KR102002375B1 - 구조 신뢰성이 향상된 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법 - Google Patents

구조 신뢰성이 향상된 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법 Download PDF

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박병재
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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 수심측정을 통해 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀의 적정 수심을 결정한 후 모터의 구동에 따라 너셀과 결합된 랙피니언 구동수단을 이용하여 너셀을 상하 이동시키는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법에 관한 것이다.
상기 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기는, 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부;
상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및
상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

구조 신뢰성이 향상된 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법{Improved Structural Reliability Current Power Generating Device with Nacelle Rack-Pinion Transfer AND the control method thereof}
본 발명은 해류발전기 (Current Power Generating Device) 에 관한 것으로, 수심측정을 통해 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀의 적정 수심을 결정한 후 모터의 구동에 따라 너셀과 결합된 랙피니언 구동수단을 이용하여 너셀을 상하 이동시키는 구조 신뢰성이 향상된 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 해류발전기는 수면 아래 고정되어 설치되며, 간조 시에 터빈이 수면상에 노출되지 않도록 하기 위하여 터빈의 수중 높이를 낮게 결정하므로 만조 시에는 해수면과 터빈 사이의 거리가 멀다.
해류발전기 발전량은 유속의 3제곱에 비례하므로 최대 발전을 위해서 유속이 빠른 곳에 위치하는 것이 필수적이다. 이에 따라, 조류 유속은 해수면에서 가장 빠르며 수심이 깊어질수록 감소하므로 해수면 근처에서의 최고 유속을 이용한 터빈 발전이 필수적이다.
현재 해류발전기의 경우, 수면 아래 고정되어 설치되므로 수심 변화에 대응하지 못하는 구조로 최대 발전량을 구동하기 어려운 점이 있다. 단, 유지보수를 목적으로 하는 터빈 승하강 장치는 일부 존재하지만, 수심유지를 위한 승하강 개념 및 장치는 없다. 유지보수 목적의 승하강 장치는 고정 구조물이 해수면에 노출되어야 하므로 파도, 바람 등의 해양외력을 크게 받아 구조물이 대형화 되어야하고, 선박과의 충돌 위험성이 높으며 해양 공간 활용성이 떨어진다.
한국 등록특허 제10-1701935(2017년01월25일)
따라서 수심 변화에 따라 높이가 변하여 수면과의 일정거리 유지 가능하여 항상 해수면 근처에 터빈로터가 위치하도록 하는 해류발전기가 필요하다.
본 발명은 상술한 필요성에 따라 실시간으로 수면에서부터 너셀까지의 거리를 측정하여 수면에서 너셀까지의 거리가 기 설정된 거리범위에 포함되는지 여부를 확인하고, 너셀의 위치를 상하 이동하여 최대 유속을 활용한 최대 발전량이 도출되도록 하는 구조 신뢰성이 향상된 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 및 해류발전기 제어 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기는,
터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부;
상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및
상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 랙피니언 구동수단은,
모터와 연결되어 상기 너셀의 일단에 돌출되는 제1 피니언;
상기 모터와 연결되어 상기 너셀의 타단에 돌출되는 제2 피니언; 및
상기 제1 피니언과 제2 피니언에 각각 맞물려 연결되는 제1 랙과 제2 랙;을 포함하여 구성되어,
상기 제어부가 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키도록 구성될 수 있다.
상기 랙피니언 구동수단은,
상기 제1 및 제2 랙이 상기 기둥고정부 상하방향으로 마주보며 형성되고,
상기 제1 및 제2 피니언은 각각 상기 제1 및 제2 랙에 맞물려 상기 제1 및 제2 랙을 따라 상하방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 수심측정부는,
상기 수심을 측정하기 위해 연간 조수간만의 차 데이터를 이용하여 수심을 예측하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 수심측정부가 조석간만차 수심예측기로 구성되는 경우,
상기 조석간만차 수심예측기는,
데이터베이스에 기 저장된 상기 연간 조수간만의 차 데이터에 기반하여 수심데이터를 추출하여 제어부로 전송하며,
상기 제어부는,
수신된 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 연간 조수간만차 데이터 및 적정 수심 정보를 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 수심측정부가 음향측심기로 구성되는 경우,
상기 음향측심기는,
음향 펄스 복귀 시간을 측정하여 수심데이터를 추출한 후 제어부로 전송하며
상기 제어부는,
수신된 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 음향측심기 센서의 점검 및 유지 보수를 수행하며, 음향 펄스 복귀 시간을 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 수심측정부가 수압수심기로 구성되는 경우,
상기 수압수심기는,
수압을 이용하여 수심데이터를 추출한 후 제어부로 전송하며
상기 제어부는,
수신된 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 수압수심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 수압 수심기의 센서를 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는,
상기 발전기의 잔류 전력을 이용하여 상기 모터를 구동하도록 구성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법은,
터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부; 상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부;를 포함하는 해류발전기에 의한 해류발전기 제어 방법에 있어서,
A) 상기 수심측정부가 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 이용하여 측심 데이터를 생성하는 단계;
B) 상기 측심 데이터에 따라 실시간으로 상기 수심데이터를 추출하는 단계;
C) 단위시간 내 상기 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성하는 단계;
D) 상기 평균 수심데이터에 따라 상기 너셀의 높이를 산출하여 상기 제어부로 전송하는 단계;
E) 상기 제어부에 의해 상기 평균수심데이터의 수심으로 상기 너셀을 상하 이동시키는 단계;
F) 상기 제어부의 제어명령에 따라 높이가 설정된 상기 너셀의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교하는 단계;
G) 상기 터빈로터의 발전량과 상기 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 상기 수심측정부에 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성하는 단계; 및
H) 상기 오류발생신호를 상기 제어부로 전송하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 G단계는,
상기 수심측정부가 상기 조석간만차 수심예측기로 구성되는 경우,
상기 제어부는,
상기 검출된 오류 신호에 따라 연간 조수간만차 데이터 및 적정 수심 정보를 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 G단계는,
상기 수심측정부가 상기 음향측심기로 구성되는 경우,
상기 제어부는,
상기 검출된 오류 신호에 따라 상기 음향측심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 음향 펄스 복귀 시간을 보정하도록 구성될 수 있다.
상기 G단계는,
상기 수심측정부가 상기 수압수심기로 구성되는 경우,
상기 제어부는,
상기 검출된 오류 신호에 따라 상기 수압수심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 상기 수압수심기의 센서를 보정하도록 구성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 설치 및 유지보수 방법은,
터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부; 상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부;를 포함하는 해류발전기에 의한 해류발전기 설치 및 유지보수 방법에 있어서,
A) 상기 수심측정부가 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스를 이용하여 수심을 측정하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 이용하여 측심 데이터를 생성하는 단계;
B) 상기 측심 데이터에 따라 실시간으로 상기 수심데이터를 추출하는 단계;
C) 단위시간 내 상기 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성하는 단계;
D) 상기 평균 수심데이터에 따라 상기 너셀의 높이를 산출하여 상기 제어부로 전송하는 단계;
E) 상기 제어부에 의해 상기 평균 수심데이터의 수심으로 상기 너셀을 상하 이동시키는 단계;
F) 상기 제어부의 제어명령에 따라 높이가 설정된 상기 너셀의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교하는 단계;
G) 상기 터빈로터의 발전량과 상기 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 상기 수심측정부에 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성하는 단계; 및
H) 상기 오류발생신호를 상기 제어부로 전송하는 단계; 및
I) 상기 제어부가 상기 너셀의 유지보수를 위해 상기 랙피니언 구동수단과 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 해수면 위에 노출시키는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 A단계는,
상기 측심데이터를 생성하는 단계 이전에, 상기 기둥고정부에 상기 너셀을 설치하기 위해, 상기 너셀이 해수면 위에 노출되도록 상기 랙피니언 구동수단과 상기 모터를 구동시키는 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
터빈로터와 발전기를 포함하는 너셀 상단 일측에 구비된 수심측정부는 너셀의 이동을 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는데, 이 때 수심을 측정하기 위해 연간 조수간만의 차 데이터를 이용하여 수심을 예측하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 포함하여 구성되어 수심 예측이 용이한 효과가 있다.
너셀이 상하이동 가능하여 조류의 세기가 가장 큰 부분인 해수면 근처에 너셀이 위치하게 조정하여 최대 유속을 활용한 최대 발전량이 도출 가능한 효과가 있다.
너셀과 결합된 제1 피니언 및 제2 피니언은 제1 랙 및 제2 랙에 맞물려 모터가 구동됨에 따라 제1 랙 및 제2 랙을 따라 상하 이동되며, 제1 피니언 및 제2 피니언과 결합된 너셀도 제1 피니언 및 제2 피니언의 구동됨에 따라 이동되는데, 이때 모터는 발전기의 잔류 전력을 이용하여 구동되므로 전력 사용이 효율적인 효과가 있다.
터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 수심측정부에 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성하고, 오류발생신호에 따라 제어부가 랙피니언 구동수단과 모터를 구동하여 너셀을 해수면 위에 노출시켜 너셀의 유지보수를 바로 수행할 수 있으므로 구조의 신뢰성을 향상시킨 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 조석간만차 수심예측기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 음향측심기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 수압수심기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기를 개략적으로 나타낸 도면이다.
너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)는 발전부(도면부호 미도시), 수심측정부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
발전부는 너셀(10)과 기둥고정부(20)를 포함한다. 여기서, 너셀(10)은 터빈로터(110) 및 발전기(120)를 포함한다. 발전부는 너셀(10)을 랙피니언 구동수단(도면부호 미도시)과 모터(250)를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부(20)에 고정하여 구성한다.
여기서, 랙피니언 구동수단은 제1 피니언(210), 제2 피니언(220), 제1 랙(230) 및 제2 랙(240)을 포함하여 구성되며, 제어부(140)가 수심데이터에 따라 모터(250)를 구동시켜 너셀(10)을 상하 이동시키도록 구성된다. 제1 피니언(210)은 모터(250)와 연결되어 너셀(10)의 일단에 돌출되어 설치된다. 제2 피니언(220)은 모터(250)와 연결되어 너셀(10)의 타단에 돌출되어 설치된다. 제1 랙(230)과 제2 랙(240)은 제1 피니언(210)과 제2 피니언(220)에 각각 맞물려 연결된다.
랙피니언 구동수단은 제1 랙(230) 및 제2 랙(240)이 기둥고정부(20) 상하방향으로 마주보며 형성되고, 제1 피니언(210) 및 제2 피니언(220)은 모터(250)가 구동됨에 따라 각각 제1 랙(230) 및 제2 랙(240)에 맞물려 제1 랙(230) 및 제2 랙(240)을 따라 기둥고정부(20)의 상하방향으로 이동한다.
수심측정부(130)는 너셀(10) 상단 일측에 구비되어 너셀(10)을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성한다. 수심측정부(130)는 수심을 측정하기 위해 연간 조수간만의 차 데이터를 이용하여 수심을 예측하는 조석간만차 수심예측기(도면부호 미도시), 음향측심기(도면부호 미도시) 또는 수압수심기(도면부호 미도시) 중 하나 이상을 포함하여 구성된다.
조석간만차 수심예측기는 연간 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 실시간 수심데이터를 추출하여 제어부(140)로 전송한다.
음향측심기는 초음파(여기서, 음향 펄스)를 수면으로 쏘아 보낸 뒤 그것이 반사되기까지의 시간인 음향 펄스 복귀 시간을 통해 수심데이터를 추출한 후 제어부(140)로 전송한다.
수압수심기는 수압을 이용하여 수심데이터를 추출한 후 제어부(140)로 전송한다.
이하, 도 3 내지 도 5에서 수심측정부(130)의 조석간만차 수심예측기, 음향측심기, 수압수심기의 동작에 대해 순서도로 상세히 후술하도록 한다.
제어부(140)는 수심데이터에 따라 모터(250)를 구동시켜 너셀(10)을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성한다. 제어부(140)는 발전기(120)에서 생성한 전력을 이용하여 모터(250)을 구동한다. 여기서, 제어부(140)는 발전기(120)의 잔류 전력을 이용하여 모터(250)를 구동할 수 있다.
제어부(140)는 조석간만차 수심예측기로부터 수신한 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 연간 조수간만차 데이터 및 적정 수심 정보를 보정하도록 구성된다.
제어부(140)는 음향측심기로부터 수신한 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 음향측심기 센서의 점검 및 유지 보수를 수행하며, 음향 펄스 복귀 시간을 보정하도록 구성된다.
제어부(140)는 수압수심기로부터 수신한 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력하고, 수압수심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 수압수심기의 센서를 보정하도록 구성된다.
도 2는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 터빈로터(110) 및 발전기(120)를 포함하는 너셀(10)을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부(20)에 고정하여 구성되는 발전부; 너셀(10) 상단 일측에 구비되어 너셀(10)을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부(130); 및 수심데이터에 따라 모터(250)을 구동시켜 너셀(10)을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부(140);를 포함하는 해류발전기에 의한 해류발전기 제어 방법에 대한 순서도이다.
너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)의 수심측정부(130)는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 이용하여 측심 데이터를 생성한다(S10). 측심데이터를 생성하는 단계(S10) 이전에, 기둥고정부(20)에 너셀(10)을 설치하는 경우, 너셀(10)이 해수면 위에 노출되도록 랙피니언 구동수단과 모터(250)를 구동시키는 단계를 먼저 수행할 수 있다.
수심측정부(130)는 측심 데이터에 따라 실시간으로 수심데이터를 추출한다(S11). 조석간만차 수심예측기는 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스를 이용하여 수심을 예측하여 수심데이터를 생성하여 제어부(140)로 전송한다. 음향측심기는 초음파를 수면으로 쏘아 보낸 뒤 그것이 반사되기까지의 시간인 음향 펄스 복귀 시간을 통해 측심 데이터를 생성하고, 측심 데이터를 기반으로 수면으로부터의 거리인 수심데이터를 추출하여 제어부(140)로 전송한다. 수압수심기는 수압을 측정하여 측심 데이터를 생성하고, 측심 데이터를 기반으로 수면으로부터의 거리인 수심데이터를 추출하여 제어부(140)로 전송한다.
제어부(140)는 수심데이터를 수신하여 단위시간 내 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성한다(S12). 제어부(140)는 단위시간 내 예컨대, 한 시간 내 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성한다.
제어부(140)는 평균 수심데이터에 따라 너셀(10)의 높이를 산출한다(S13).
제어부(140)는 평균 수심데이터의 수심으로 너셀(10)을 상하 이동시킨다(S14). 제어부(140)는 수심측정부(130)로부터 기 설정된 주기로 평균 수심데이터를 수신하고, 평균 수심데이터의 수심으로 너셀(10)을 상하 이동시킨다.
제어부(140)는 높이가 설정된 너셀(10)의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교한다(S15).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는지 여부를 판단한다(S16).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성한다(S17).
제어부(140)는 오류발생신호를 운영기관(관리서버-미도시)으로 전송한다(S18). 이 과정에서 너셀(10)에 대한 수동의 유지보수가 필요한 경우, 상기 제어부(140)는 너셀(10)의 유지보수를 위해 랙피니언 구동수단과 모터(250)를 구동시켜 너셀(10)을 해수면 위에 노출시킨다.
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하지 않은 경우, 오류가 발생하지 않고 정상 작동하는 것으로 판단한다(S19).
도 2에서는 단계 S10 내지 단계 S19를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 2에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S10 내지 단계 S19 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 2는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 조석간만차 수심예측기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
조석간만차 수심예측기는 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스를 이용한다(S20).
조석간만차 수심예측기는 실시간 수심데이터를 데이터베이스로부터 추출하여 제어부(140)로 전송한다(S21).
제어부(140)는 단위시간 내 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성한다(S22).
제어부(140)는 평균 수심데이터에 따라 너셀(10)의 높이를 산출한다(S23).
제어부(140)는 높이가 설정된 너셀(10)의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교한다(S24).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는지 여부를 판단한다(S25).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성한다(S26).
제어부(140)는 오류발생신호를 운영기관(관리서버-미도시)으로 전송한다(S27). 운영기관은 오류발생신호에 따라 기 설정된 허용값을 초과한 시점의 조수간만의 차 데이터에 대응되는 수심데이터를 수정하여 제어부(140)로 전송한다.
제어부(140)는 수정된 조수간만의 차 데이터에 대응되는 수심데이터를 데이터베이스에 업데이트한다(S28).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하지 않은 경우, 조수간만의 차 데이터에 대응되는 수심데이터를 그대로 사용한다(S29).
도 3에서는 단계 S20 내지 단계 S29를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 3에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S20 내지 단계 S29 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 3은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 음향측심기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
음향측심기는 음향 펄스 복귀 시간을 측정한다(S30). 음향측심기는 초음파를 수면으로 쏘아 보낸 뒤 그것이 반사되기까지의 시간인 음향 펄스 복귀 시간을 측정한다.
음향측심기는 측심 데이터인 음향 펄스 복귀 시간에 따라 실시간으로 수심데이터를 추출하여 제어부(140)로 전송한다(S31).
제어부(140)는 단위시간 내 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성한다(S32).
제어부(140)는 평균 수심데이터에 따라 너셀(10)의 높이를 산출한다(S33).
제어부(140)는 산출된 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위에 위치하는지 여부를 판단한다(S34).
제어부(140)는 높이가 설정된 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위를 벗어나는 경우, 다시 음향 펄스 복귀 시간을 측정한다.
제어부(140)는 높이가 설정된 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위를 벗어나지 않는 경우, 너셀(10)의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교한다(S35).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는지 여부를 판단한다(S36).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성한다(S37).
이후, 제어부(140)는 오류발생신호를 외부에 위치하는 운영기관(관리서버-미도시)으로 전송한다(S38). 운영기관은 오류발생신호에 따라 음향측심기의 점검여부를 판단하여 점검명령을 생성한다. 여기서, 점검명령이 생성되는 경우, 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)를 관리하는 관리인 또는 관리기계가 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)의 음향측심기를 점검하여 수리한다. 이러한 음향측심기의 점검 및 수리는 제어부(140)에서 자동으로 수행되도록 구성될 수도 있다. 수리가 완료되는 경우, 운영기관은 오류수정 완료신호를 생성하여 제어부(140)로 전송한다.
제어부(140)는 운영기관으로부터 오류수정 완료신호를 수신한다(S39). 제어부(140)는 오류수정 완료신호를 수신한 후, 음향 펄스 복귀 시간을 측정한다.
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하지 않은 경우, 음향 펄스 복귀 시간에 대응되는 수심데이터를 그대로 사용한다(S40).
도 4에서는 단계 S30 내지 단계 S40을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 4에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S30 내지 단계 S40 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 4는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 실시예에 따른 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 수압수심기를 이용한 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
수압수심기는 수압을 측정한다(S50).
수압수심기는 측심 데이터인 수압에 따라 실시간으로 수심데이터를 추출하여 제어부(140)로 전송한다(S51).
제어부(140)는 단위시간 내 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성한다(S52).
제어부(140)는 평균 수심데이터에 따라 너셀(10)의 높이를 산출한다(S53).
제어부(140)는 높이가 설정된 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위에 위치하는지 여부를 판단한다(S54).
제어부(140)는 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위를 벗어나는 경우, 수압수심기가 다시 수압을 측정하도록 한다.
제어부(140)는 너셀(10)에서 수면까지의 거리가 기 설정된 거리범위를 벗어나지 않는 경우, 너셀(10)의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교한다(S55).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는지 여부를 판단한다(S56).
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성한다(S57).
제어부(140)는 오류발생신호를 운영기관(관리서버-미도시)으로 전송한다(S58). 운영기관은 오류발생신호에 따라 수압수심기의 점검여부를 판단하여 점검명령을 생성한다. 여기서, 점검명령이 생성되는 경우, 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)를 관리하는 관리인 또는 관리기계가 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기(1)의 수압수심기를 점검하여 수리한다. 수압수심기의 점검 및 수리는 제어부(140)에 의해 자동으로 수행되도록 구성될 수 있다. 수리가 완료되는 경우, 운영기관은 오류수정 완료신호를 생성하여 제어부(140)로 전송한다.
수압수심기는 제어부(140)로부터 오류수정 완료신호를 수신한다(S59). 수압수심기는 오류수정 완료신호를 수신한 후, 수압을 측정한다.
제어부(140)는 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하지 않은 경우, 수압에 대응되는 수심데이터를 그대로 사용한다(S60).
도 5에서는 단계 S50 내지 단계 S60을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 5에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 S50 내지 단계 S60 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 5는 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기
10: 너셀
20: 기둥고정부
110: 터빈로터
120: 발전기
130: 수심측정부
140: 제어부
210: 제1 피니언
220: 제2 피니언
230: 제1 랙
240: 제2 랙
250: 모터

Claims (14)

  1. 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부;
    상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및
    상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부로 구성되고,
    상기 수심측정부는,
    상기 수심을 측정하기 위해 연간 조수간만의 차 데이터를 이용하여 수심을 예측하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 포함하며,
    상기 수심측정부가 조석간만차 수심예측기로 구성되는 경우,
    상기 조석간만차 수심예측기는,
    데이터베이스에 기 저장된 상기 연간 조수간만의 차 데이터에 기반하여 수심데이터를 추출하여 제어부로 전송하고,
    상기 수심측정부가 음향측심기로 구성되는 경우,
    상기 음향측심기는,
    음향 펄스 복귀 시간을 측정하여 수심데이터를 추출한 후 제어부로 전송하며,
    상기 수심측정부가 수압수심기로 구성되는 경우,
    상기 수압수심기는,
    수압을 이용하여 수심데이터를 추출한 후 제어부로 전송하고,
    상기 제어부는,
    수신된 수심데이터로부터 단위시간 내 평균수심을 산출한 후 터빈의 수중 적정 높이를 산정하여 너셀의 높이를 조정하며, 너셀의 높이 조정 후 터빈로터의 발전량과 이론 터빈로터의 발전량을 비교하여 차이가 발생하는 경우 오류신호를 출력한 후,
    연간 조수간만차 데이터 및 적정 수심 정보를 보정하거나, 음향측심기 센서의 점검 및 유지 보수를 수행하며 음향 펄스 복귀 시간을 보정하거나, 수압수심기의 점검 및 유지보수를 수행하며 수압수심기의 센서를 보정하도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 랙피니언 구동수단은,
    모터와 연결되어 상기 너셀의 일단에 돌출되는 제1 피니언;
    상기 모터와 연결되어 상기 너셀의 타단에 돌출되는 제2 피니언; 및
    상기 제1 피니언과 제2 피니언에 각각 맞물려 연결되는 제1 랙과 제2 랙;을 포함하여 구성되어,
    상기 제어부가 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류 발전기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 랙피니언 구동수단은,
    상기 제1 및 제2 랙이 상기 기둥고정부 상하방향으로 마주보며 형성되고,
    상기 제1 및 제2 피니언은 각각 상기 제1 및 제2 랙에 맞물려 상기 제1 및 제2 랙을 따라 상하방향으로 이동하도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류 발전기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 발전기의 잔류 전력을 이용하여 상기 모터를 구동하는 것을 특징으로 하는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기.
  9. 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부; 상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부;를 포함하는 제 1항 내지 제 3항 및 제 8항 중 어느 한 항에 따른 해류발전기에 의한 해류발전기 제어 방법에 있어서,
    A) 상기 수심측정부가 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스를 이용하여 수심을 측정하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 이용하여 측심 데이터를 생성하는 단계;
    B) 상기 측심 데이터에 따라 실시간으로 상기 수심데이터를 추출하는 단계;
    C) 단위시간 내 상기 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성하는 단계;
    D) 상기 평균 수심데이터에 따라 상기 너셀의 높이를 산출하여 상기 제어부로 전송하는 단계;
    E) 상기 제어부에 의해 상기 평균 수심데이터의 수심으로 상기 너셀을 상하 이동시키는 단계;
    F) 상기 제어부의 제어명령에 따라 높이가 설정된 상기 너셀의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교하는 단계;
    G) 상기 터빈로터의 발전량과 상기 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 상기 수심측정부에 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성하는 단계; 및
    H) 상기 오류발생신호를 상기 제어부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 G단계는,
    상기 수심측정부가 상기 조석간만차 수심예측기로 구성되는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 오류 신호에 따라 연간 조수간만차 데이터 및 적정 수심 정보를 보정하도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 G단계는,
    상기 수심측정부가 상기 음향측심기로 구성되는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 오류 신호에 따라 상기 음향측심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 음향 펄스 복귀 시간을 보정하도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 G단계는,
    상기 수심측정부가 상기 수압수심기로 구성되는 경우,
    상기 제어부는,
    상기 검출된 오류 신호에 따라 상기 수압수심기의 점검 및 유지보수를 수행하며, 상기 수압수심기의 센서를 보정하도록 구성되는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기 제어 방법.
  13. 터빈로터 및 발전기를 포함하는 너셀을 랙피니언 구동수단과 모터를 이용하여 상하 이동 가능하게 기둥고정부에 고정하여 구성되는 발전부; 상기 너셀 상단 일측에 구비되어 상기 너셀을 이동시키기 위해 수심을 측정하여 수심데이터를 생성하는 수심측정부; 및 상기 수심데이터에 따라 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 상하 이동시키기 위한 제어명령을 생성하는 제어부;를 포함하는 제 1항 내지 제 3항 및 제 8항 중 어느 한 항에 따른 해류발전기에 의한 해류발전기 설치 및 유지보수 방법에 있어서,
    A) 상기 수심측정부가 조수간만의 차 데이터를 저장하는 데이터베이스를 이용하여 수심을 측정하는 조석간만차 수심예측기, 음향측심기 또는 수압수심기 중 하나 이상을 이용하여 측심 데이터를 생성하는 단계;
    B) 상기 측심 데이터에 따라 실시간으로 상기 수심데이터를 추출하는 단계;
    C) 단위시간 내 상기 수심데이터를 평균하여 평균 수심데이터를 생성하는 단계;
    D) 상기 평균 수심데이터에 따라 상기 너셀의 높이를 산출하여 상기 제어부로 전송하는 단계;
    E) 상기 제어부에 의해 상기 평균 수심데이터의 수심으로 상기 너셀을 상하 이동시키는 단계;
    F) 상기 제어부의 제어명령에 따라 높이가 설정된 상기 너셀의 터빈로터의 발전량을 계측하여 데이터베이스에 기 저장된 이론 터빈로터의 발전량과 비교하는 단계;
    G) 상기 터빈로터의 발전량과 상기 이론 터빈로터의 발전량의 차이가 기 설정된 허용값을 초과하는 경우, 상기 수심측정부에 오류가 발생한 것으로 판단하여 오류발생신호를 생성하는 단계; 및
    H) 상기 오류발생신호를 상기 제어부로 전송하는 단계; 및
    I) 상기 제어부가 상기 너셀의 유지보수를 위해 상기 랙피니언 구동수단과 상기 모터를 구동시켜 상기 너셀을 해수면 위에 노출시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 너셀 랙피니언 이송형 해류발전기의 설치 및 유지보수 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 A단계는,
    상기 측심데이터를 생성하는 단계 이전에, 상기 기둥고정부에 상기 너셀을 설치하기 위해, 상기 너셀이 해수면 위에 노출되도록 상기 랙피니언 구동수단과 상기 모터를 구동시키는 단계;를 더 포함하는 너셀 신축 이송형 해류발전기의 설치 및 유지보수 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050085121A (ko) * 2002-11-28 2005-08-29 마린 커런트 터빈스 리미티드 조류를 포함한 수력 터빈용 지지구조물
KR20120124717A (ko) * 2011-05-04 2012-11-14 천호산업(주) 해력 발전장치
KR20150096570A (ko) * 2014-02-14 2015-08-25 금오공과대학교 산학협력단 조수부력 중력발전장치 및 이를 이용한 발전방법
KR101701935B1 (ko) 2015-10-13 2017-02-02 인하대학교 산학협력단 케이슨 구조물 고정방식을 적용한 해류발전기

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