KR101879604B1 - 항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법 - Google Patents

항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면 파랑 에너지를 갖는 해수가 인입되는 인입구(100); 및 상기 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전부(200);를 포함하며, 상기 발전부(200)는 수위차를 이용한 제1 발전부(210)를 포함하고, 상기 제1 발전부(210)는 상기 인입구(100)로 인입된 해수가 저장되는 저장부(211); 상기 저장부(211)에 저장된 해수가 낙하되는 낙하부(212); 및 상기 낙하부(212) 상에 설치된 제1 터빈(213);을 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제가 제공된다.
본 발명에 따르면 본 발명의 목적은 조위차가 적은 지역에서도 항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능한 효과가 있음과 아울러 수위차에 따른 위치 에너지를 이용한 제1 발전과 파랑 에너지를 이용한 부체의 상하운동을 통한 2차 발전으로 구성된 2 중 전력 발전을 도모하여 전력 생산 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법{Breakwater capable of generating electricity}
본 발명은 토목분야에 관한 것으로서 에너지 생산 및 항내 수질 개선이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로는 파랑 에너지를 극대화하여 전력 생산 효율을 높임과 아울러 전력 생산에 이용된 해수는 항내로 인입시켜 항내의 해수 순환으로 인한 수질 개선의 효과를 얻을 수 있는 항내 수질 개선 및 에너지 생산이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법에 관한 것이다.
방파제는 항만시설이나 선박을 외해의 파랑으로부터 보호하기 위한 외곽시설로서, 일반적으로 해수에 잠겨져서 해저수의 흐름을 차단하여 주는 하부 구조물인 사석 마운트(10)와, 사석 마운트의 상부면에 지지되며 그 상부 일부가 해수 표면위로 돌출되어 해수면을 따라 전달되어 오는 파랑 에너지를 흡수하여 주는 상부 구조물(20)로 구성된다(도 1).
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래의 중력식 방파제는 해저면에서 해수표면위까지 일체로 구축되는 구조물이기 때문에, 방파제가 설치된 이후에는 해수의 과도한 차단으로 항내의 해수 순환이 원활하게 이루어지지 않아 항내 수질이 오염되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점으로 인해 최근에는, 상부 구조물(20)에 구멍을 뚫어 해수를 항내로 유도함으로써 항내의 오염 문제를 해결하고자 한 파이프(30)식 해수교환방파제가 있다(도 2).
또한, 잠제 및 통수부(40)를 설치한 방파제가 있다(도 3).
그러나, 상기와 같은 종래 해수교환방파제들은 상부 구조물(20)에 뚫린 구멍(30, 40)을 통해 단순히 해수의 조위차로만 해수 순환을 유도한 것으로서, 조위차가 적은 지역에서는 의도한 항내 오염 문제를 해결할 수 없는 문제점이 있다.
한편, 해수를 이용한 조력발전은 대부분 조수간만의 차이가 큰 연해나 연안에 거대한 댐을 건설하여, 만조시에는 해수를 담수 하였다가 간조시에는 방류하여 그 낙차를 이용하여 발전기용 터빈을 회전시키는 방식이 적용되어 왔다.
그러나 이와 같은 조력발전은 조수간만의 차이가 큰 일부의 지역에만 적용가능하고 넓은 범위의 연해나 연안에 거대한 댐을 건설하여야 하기 때문에 막대한 시설비용이 필요할 뿐만 아니라, 바다의 일부를 바다와 차단하게 되므로 생태계를 파괴하는 문제점이 있었다.
또한, 많은 어류가 터빈을 통과하는 과정에서 어류폐사가 일어나고, 무엇보다도 간조시에만 발전이 가능하여 만조 시에는 발전이 불가능함으로 발전효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술된 종래의 방파제가 갖고 있는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조위차가 적은 지역에서도 항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능토록 한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수위차에 따른 위치 에너지를 이용한 제1 발전과 파랑 에너지를 이용한 부체의 상하운동을 통한 2차 발전으로 구성된 2 중 전력 발전을 도모할 수 있는 에너지 생산 및 항내 수질 개선이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파랑 에너지를 갖는 해수가 인입되는 인입구(100); 및 상기 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전부(200);를 포함하며, 상기 발전부(200)는 수위차를 이용한 제1 발전부(210)를 포함하고, 상기 제1 발전부(210)는 상기 인입구(100)로 인입된 해수가 저장되는 저장부(211); 상기 저장부(211)에 저장된 해수가 낙하되는 낙하부(212); 및 상기 낙하부(212) 상에 설치된 제1 터빈(213);을 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제가 제공된다.
이 경우 상기 낙하부(212)를 개폐하는 밸브(214);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
또한, 상기 인입구(100)와 상기 저장부(211)를 연결하는 제1 통로(110);를 더 포함하되, 상기 인입구(100)의 저면(101)이 상기 제1 통로(110)에 근접될수록 점진적으로 높아지는 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
또한, 상기 제1 통로(110)는 상기 인입구(100)에 인입된 해수의 수면보다 더 높게 형성된 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
또한, 상기 발전부(200)는 상기 인입구(100) 상에 형성된 제2 발전부(220)를 더 포함하고, 상기 제2 발전부(220)는 상기 인입구(100) 상에 설치되어 상기 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지에 의해 상하방향으로 유동하는 부체(221); 상기 부체(221)와 결합되어 상기 부체(221)의 유동에 따라 상하방향으로 이동하는 축(222); 및 상기 축(222)과 연결된 제2 터빈(223);를 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
또한, 상기 인입구(100) 상부에 형성된 기계실(300);을 더 포함하되, 상기 제2 터빈(223)은 상기 기계실(300)에 설치된 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
또한, 상기 낙하부(212)로 낙하된 해수는 항내(2)로 배출되는 것을 특징으로 하는 방파제일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 제4항의 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법에 있어서, 상기 인입구(100)로 해수를 인입시킴과 아울러 인입된 해수를 상기 저장부(211)로 이동시키는 제1 단계(S100); 및 상기 밸브(214)를 개방하여 상기 저장부(211)에 저장된 해수를 상기 낙하부(212)를 통해 낙하시킴과 아울러 상기 제1 터빈(213)을 회전시켜 전력을 생산하는 제2 단계(S200);를 포함하되, 상기 제1 단계(S100)는, 상기 인입구(100)의 해수의 수위보다 상기 저장부(211)의 해수의 수위가 높아질때까지 상기 저장부(211)에 해수를 이동시키는 해수 저장 단계(S200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법이 제공된다.
이 경우 상기 제1 단계(S100)는 상기 인입구(100)로 파랑 에너지를 갖는 해수를 인입시켜 상기 부체(221)를 상하방향으로 유동시킴과 아울러 상기 제2 터빈(223)을 회전시켜 전력을 생산하는 전력생산단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법일 수 있다.
본 발명에 따르면 본 발명의 목적은 조위차가 적은 지역에서도 항내 수질 개선 및 전력 생산이 가능한 효과가 있다.
본 발명에 따르면 수위차에 따른 위치 에너지를 이용한 제1 발전과 파랑 에너지를 이용한 부체의 상하운동을 통한 2차 발전으로 구성된 2 중 전력 발전을 도모하여 전력 생산 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 항내 수질 개선을 위한 방파제의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방파제의 횡단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방파제의 기계실에 설치된 제2 발전부의 상세도.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방파제의 제1 발전부를 이용하여 전력을 생산하는 방법을 나타낸 도면.
본 발명에 따른 에너지 생산 및 항내 수질 개선이 가능한 방파제 및 이를 이용하여 전력을 생산하는 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
본 발명은 방파제에 관한 것으로서, 방파제 내측의 항내(2) 수질 개선에 기여함과 아울러 파랑 에너지를 포함하여 인입되는 해수를 이용하여 전력 생산을 가능토록 함에 발명의 목적이 있다.
상술된 발명의 목적의 달성을 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 방파제는 기본적으로 사석 마운트(10)와 사석 마운트(10) 상부에 설치된 상부 구조물(20)을 포함한다.
이 경우 상부 구조물(20)에는 파랑 에너지를 갖는 해수가 인입되는 인입구(100) 및 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전부(200)가 형성된다(도 4).
발전부(200)는 해수를 이용하여 전력을 생산하는 구성으로서, 해수의 수위차에 따른 위치 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 제1 발전부(210) 및 해수의 파랑 에너지를 이용하여 부체(221)를 상하방향으로 이동시키고, 부체(221)의 상향방향 이동을 회전운동으로 전환하여 전력을 생산하는 제2 발전부(220)를 포함한다.
제1 발전부(210)는 인입구(100)로 인입된 해수가 저장되는 저장부(211), 저장부(211)에 저장된 해수가 낙하되는 낙하부(212)를 개폐하는 밸브(214) 및 낙하부(212) 상에 설치된 제1 터빈(213)을 포함한다(도 4).
즉, 밸브(214) 폐쇄하여 해수를 저장부(211)에 충전하고, 밸브(214)를 개방하여 저장부(211)에 저장된 해수를 낙하시킴으로써 제1 터빈(213)을 구동시켜 전력 발전을 수행한다.
제1 발전부(210)의 전력발전의 효율을 높이기 위해서는 저장부(211)에 저장되는 해수의 수위가 인입구(100) 및 항내(2)의 해수의 수위보다 높을 것이 요구되는데, 이러한 조건을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방파제는 단면 변화부(400)의 구성을 포함한다.
단면 변화부(400)는 인입구(100) 저면(101)의 높이가 변화되는 구간을 의미하는 것으로서, 인입구(100)의 저면(101)의 높이는 인입구(100)와 저장부(211)를 연결하는 제1 통로(110)에 근접될수록 높아진다(도 4).
이 경우 해수는 제1 통로(110)에 근접될수록 높은 하부 마찰력의 영향을 받아 속도가 저하되고, 제1 통로(110)에 근접하여 파고가 최대화 될 수 있다.
이에 따라, 저장부(211)에 저장되는 해수의 수위가 인입구(100)의 해수 및 항내(2)의 해수의 수위보다 높아질 수 있다.
이에 따라 저장부(211)에 저장된 해수가 낙하부(212)를 통해 낙하되며 제1 터빈(213)을 구동시키는 것이 가능하다.
낙하부(212)를 통과한 해수는 항내(2)로 유입되어 항내(2)의 해수 순환에 기여할 수 있다.
본 발명에 따르면 조위차가 낮은 지역이라도 단면변화부(400)에 의해 높은 수위차를 인위적으로 형성시키는 것이 가능하므로 항내(2)로 해수를 상시 유입시키는 것이 가능하며, 항내(2)로 유입된 해수의 운동 에너지를 이용해 해수의 순환을 유도할 수 있으므로 항내 수질 개선에 크게 기여할 수 있다.
제2 발전부(220)는 인입구(100) 상에 설치되어 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지에 의해 상하방향으로 유동하는 부체(221), 부체(221)와 결합되어 부체(221)의 유동에 따라 상하방향으로 이동하는 축(222) 및 축(222)과 연결된 제2 터빈(223)를 포함할 수 있다(도 4).
축(222)의 단부에는 나사산이 형성될 수 있으며, 축(222)과 제2 터빈(223)은 웜기어를 형성하여 축(222)의 상하방향 운동이 제2 터빈(223)의 구동을 위한 회전운동으로 전환될 수 있다(도 5).
본 발명의 일 실시예에 따른 방파제는 제2 터빈(223) 등의 발전설비가 설치되는 기계실(300)의 구성을 포함하며, 기계실(300)은 해수의 침투를 피하기 위해 인입구(100)의 상부에 형성되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명에 따른 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법은 인입구(100)로 해수를 인입시킴과 아울러 인입된 해수를 저장부(211)로 이동시키는 제1 단계(S100) 및 밸브(214)를 개방하여 저장부(211)에 저장된 해수를 낙하부(212)를 통해 낙하시킴과 아울러 제1 터빈(213)을 회전시켜 전력을 생산하는 제2 단계(S200)를 포함할 수 있다.
이 경우 제1 단계(S100)는, 인입구(100)의 해수의 수위보다 저장부(211)의 해수의 수위가 높아질때까지 상기 저장부(211)에 해수를 이동시키는 해수 저장 단계(S200)를 포함하여, 제1 발전의 효율을 높이고 항내(2) 해수 유입 및 순환에 다른 수질 개선에 기여하도록 한다.
더하여, 제1 단계(S100)는 인입구(100)로 파랑 에너지를 갖는 해수를 인입시켜 부체(221)를 상하방향으로 유동시킴과 아울러 제2 터빈(223)을 회전시켜 전력을 생산하는 전력생산단계를 더 포함하여 제1 발전과 아울러 2 중으로 전력 발전을 수행하여 발전 효율을 극대화할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1 : 외해
2 : 항내
10 : 사석 마운트
20 : 상부 구조물
100 : 인입구
200 : 발전부
300 : 기계실
400 : 단면변화부

Claims (9)

  1. 파랑 에너지를 갖는 해수가 인입되는 인입구(100); 및
    상기 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전부(200);를 포함하며,
    상기 발전부(200)는 수위차를 이용한 제1 발전부(210)를 포함하고,
    상기 제1 발전부(210)는
    상기 인입구(100)로 인입된 해수가 저장되는 저장부(211);
    상기 저장부(211)에 저장된 해수가 낙하되는 낙하부(212); 및
    상기 낙하부(212) 상에 설치된 제1 터빈(213);을 포함하되,
    상기 낙하부(212)를 개폐하는 밸브(214);를 더 포함하고,
    상기 인입구(100)와 상기 저장부(211)를 연결하는 제1 통로(110);를 더 포함하되,
    상기 인입구(100)의 저면(101)이 상기 제1 통로(110)에 근접될수록 점진적으로 높아지는 단면 변화부(400);를 더 포함하고,
    상기 제1 통로(110)는 상기 인입구(100)에 인입된 해수의 수면 및 상기 저장부(211)에 저장되는 해수의 수면보다 높게 형성되며,
    상기 발전부(200)는 상기 인입구(100) 상에 형성된 제2 발전부(220)를 더 포함하고,
    상기 제2 발전부(220)는
    상기 인입구(100) 상에 설치되어 상기 인입구(100)로 인입된 해수의 파랑 에너지에 의해 상하방향으로 유동하는 부체(221);
    상기 부체(221)와 결합되어 상기 부체(221)의 유동에 따라 상하방향으로 이동하는 축(222); 및
    상기 축(222)과 연결된 제2 터빈(223);를 포함하되,
    상기 부체(221)는 상기 단면 변화부(400) 상에 설치된 것을 특징으로 하는 방파제.
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  6. 제1항에 있어서,
    상기 인입구(100) 상부에 형성된 기계실(300);을 더 포함하되,
    상기 제2 터빈(223)은 상기 기계실(300)에 설치된 것을 특징으로 하는 방파제.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 낙하부(212)로 낙하된 해수는 항내(2)로 배출되는 것을 특징으로 하는 방파제.
  8. 제7항의 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법에 있어서,
    상기 인입구(100)로 해수를 인입시킴과 아울러 인입된 해수를 상기 저장부(211)로 이동시키는 제1 단계(S100); 및
    상기 밸브(214)를 개방하여 상기 저장부(211)에 저장된 해수를 상기 낙하부(212)를 통해 낙하시킴과 아울러 상기 제1 터빈(213)을 회전시켜 전력을 생산하는 제2 단계(S200);를 포함하되,
    상기 제1 단계(S100)는,
    상기 인입구(100)의 해수의 수위보다 상기 저장부(211)의 해수의 수위가 높아질 때 까지 상기 저장부(211)에 해수를 이동시키는 해수 저장 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단계(S100)는
    상기 인입구(100)로 파랑 에너지를 갖는 해수를 인입시켜 상기 부체(221)를 상하방향으로 유동시킴과 아울러 상기 제2 터빈(223)을 회전시켜 전력을 생산하는 전력생산단계;를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 방파제를 이용하여 전력을 생산하는 방법.
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