 해상에서 부유체인 프리캐스트 콘크리트 블록(Precast Concrete Block)을 이용하여 해상 부유식 구조물로 활용하는 사례가 점차 증가하고 있고, 이러한 부유식 구조물에서 사용되는 프리캐스트 콘크리트 블록은 일반적으로 콘크리트로 이루어지며, 중공부를 갖는 직육면체 형체의 프리캐스트 콘크리트 블록을 여러 개를 연결 및 조립하여 하나의 큰 부유식 구조물을 형성하게 된다.
도 5를 다시 참조하면, 하부폰툰(110)은 밸러스팅(Ballasting)에 의해 부유식 방파제의 부력체 역할을 한다.
상부폰툰(120)은 상기 하부폰툰(110) 상부에 배치되고, 중공형 하우징(121), 유입구(122), 배출구(123) 및 기둥(124)을 포함한다.
이러한 하부 및 상부폰툰(110, 120)은 기본적으로 파랑을 차단하는 역할을 수행하고, 원통형 파력발전장치(130)를 결합한 부유식 방파제의 단위모듈들을 길이 방향으로 연결하여 부유식 방파제로 활용할 수 있다.
원통형 파력발전장치(130)는 상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 설치되고, 상기 상부폰툰(120) 전면의 유입구(122)를 통해 유입되는 파랑의 통과에 따라 회전하며, 이에 따라 파력발전이 가능하게 된다. 이때, 좁게 형성된 유입구(122)를 통과하는 파랑은 오리피스관의 원리에 의하여 유속이 빨라지므로 상기 원통형 파력발전장치(130)를 회전시키려는 힘을 최대화할 수 있다. 즉, 동일한 입력 파랑에너지를 이용하여 파력발전 출력효율을 최대화할 수 있다.
구체적으로, 도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 상부폰툰(120)의 좁은 유입구(122)를 지나면서 속도가 빨라진 파랑 에너지는 상부폰툰(120) 내부에서 원통형 파력발전장치(130)를 회전시켜 파력발전을 일으키며, 이때, 파랑 에너지를 사용하므로 상기 상부폰툰(120) 후면의 배출구(123)에서는 파랑 에너지가 대부분 소산되므로 방파제의 역할을 수행할 수 있다.
도 5의 b)에 도시된 바와 같이, 상부 폰튼(120)의 전면부와 후면부에는 해수면 부위에 파랑의 통과를 위한 개구부로서 유입구(122) 및 배출구(123)가 각각 형성된다.
또한, 상기 상부 폰튼(120)의 내부공간에는 파력발전을 위한 전면부 및 후면부 원통형 파력발전장치(130a, 130b)를 설치한다. 구체적으로, 상기 전면부 및 후면부 원통형 파력발전장치(130a, 130b)는 파랑 에너지에 의한 원통 회전으로 전기를 생산하며, 원통형의 수평축(133)은 상기 상부폰툰(120)의 측벽에 고정됨으로써 파랑 통과에 따른 파랑 에너지에 의해 원통형 회전이 발생하게 된다.
상기 상부 폰튼(120) 전면의 유입구(122)와 후면의 배출구(123)는 파랑이 통과하는 통로로서, 파랑의 유입과 배출에 유리하도록 부재가 적절한 각도를 갖도록 형성된다. 특히, 전면의 유입구(122)는 원통형 파력발전장치의 효율성을 향상시키기 위하여 파랑의 흡입 속도를 최대화할 필요성이 있으므로 오피리스관의 원리를 이용하여 파랑 유입시 속도를 최대화하는 것이 바람직하다.
종래의 기술에 따른 방파제는 파랑 에너지를 완전히 차단하는 개념으로서, 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하지 않기 때문에 파랑 에너지에 견디기 위해서 방파제는 높은 전도저항성이 필요하고, 이에 따라 방파제의 중량이 커지는 문제점이 있다. 이에 반해 본 발명의 실시예에 따른 부유식 방파제는 상부폰툰(120) 전면의 유입구(122)를 통하여 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하는 개념이므로, 요구되는 케이슨 전도저항성의 수준을 낮추어 중량을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 원통형 파력발전장치의 작동개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 원통형 파력발전장치(130)는 원통형 실린더(131), 발전기(132) 및 수평축(133)을 포함하여 구성된다.
원통형 실린더(131)는 일정한 길이를 가진 원통형 실린더로서, 자중이 크지 않으면서 해수면 위에 부유되도록 제작 및 세팅된다. 또한, 상기 원통형 실린더(131)의 외주면에는 길이방향으로 다수의 블레이드(131a)가 서로 이격 형성되며, 해수면 근처의 조류와 파랑에 의한 물입자의 원운동에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기(132)에 의하여 전기에너지를 생산할 수 있다.
이때, 상기 블레이드(131a)는 원통형 실린더(130)의 외주면의 법면에, 예를 들면, 45도 기울어진 형태로 배치되고, 8~16개 정도로 설치하는 것이 바람직하다.
통상적으로, 조류의 속도는 해수면 근처가 가장 크게 발생하기 때문에 해수면 근처에 하부가 잠긴 원통형 실린더(131)의 회전에너지 발생효율을 증대시킬 수 있고, 또한, 파랑에 의한 물입자의 원운동도 해수면 근처에서 가장 크기 때문에 원통형 실린더(131)의 회전에너지의 발생효율을 증대시킬 수 있다. 즉, 해수면에 일부 잠기는 원통형 실린더(131)의 하부영역은 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역이고, 해수면 상방으로 노출된 원통형 실린더(131) 상부 주위는 공기에 의한 저항영역이다.
이때, 공기에 의한 저항영역보다 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역의 가속밀도 차이는 대략적으로 1,000배 정도 차이가 발생하여 원통형 실린더(131)에 의한 회전효율이 매우 높고, 그 만큼 전기에너지 변환효율이 극대화되며 파력을 공기 흐름으로 변환하는 것과 같은 2차 변환 시스템이 필요 없어 파랑 에너지를 100% 이용할 수 있어 변환효율이 매우 높아지게 된다.
발전기(132)는 원통형 실린더(131) 내부에 위치하게 되며, 조류나 파랑에 의한 하중이 직접 전달되지 않아 유지관리가 용이하고, 파손의 우려가 작다.
이때, 상기 원통형 실린더(131)가 해수면 근처에서 제자리에서 회전이 가능하도록 원통형 실린더(131)는 길이방향으로 양 단부에 수평축(133)이 돌출되도록 형성된다. 또한, 상기 수평축(133)은 원통형 실린더(131)의 양 단부에 형성되고, 상기 원통형 실린더(131)는 조류 및 파랑에 의하여 회전하면서 해수면 근처에서 정해진 위치에 세팅된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템(100)에서 상기 원통형 파력발전장치(130)는 상부폰툰(120) 내에 설치되며, 파랑에 저항하지 않으면서 파랑의 방향과 상관없이 발전이 가능한 상태가 된다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 단위 모듈을 연결하여 부유식 방파제를 완성하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템은, 도 7에 도시된 바와 같이, 원통형 파력발전장치(130)를 각각 결합한 부유식 방파제의 단위모듈들(100a, 100b, 100c, 100d, 100e)을 길이 방향으로 연결하여 부유식 방파제로 활용할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 원통형 파력발전의 높이차와 경사에 의한 발전효율을 향상시키는 것을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템은, 도 8에 도시된 바와 같이, 상부폰툰(120)의 내부공간에 폰툰의 구조성능을 확보하기 위하여 전면부 원통형 파력발전장치(130a)와 후면부 원통형 파력발전장치(130b) 사이에 적적한 개수의 기둥(124)을 설치하여 폰툰이 파랑 충격력에 대한 구조성능을 확보할 수 있다.
이때, 상기 상부폰툰(120) 전면의 해수 유입구(122)를 통하여 파랑이 통과할 때, 상기 전면부 원통형 파력발전장치(130a)의 회전에 따라 파랑 에너지가 일차적으로 소산되어 상기 후면부 원통형 파력발전장치(130b)의 회전이 저하되는 문제점을 해결하기 위하여, 상기 후면부 원통형 파력발전장치(130b)는 상기 전면부 원통형 파력발전장치(130a)보다 낮은 위치에 설치함으로써 상기 후면부 원통형 파력발전장치(130b)의 파력발전 효율성을 향상시킬 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템은, 도 8에 도시된 바와 같이, 해수 유입구(122)와 배출구(123)에서 하부폰툰(110)의 높이가 다르도록 경사를 두어 해수 통과를 보다 자연스럽게 유도할 수 있고, 원통형 파력발전장치(130)의 회전에 필요한 파랑 속도를 증가시킬 수 있기 때문에 파력발전의 효율성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 진동수주형 발전장치와 결합되는 것을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템은, 도 9에 도시된 바와 같이, 상부폰툰(120)에 파랑에 의한 폰툰 내부공간의 공기흐름(바람)을 이용하는 진동수주형 발전장치(140)를 추가로 설치할 수 있다. 즉, 상기 진동수주형 발전장치(140)를 추가로 설치함으로써 파력발전장치의 전체 용량을 증가시킬 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 극한파랑시 차단막에 의해 유입구를 차단하는 것을 예시하는 도면으로서, 도 10의 a)는 원통형 파력발전장치(130)에 의해 정상적인 파력발전을 수행하는 것을 나타내고, 도 10의 b)는 극한파랑시 차단막(150)에 의해 유입구(122)를 차단하는 것을 나타낸다.
다시 말하면, 태풍 등 극한 파랑시 파랑 에너지 과다 유입에 따라 원통형 파력발전장치(130)의 지나치게 빠른 발전으로 원통형 파력발전장치(130)가 과열되어 고장에 이르는 문제점을 해결하기 위해, 상부폰툰(120) 전면부의 유입구(122)에 파랑 차단막(150)을 설치하고, 태풍 등 극한 파랑시에는 파랑 차단막(150)으로 유입구(122)를 봉쇄 및 파랑 유입을 차단함으로써, 상기 원통형 파력발전장치(130)의 과열에 따른 고장을 방지할 수 있다.
즉, 종래의 기술에 따르면 극한 파랑시 전기적 제어방법으로 발전을 멈추지만 파력발전장치에 손상 가능성이 있기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 경우, 파랑 차단막(150)을 이용하여 물리적 및 원천적으로 극한 파랑의 유입을 방지할 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서 점검 및 유지관리를 위해 부유식 방파제를 부상시키는 것을 나타내는 도면으로서, 도 11의 a)는 파력발전시 폰툰의 위치를 나타내고, 도 11의 b)는 점검 및 유지관리를 위해 폰툰을 부상시킨 것을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템에서, 도 11의 a)에 도시된 바와 같이, 하부폰툰(110) 내부에서 해수 밸러스팅을 실시하여 파력발전시에는 파력발전에 유리한 소요 흘수를 유지하고, 또한, 도 11의 b)에 도시된 바와 같이, 점검 및 유지관리시에는 유지관리 용이성을 위하여 해수 밸러스팅을 제거하여 부력체인 하부폰툰(110)을 해수면 상부로 부상시킨 후, 점검 및 유지관리를 실시할 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템이 부유식 및 착저식으로 설치되는 것을 예시하는 도면으로서, 도 12의 a)는 부유식으로 사용되는 것을 나타내고, 도 12의 b)는 착저식으로 사용되는 것을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템(100)은, 도 12의 a)에 도시된 바와 같이, 하부폰툰(110)의 하부에 계류장치(150)를 연결하여 부유식으로 사용하는 것이 바람직하며, 또한, 도 12의 b)에 도시된 바와 같이, 기초(170)를 형성하고, 하부폰툰(또는 착저식에서는 케이슨이라 칭함)에 해수 또는 사석 등의 중량체(180)를 채워서 해저면 바닥에 착저시키는 착저식 방파제로도 활용할 수 있다.
결국, 종래에는 바다에서 자연상태의 파력을 이용하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 폰툰의 전면부에 좁은 개구부의 유입구를 형성하고, 유입구를 통과하는 파랑의 유속을 오리피스 원리에 따라 증폭시켜 파력발전에 이용함으로써 파력발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래에는 파력발전장치를 구조물 외부에 설치하여 파력발전의 용도로만 활용할 뿐 방파제의 역할을 수행할 수 없지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 원통형 파력발전장치를 구조물 내부에 설치하여 부유 구조물이 방파제의 역할을 수행하므로, 파력발전과 방파제의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
[원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법은, 먼저, 하부폰툰(110), 상부폰툰(120) 및 원통형 파력발전장치(130)로 이루어진 부유식 방파제 단위모듈(100a~100e)을 길이방향으로 연결하여 부유식 방파제를 설치한다(S110).
다음으로, 상기 상부폰툰(120)의 전면에 형성된 유입구(122)를 개방하여 조류 및 파랑을 유입시킨다(S120).
다음으로, 상기 유입구(122)를 통해 유입되는 조류 및 파랑을 이용하여 상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 설치된 원통형 파력발전장치(130)를 회전시키면서 파력발전을 수행한다(S130).
다음으로, 상기 원통형 파력발전장치(130)에 의해 파력발전을 수행한 조류 및 파랑을 상기 상부폰툰(120)의 후면에 형성된 배출구(123)를 통해 배출하여 파랑 에너지를 소산시켜 방파제의 역할을 수행한다(S140).
다음으로, 상기 원통형 파력발전장치(130)에 의한 파력발전시 극한 파랑인지 여부를 확인한다(S150).
다음으로, 극한 파랑인 경우, 상기 상부폰툰(120)의 전면에 형성된 파랑 차단막(150)으로 상기 유입구(122)를 봉쇄하고 파랑 유입을 차단한다(S160). 이후, 극한 파랑이 해소된 경우, 상기 파랑 차단막(150)을 다시 올린 후에 파력발전을 수행할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 파력발전 및 방파제의 복합시스템으로서 부유식 방파제로 활용하면서 원통형 파력발전장치에 의해 전기도 생산할 수 있고, 또한, 원통형 파력발전장치를 이용하여 빠른 유속 통과로 대용량화가 가능하기 때문에 기존의 소용량화에 머물렀던 파력발전장치의 단점을 극복할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 원통형 파력발전장치의 손쉬운 점검 및 유지관리가 가능하기 때문에 기존의 수중에 위치하여 점검 및 유지관리가 어려운 문제점을 극복할 수 있고, 또한, 부유식 방파제가 폰툰 전면의 유입구를 통하여 파랑 에너지의 일부 통과를 허용함으로써, 요구되는 폰툰의 전도저항성 수준을 낮추어 중량을 감소시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제
110: 하부폰툰 120: 상부폰툰
130: 원통형 파력발전장치
130a: 전면부 원통형 파력발전장치
130b: 후면부 원통형 파력발전장치
140: 진동수주형 발전장치 150: 파랑 차단막
160: 계류장치 170: 기초
180: 중량체(사석) 121: 중공형 하우징
122: 유입구 123: 배출구
124: 기둥 131: 원통형 실린더
131a: 블레이드 132: 발전기
133: 수평축

Claims (15)

  1. 파력발전 시, 밸러스팅(Ballasting)에 의해 부유식 방파제의 부력체 역할을 하며 수중에 잠겨지도록 세팅되는 하부폰툰(110);
    상기 하부폰툰(110)의 상부에 배치되어 중공 하우징(121), 유입구(122) 및 배출구(123)를 포함하되 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하도록, 상기 유입구(122) 및 배출구(123) 상부는 해수면 위로 노출되도록 형성시키며, 수중에 잠겨지는 전면부에 형성된 유입구(122)를 통해 조류와 파랑이 유입되고, 수중에 잠겨지는 후면부에 형성된 배출구(123)를 통해 조류와 파랑이 배출되는 상부폰툰(120); 및
    상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 설치되고, 해수면 근처에 위치하도록 세팅된 원통형 실린더(131)가 조류와 파랑에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기(132)에 의하여 파력발전을 수행하는 원통형 파력발전장치(130)를 포함하되,
    상기 원통형 파력발전장치(130)는 상기 상부폰툰(120) 전면의 유입구(122)를 통해 유입되는 파랑의 통과에 따라 회전함에 따라 파력발전을 수행하며, 상기 원통형 파력발전장치(130)는 해수면에 일부 잠기는 원통형 실린더(131)의 하부영역은 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역, 해수면 상방으로 노출된 원통형 실린더(131) 상부 주위는 공기에 의한 저항영역으로 형성되도록 하며,
    상기 원통형 파력발전장치(130)는, 일정한 길이를 가진 원통형 실린더로서, 해수면 위에 부유되도록 제작 및 세팅되고, 해수면 근처의 조류와 파랑에 의한 물입자의 원운동에 의하여 회전하는 원통형 실린더(131); 상기 원통형 실린더(131) 내부에 배치되고, 상기 원통형 실린더(131)의 회전에 대응하여 전기에너지를 생산하는 발전기(132); 및 상기 원통형 실린더(131)가 해수면 근처에서 제자리에서 회전이 가능하도록 상기 원통형 실린더(131)의 길이 방향 양단부에 돌출되도록 형성된 수평축(133)을 포함하되, 상기 원통형 실린더(131)의 외주면에는 길이방향으로 다수의 블레이드(131a)가 서로 이격 형성되며,
    상기 원통형 파력발전장치(130)는, 전면부 원통형 파력발전장치(130a)의 회전에 따라 파랑 에너지가 일차적으로 소산되어 후면부 원통형 파력발전장치(130b)의 회전이 저하되지 않도록 상기 상부폰툰(120) 내부공간의 전면에 설치되어 파랑 에너지에 의한 원통 회전으로 전기를 생산하고, 파랑 에너지를 일차적으로 소산시키는 전면부 원통형 파력발전장치(130a); 및 상기 전면부 원통형 파력발전장치(130a)보다 낮은 위치에 설치되는 후면부 원통형 파력발전장치(130b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
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  5. 제1항에 있어서,
    상기 전면부 원통형 파력발전장치(130a)와 상기 후면부 원통형 파력발전장치(130b) 사이의 상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 소정 개수의 기둥(124)을 설치하여 폰툰의 구조성능을 확보하고, 폰툰이 파랑 충격력에 대한 구조성능을 확보하는 것을 특징으로 하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부폰툰(120) 전면부의 유입구(122)에 설치되어, 극한 파랑시에는 상기 유입구(122)를 봉쇄 및 파랑 유입을 차단하는 파랑 차단막(150)을 추가로 포함하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부폰툰(120)의 상부에 설치되어, 파랑에 의한 상기 상부폰툰(120) 내부공간의 공기흐름(바람)을 이용하여 발전을 수행하는 진동수주형 발전장치(140)를 추가로 포함하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하부폰툰(110)은 상기 상부폰툰(120) 전면의 유입구(122)와 후면의 배출구(123)에서 높이가 다르게 경사지게 형성되어 조류 및 파랑 통과를 유도하고, 상기 원통형 파력발전장치(130)의 회전에 필요한 파랑 속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 파력발전장치(130)를 결합한 부유식 방파제의 단위모듈들(100a~100e)을 길이 방향으로 연결하여 부유식 방파제를 설치하는 것을 특징으로 하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템.
  11. a) 하부폰툰(110), 상부폰툰(120) 및 원통형 파력발전장치(130)로 이루어진 부유식 방파제 단위모듈(100a~100e)을 길이방향으로 연결하여 부유식 방파제를 설치하는 단계;
    b) 상기 상부폰툰(120)의 전면에 형성된 유입구(122)를 개방하여 조류 및 파랑을 유입시키는 단계;
    c) 상기 유입구(122)를 통해 유입되는 조류 및 파랑을 이용하여 상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 설치된 원통형 파력발전장치(130)를 회전시키면서 파력발전을 수행하는 단계;
    d) 상기 원통형 파력발전장치(130)에 의해 파력발전을 수행한 조류 및 파랑을 상기 상부폰툰(120)의 후면에 형성된 배출구(123)를 통해 배출하여 파랑 에너지를 소산시켜 방파제의 역할을 수행하는 단계;
    e) 상기 원통형 파력발전장치(130)에 의한 파력발전시 극한 파랑인지 여부를 확인하는 단계; 및
    f) 극한 파랑인 경우, 상기 상부폰툰(120)의 전면에 형성된 파랑 차단막(150)으로 상기 유입구(122)를 봉쇄하고 파랑 유입을 차단하는 단계를 포함하며,
    상기 a) 단계의 하부폰툰(110)은 파력발전 시, 밸러스팅(Ballasting)에 의해 부유식 방파제의 부력체 역할을 하며 수중에 잠겨지도록 세팅되며,
    상기 a) 단계의 상부폰툰(120)은 상기 하부폰툰(110)의 상부에 배치되어 중공 하우징(121), 유입구(122) 및 배출구(123)를 포함하되, 파랑 에너지의 일부 통과를 허용하도록, 상기 유입구(122) 및 배출구(123) 상부는 해수면 위로 노출되도록 형성시키며, 수중에 잠겨지는 전면부에 형성된 유입구(122)를 통해 조류와 파랑이 유입되고, 수중에 잠겨지는 후면부에 형성된 배출구(123)를 통해 조류와 파랑이 배출되도록 하며,
    상기 a) 단계의 원통형 파력발전장치(130)는 상기 상부폰툰(120)의 내부공간에 설치되고, 해수면 근처에 위치하도록 세팅된 원통형 실린더(131)가 조류와 파랑에 의하여 회전하면서 내부에 설치된 발전기(132)에 의하여 파력발전을 수행하되, 상부폰툰(120) 전면의 유입구(122)를 통해 유입되는 파랑의 통과에 따라 회전함에 따라 파력발전을 수행하며, 해수면에 일부 잠기는 원통형 실린더(131)의 하부영역은 조류 및 파랑에 의하여 가속되는 가속영역, 해수면 상방으로 노출된 원통형 실린더(131) 상부 주위는 공기에 의한 저항영역으로 형성되도록 하며,
    상기 원통형 파력발전장치(130)는, 일정한 길이를 가진 원통형 실린더로서, 해수면 위에 부유되도록 제작 및 세팅되고, 해수면 근처의 조류와 파랑에 의한 물입자의 원운동에 의하여 회전하는 원통형 실린더(131); 상기 원통형 실린더(131) 내부에 배치되고, 상기 원통형 실린더(131)의 회전에 대응하여 전기에너지를 생산하는 발전기(132); 및 상기 원통형 실린더(131)가 해수면 근처에서 제자리에서 회전이 가능하도록 상기 원통형 실린더(131)의 길이 방향 양단부에 돌출되도록 형성된 수평축(133)을 포함하되, 상기 원통형 실린더(131)의 외주면에는 길이방향으로 다수의 블레이드(131a)가 서로 이격 형성되며, 상기 원통형 파력발전장치(130)는, 전면부 원통형 파력발전장치(130a)의 회전에 따라 파랑 에너지가 일차적으로 소산되어 후면부 원통형 파력발전장치(130b)의 회전이 저하되지 않도록 상기 상부폰툰(120) 내부공간의 전면에 설치되어 파랑 에너지에 의한 원통 회전으로 전기를 생산하고, 파랑 에너지를 일차적으로 소산시키는 전면부 원통형 파력발전장치(130a); 및 상기 전면부 원통형 파력발전장치(130a)보다 낮은 위치에 설치되는 후면부 원통형 파력발전장치(130b)를 포함하도록 하는 원통형 파력발전장치를 결합한 부유식 방파제 시스템의 운용방법.
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KR101693751B1 (ko) * 2016-08-08 2017-01-17 한국건설기술연구원 원통형 파력발전 시스템 및 그 시공방법

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