KR102125054B1 - 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템 - Google Patents

조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 조류력에 의해 구동되어 전기 에너지를 발생시키는 조류 발전부; 상기 조류 발전부에 의해 발생된 전기 에너지를 이용하여 해수를 상부로 끌어올리는 양수용 펌프; 상기 양수용 펌프에 의해 이송된 해수가 저장되는 저장부; 상기 저장부에서 낙하되는 해수에 의해 전기 에너지를 발생시키는 소수력 발전부; 상기 조류 발전부와 상기 양수용 펌프 및 상기 소수력 발전부를 제어하는 통합 제어부;를 포함하며, 상기 통합 제어부는, 상기 조류 발전부에서 발생된 전력 또는 상기 소수력 발전부에서 발생된 전력을 데이터 센터로 공급하는 것을 특징으로 한다.

Description

조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템{ELECTRIC POWER AND COOLING WATER SUPPLY SYSTEM OF DATA CENTER USING TIDAL CURRENT AND PUMPING-UP POWER GENERATION SYSTEM}
본 발명은, 조류(潮流, tidal current)와 양수(揚水)에 의해 얻어진 에너지를 이용하여 데이터 센터로 가동전력을 공급하고, 더불어, 데이터 센터에서 발생되는 발열을 냉각시킬 수 있도록 구성된 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템에 관한 것이다.
데이터 센터는 서버를 적게는 수백 대, 많게는 수만 대 운영하여 각종 데이터를 모아두는 시설이라 할 수 있으며, 주로 IT 업계에서 고객과 기업 정보를 보관하는데 사용된다.
현재에는, 모바일 기기, 소셜네트워킹서비스(SNS) 등의 활성화로 데이터가 폭증함에 따라 데이터 센터를 신축하는 기업이 늘어나고 있다.
하지만, 데이터 센터는 전기 사용량이 많은 데다 항시 가동되어야 하기 때문에, '전기 먹는 하마'라 불리고 있다. 그 예로, 우리나라에 설치된 전국 100여 곳에 이르는 데이터 센터의 전력 사용량은 연간 20억 킬로와트시에 달하며, 이 전력량은 산업용 전력 사용량의 7~8퍼센트를 차지하는 수치다. 특히, 데이터 센터의 서버와 스토리지, 네트워크 장비에서 발생하는 뜨거운 열기를 식히는데 많은 전력이 사용되고 있다.
따라서, 데이터 센터를 운영하는 데 사용되는 에너지를 절감하는 것이 현재 큰 관심사라 할 수 있으며, 현재 데이터 센터에서 사용되는 에너지를 줄이기 위한 다양한 아이디어와 기술이 개발 및 적용되고 있다.
그 예로, '구글'에서 사용중인 데이터 센터는 핀란드에 설치되어 있으며, 데이터 센터의 냉각을 위해서 차가운 바닷물을 이용하고 있다. 또 다른 예로, '페이스북'의 데이터 센터는 스웨덴에 설치되어 있으며, 데이터 센터의 냉각을 위해 외부 공기를 이용하고 있다. 즉, 데이터 센터의 핵심 장비인 서버에서 발생되는 열을 식히기 위하여 추운 지역에 데이터 센터를 마련하는 방식이 사용되고 있다.
또한, 태양광이나 풍력과 같은 친환경에너지를 이용하여 데이터 센터로 구동전력과 냉각전력을 공급하는 방식도 현재 사용되고 있다. 즉, 태양광 발전이나 풍력 발전을 이용하여 데이터 센터에서 사용되는 전력을 공급하는 방식이 사용되고 있다.
하지만, 친환경에너지를 이용한 전력 공급방식은, 대부분 구성이 복잡하고 초기 설치비용도 높을 뿐만 아니라 에너지 효율도 낮아 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
그 예로, 풍력 발전이나 태양광 발전은, 바람이 불지 않거나 태양이 없는 밤, 흐린날씨, 우천, 강설시에는 정상 발전할 수 없는 등의 문제점이 있으며, 특히, 풍력발전의 경우 소음이 발생된 뿐만 아니라 바람의 이동을 변경시키거나 혼란시켜 주변 동/식물에 여러가지 나쁜 영향을 주는 단점이 있다.
그리고, 태양광이나 풍력을 이용한 전력 공급방식은, 데이터 센터로 일정한 전력을 공급할 수 없기 때문에, 데이터 센터를 정상 가동하기 위한 별도의 전력 공급원과 함께 사용되거나, 또는, 납축전지와 같은 ESS(Energy Saving Storage) 시스템과 연계되어 사용될 수밖에 없다.
따라서, 날씨와 같은 환경요소에 밀접한 영향을 받아 발전되는 방식은, 비용적 측면이나 에너지 효율성 등을 고려하였을 때, 데이터 센터에 전력을 공급하는 수단으로 사용되기에는 장점보다는 단점이 더 많다고 할 수 있다.
한편, 바다에서는 달과 태양의 인력으로 인해 해수면의 높이가 변하는 조석현상이 일어난다. 이런 조석현상에 따라 바닷물이 이동하는 조류(潮流, tidal current)가 발생되며, 이 조류의 자연적인 흐름으로 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 조류발전이 있다.
조류발전은 조류의 자연적인 흐름으로 수차발전기를 회전시켜 전기를 생산한다. 이는 운동에너지를 회전에너지를 변환하여 터빈을 돌린다는 점에서 원리상 풍력발전과 유사하지만 밀도를 비교했을 때 해수가 공기보다 약840배 정도 크므로, 풍력발전에 비하여 에너지 밀도가 높은 장점이 있다.
또한, 조류발전은, 태양광 발전이나 풍력발전과는 다르게 날씨에 영향을 덜 받기 때문에, 태양광 발전이나 풍력발전에 비하여 발전량을 예측할 수 있다는 장점이 있으며, 이에 따라 전력 수요의 변화에 대응할 수 있는 장점도 있다.
하지만, 조류발전도, 결국 자연의 영향을 받기 때문에, 지속적인 발전량을 유지하지 못하는 관계로 인하여 전력 수요의 변화에 능동적으로 대처하기 위한 발전량을 지속적으로 생산하는데는 한계가 있다. 즉, 조수 간만의 차가 큰 시간대와 작은 시간대에에서 서로 다른량의 전기 에너지를 생산하기 때문에 데이터 센터로 일정량의 전력을 공급하지 못하는 단점이 있다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 공개특허 제10-2018-0117424호의'에너지 절약형 인터넷 데이터 센터 공조 시스템'이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시간이나 날씨 변동에 따른 전기 에너지 발전량에 구애받지 않고, 더불어, ESS(Energy Saving Storage) 시스템을 사용하지 않고도 지속적으로 균일한 발전량을 확보하여 데이터 센터의 가동을 위한 에너지와 냉각을 위한 에너지를 안정적으로 공급할 수 있는 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 데이터 센터에서 발생되는 열을 해수를 이용하여 냉각시킬 수 있도록 구성된 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 데이터 센터; 및 연안에 마련되어 상기 데이터 센터의 운영을 위한 전력 및 발열 온도를 낮추기 위한 양수(揚水)를 공급하는 공급시설;을 포함하며, 상기 공급시설은 해수를 이용하여 상기 데이터 센터로 전력을 공급하는 발전장치; 및 상기 데이터 센터의 냉각을 위한 양수를 공급하는 양수장치;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양수장치에 의해 상기 데이터 센터로 공급되는 양수는 해수인 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 해수는 상기 데이터 센터로 공급된 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수의 온도를 낮출 수 있다.
또한, 상기 데이터 센터로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부의 냉각수 순환라인 및 상기 해수가 이동되는 해수 공급라인과 각각 연결되는 열교환부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급시설의 발전장치와 양수장치는 서로 연동되어 사용될 수 있다.
또한, 상기 공급시설의 발전장치는, 조류력에 의해 구동되어 전기 에너지를 발생시키는 조류 발전부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양수장치는, 상기 조류 발전부에 의해 발생된 전기 에너지를 이용하여 해수를 상부로 끌어올리는 양수용 펌프;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급시설의 발전장치는, 상기 양수용 펌프에 의해 이송된 해수가 저장되는 저장부; 상기 저장부에서 이송되는 해수에 의해 전기 에너지를 발생시키는 소수력 발전부; 및 상기 조류 발전부와 상기 양수용 펌프 및 상기 소수력 발전부를 제어하는 통합 제어부;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어부는, 상기 조류 발전부에서 발생된 전력 또는 상기 소수력 발전부에서 발생된 전력을 상기 데이터 센터로 공급할 수 있다.
또한, 상기 열교환부는 상기 양수용 펌프와 상기 저장부를 서로 연결하는 해수 공급라인과 연결되거나, 또는, 상기 저장부와 상기 소수력 발전부를 서로 연결하는 해수 공급라인과 연결될 수 있다.
또한, 상기 통합 제어부는, 상기 조류 발전부의 발전량이 기준 전력량을 초과하면 상기 양수용 펌프를 가동시키고, 상기 조류 발전부의 발전량에 대응하여 상기 소수력 발전부의 발전량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 기준 전력량은 상기 조류 발전부의 최대 발전량보다는 작고 상기 데이터 센터로 공급되어야 할 공급 전력량과는 동일하거나 작은 값으로 설정될 수 있다.
또한, 상기 소수력 발전부의 발전량은 상기 조류 발전부의 발전량에 대응하여 조절될 수 있다.
또한, 상기 소수력 발전부는, 상기 공급 전력량에 미달되는 상기 조류 발전부의 발전량에 부가되어 상기 공급 전력량을 충족하도록 전력을 생산할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어부는, 상기 조류 발전부의 발전량을 실시간으로 모니터링하여 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량과 비교 분석하는 제1모니터링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어부는, 상기 저장부에 저장된 해수의 양을 감지하는 제2모니터링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 조류 발전부에서 생산된 전력 모두는 상기 양수용 펌프만을 가동시키는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템은, 지속적으로 발전이 가능하면서도 시간에 따른 발전량이 예측 가능한 조류 발전부와 이 조류 발전부에서 발생된 전력으로 가동되는 소수력 발전부를 복합적으로 이용하여 데이터 센터로 일정한 공급 전력량을 안정적으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템은, 조류 발전부의 발전량이 기준 전력량을 초과하는 경우에 발생되는 잉여 전력으로 소수력 발전부를 가동시킬 수 있는 해수를 저장하는데 사용하므로, 납축전지를 이용한 별도의 ESS(Energy Saving Storage) 시스템을 요구하지 않고도 데이터 센터로 공급 전력량을 지속적으로 공급할 수 있도록 하며, 이에 따라, ESS 시스템을 사용하는데 있어서 소모되는 설치비용, 유지 및 관리비용을 줄일 수 있고 또한, 환경오염도 예방할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템은, 데이터 센터의 발열 온도를 낮추기 위하여 사용되는 냉각수의 온도를 해수를 이용하여 낮추는 구성을 가지므로, 냉각수를 재 냉각시키는데 소비되는 시간이나 전력의 낭비를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템은, 친환경적이면서 지속적으로 발전 가능한 조류/양수 에너지를 이용하여 데이터 센터의 가동 전력과 냉각을 위한 전력을 공급하므로, 데이터 센터를 운영하는데 소비되는 비용 및 전력이 줄어들고, 환경오염도 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 발전장치와 양수장치의 실시예를 좀더 세부적으로 보여주는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템의 구성을 보여주는 블럭도.
도 4는 시간에 따른 조류의 유속 변화를 벡터량으로 보여주는 그래프.
도 5는 조류 발전부의 발전량이 기준 전력량을 초과하였을 때 양수용 펌프를 작동시킨 상태를 보여주는 블럭도.
도 6는 조류 발전부의 발전량이 기준 전력량 또는 공급 전력량에 미달되었을 때 저장부를 개방시켜 소수력 발전부를 가동시킨 상태를 보여주는 블럭도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환부가 양수용 펌프와 저장부 사이에 배치되어 해수 공급라인과 연결된 상태를 보여주는 블럭도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환부가 저장부와 소수력 발전부 사이에 배치되어 해수 공급라인과 연결된 상태를 보여주는 블럭도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템이 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템은, 축전지 시스템을 사용하지 않고도 기 설정된 전력량을 데이터 센터에 지속적으로 공급하여 데이터 센터가 항시 가동될 수 있도록 함과 동시에 데이터 센터의 발열 온도도 낮추는데 특징이 있다고 할 수 있다.
위와 같은 특징을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터 센터(C); 및 상기 데이터 센터(C)의 운영을 위한 전력과 발열 온도를 낮추기 위한 양수(揚水)를 공급하는 공급시설(10);을 크게 포함할 수 있다.
상기 데이터 센터(C)는, 연안 또는 연안과 근접하게 배치된 육지에 마련될 수 있다. 더불어, 상기 공급시설(10)도 연안 또는 연안과 근접하게 배치된 육지에 마련될 수 있다.
상기 공급시설(10)은, 해수의 유동을 이용하여 상기 데이터 센터(C)로 전력을 공급하는 발전장치(11); 및 상기 데이터 센터(C)의 냉각을 위한 양수를 공급하는 양수장치(12);를 포함할 수 있다.
상기 공급시설(10)의 발전장치(11)는, 예컨대, 조력, 조류, 파력 등과 같이 해수의 유동을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전장치라 할 수 있다.
그리고, 상기 공급시설(10)의 양수장치(12)는, 전술한 바와 같이, 상기 데이터 센터(C)의 가동에 의해 발생되는 발열 온도를 낮추기 위한 양수(揚水)를 공급하는 장치라 할 수 있다. 여기서, 상기 양수장치(12)에 의해 공급되는 양수는 해수라 할 수 있으며, 이 해수는 상기 데이터 센터(C)에 직접적으로 공급되는 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수의 온도를 낮출 수 있다.
따라서, 상기 공급시설(10)은 상기 양수장치(12)에 의해 공급되는 해수와 상기 데이터 센터(C)로 공급되는 냉각수를 서로 열교환하는 열교환부(240, 도 7 및 도 8참조)를 더 포함할 수 있으며, 이 열교환부(240)는 하기에서 좀더 구체적으로 설명된다.
한편, 상기 공급시설(10)의 발전장치(11)와 양수장치(12)는 서로 연동되어 사용될 수 있으며, 이하에서는, 이러한 상기 공급시설(10)을 구성하는 발전장치(11)와 양수장치(12)의 실시예가 도 2 내지 도 8을 참조하여 구체적으로 설명된다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)은, 조류력에 의해 구동되어 전기 에너지를 발생시키는 조류 발전부(110); 상기 조류 발전부(110)에 의해 발생된 전기 에너지를 이용하여 해수를 상부로 끌어올리는 양수용 펌프(130); 상기 양수용 펌프에 의해 이송된 해수가 저장되는 저장부(150); 상기 저장부(150)에서 이송되는 해수에 의해 전기 에너지를 발생시키는 소수력 발전부(170); 상기 조류 발전부와 상기 양수용 펌프 및 상기 소수력 발전부를 제어하여 상기 조류 발전부(110)에서 발생된 전력 또는 상기 소수력 발전부(170)에서 발생된 전력을 상기 데이터 센터(C)로 공급하는 통합 제어부(200);를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 조류 발전부(110), 상기 저장부(150), 상기 소수력 발전부(170) 및 상기 통합 제어부(200)는, 상기 공급시설(10)의 발전장치(11)라 할 수 있고, 상기 양수용 펌프(130)는 상기 공급시설(10)의 양수장치(12)라 할 수 있다.
이와 같이, 상기 공급시설(10)의 발전장치(11)와 양수장치(12)가 서로 유기적으로 연결되어 상기 데이터 센터(C)의 운영을 위한 일정한 전력을 공급하고, 더불어, 데이터 센터(C)의 냉각을 위한 해수를 공급할 수 있다.
먼저, 상기 조류 발전부(110)는, 조석간만의 차이로 인하여 빠른 조류(潮流)가 빠른 해안가에 설치될 수 있으며, 특히 육지와 섬 사이에 형성되는 좁은 해협에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 전남 진도군과 해남구 사이의 울돌목(명량해협)과 같이 해수의 흐름이 빠른 해협에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조류 발전부(110)는, 조류에 의해 회전되는 발전용 터빈을 포함하여 구성될 수 있으며, 이 발전용 터빈은 해협의 해저면에 설치되거나 또는 해협의 수중에 설치될 수 있다. 참고로, 발전용 터빈이 해협의 수중에 설치될 경우에는 별도의 지지 구조물에 의해 지지될 수 있다.
상기 조류 발전부(110)의 발전용 터빈에 의해 생산된 전기는 후술할 통합 제어부(200)에 의해 데이터 센터(C)로 공급되거나 또는 양수용 펌프(130)를 가동시키는데 사용될 수 있다.
상기 양수용 펌프(130)는 상기 통합 제어부(200)에 의해 제어되어 해수를 저장부(150)로 전달하는 역할을 하며, 조류 발전부(110)가 설치된 위치 상에서 해안가 측으로 치우쳐 설치될 수 있다.
상기 저장부(150)는, 상기 조류 발전부(110) 또는 상기 소수력 발전부(170)보다 높은 해발고도에 배치될 수 있다. 즉, 상기 저장부(150)는 해수면보다 고도가 높은 산 등 육지의 돌출 지형에 마련될 수 있다.
여기서, 상기 저장부(150)는 저수지의 형태로 구현될 수도 있으나, 저수지나 댐을 건설하기 위한 부지확보, 건설비용, 환경오염 등을 고려하였을 때 해수를 저장하기 위한 수단으로 저렴한 저수조와 같은 구조물로 구현될 수도 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이서 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)의 목적 중, 전술한 바와 같이 데이터 센터(C)에 항시 일정한 전력을 공급하는데 목적을 고려할 경우, 해수가 저장되는 저장부(150)를 규모가 큰 저수지로 형태로 구현할 필요성이 높지 않다.
따라서, 상기 저장부(150)는, 해수가 저장될 수 있는 저수탱크(저수조)나 강수(降水)도 포집할 수 있는 상부가 개방된 수영장의 형태로 구현되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 저장부(150)가 상부가 개방된 수영장의 형태로 구현되었을 경우에는, 전술한 바와 같이, 강수량이 많은 지역에서는 강수 포집도 가능하기 때문에 양수용 펌프(130)의 가동시간을 줄여 전력의 소모도 줄일 수도 있다.
상기 소수력 발전부(170)는, 상기 저장부(150)에서 떨어지는 해수를 이용하여 회전되는 발전용 터빈을 포함하여 구성될 수 있으며, 이 발전용 터빈에 의해 생산된 전기는 상기 통합 제어부(200)에 의해 상기 데이터 센터(C)로 공급될 수 있다.
한편, 상기 조류 발전부(110)와 상기 저장부(150) 사이에는 경사형의 해수 공급라인(L1)이 마련될 수 있다. 이 해수 공급라인(L1)은 양수용 펌프(130)에 의해 이송되는 해수를 저장부(150)로 전달하는 수로 역할을 하며, 그 길이방향 일단은 양수용 펌프(130)와 연통 가능하게 연결되고 그 길이방향 타단은 상향으로 연장되어 저장부(150)와 연통 가능하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 저장부(150)와 상기 소수력 발전부(170) 사이에도 해수 공급라인 (L2)이 마련될 수 있다. 이 해수 공급라인(L2)은 저장부(150)에서 배출되는 해수를 소수력 발전부(170)로 전달하는 수로 역할을 하며, 그 길이방향 일단은 저장부(150)와 연통 가능하게 연결되고 그 길이방향 타단은 하향으로 연장되어 소수력 발전부(170)와 연통 가능하게 연결될 수 있다.
그리고, 상기 저장부(150)의 일측에는 상기 양수용 펌프(130)에 의해 이송된 해수를 정화시키는 정화조(180, 도2참조)가 마련될 수 있다. 일반적으로 조류가 빠른 해협의 저부에는 침식작용에 의해 모래가 퇴적되어 있기 때문에 저장부(150)로 이송된 해수에는 모래 및 다양한 이물질이 포함되어 있다. 따라서, 이물질들을 포함한 해수가 상기 소수력 발전부(170)로 전달되면 발전 설비의 작동 및 관리에 좋지 않은 영향을 주기 때문에 해수가 저장부(150)로 이송되기 이전에 정화조(180)를 이용하여 이물질을 침전 시키는 등의 방식으로 해수를 정화처리하는 것이 바람직하다.
상기 통합 제어부(200)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 기준 전력량을 초과하면 상기 양수용 펌프(130)를 작동시켜 상기 저장부(150)로 해수가 이송되도록 할 수 있다.
여기서, 기준 전력량이란 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 공급 전력량과는 다른 개념이라 할 수 있으며, 상기 조류 발전부(110)의 최대 발전량보다는 작고 상기 공급 전력량과는 동일하거나 작은 값으로 설정될 수 있다. 예를 들면, 상기 조류 발전부(110)의 최대 발전량이 200kw라고 하였을 때 상기 기준 전력량은 100kw로 설정될 수 있고, 이때, 상기 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 전력 공급량은 100kw~150kw 일 수 있다.
따라서, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 공급 전력량이 100kw라고 가정하였을 때, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 100kw를 초과하는 시간대에서는 상기 양수용 펌프(130)를 제어하여 상기 소수력 발전부(170)를 가동시키기 위한 해수가 상기 저장부(150)로 이송되도록 한다.
참고로, 상기 통합 제어부(200)에는 시간대에 따른 상기 조류 발전부(110)의 발전량 데이터가 저장되어 있음은 물론이며, 이 발전량 데이터는 조류 발전부(110)가 설치된 해협에서 일정 주기를 가지고서 발생되는 조류(도 4참조)를 바탕으로 생성되었기 때문에 정확도 및 신뢰도가 높다고 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)은, 상기 조류 발전부(110)에서 발전된 전력 중에서 기준 전력량을 넘어서는 잉여 전력이 발생되는 시간대에 상기 잉여 전력을 별도의 축전지에 저장하는 것이 아니라 양수용 펌프(130)를 가동시키기 위한 수단으로 사용하여 상기 소수력 발전부(170)를 가동시키는 해수를 상기 저장부(150)에 저장하는 것에 특징이 있다고 할 수 있다.
다시 말해, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 조류 발전부(110)의 시간대에 따른 발전량 중에서 잉여 전력이 발생되는 시간대(기준 전력량을 초과하는 시간대)에 상기 양수용 펌프(130)를 가동시킨다고 할 수 있다.
한편, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 기준 전력량인 100kw에 미달되면, 상기 저장부(150)에 저장된 해수를 상기 소수력 발전부(170)를 향해 이송시켜 상기 소수력 발전부(170)가 발전되도록 할 수 있다.
즉, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 기준 전력량이 100kw이고, 또한, 상기 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 공급 전력량도 100kw라고 가정하였을 때, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 100kw에 미달되는 시간대에서는 상기 소수력 발전부(170)가 가동되도록 하여 상기 조류 발전부(110)에서 상기 데이터 센터(C)로 공급되야 할 전력량 중에서 부족한 전력량을 상기 소수력 발전부(170)가 공급할 수 있도록 한다. 예를 들면, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 80kw인 시점에서는 상기 소수력 발전부(170)를 가동시켜 상기 공급 전력량인 100kw를 채울 수 있는 20kw의 전력이 생산될 수 있도록 한다.
이런 의미에서, 상기 소수력 발전부(170)는 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 기준 전력량에 미달되는 경우 상기 데이터 센터(C)로 일정한 공급 전력량을 공급할 수 있도록 사용되는 부가 발전수단이라 할 수 있다.
위와 같이, 상기 소수력 발전부(170)의 발전량은 상기 조류 발전부(110)의 발전량을 기초로 하여 설정될 수 있다. 즉, 상기 소수력 발전부(170)가 가동되기 위하여 상기 저장부(150)에서 상기 소수력 발전부(170)로 이송되는 해수의 양, 이에 따른 상기 소수력 발전부(170)의 가동시간은 상기 조류 발전부(110)의 시간에 따른 발전량을 기초로 상기 통합 제어부(200)에 의하여 제어될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 공급 전력량이 상기 기준 전력량보다 큰 경우에는, 상기 소수력 발전부(170)의 가동시기가 빨라질 수 있고, 더불어, 가동시간이 길어질 수 있다. 따라서, 상기 데이터 센터(C)로 공급되어야 할 공급 전력량이 커진 경우라 할지라도 상기 데이터 센터(C)로 일정한 공급 전력량을 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 조류 발전부(110)의 기준 전력량이 100kw이고, 상기 데이터 센터(C)에 공급할 공급 전력량이 150kw로 설정된 경우에, 조류 발전부(110)의 발전량이 상승하다 100kw된 시점부터는 소수력 발전부(170)는 50kw의 일정한 발전량을 가지도록 제어되고, 조류 발전부(110)의 발전량이 하강하다 100kw가 된 시점부터는, 다음 기준 전력량에 이를 때 까지 소수력 발전부(170)의 발전량은 50kw ~150kw의 범위에서 전체 공급전력량이 150kw로 일정하게 유지되도록 조절된다.
참고로, 상기 데이터 센터(C)는, 해안가 주변에 설치되어 상기 조류 발전부(110)에서 발생된 전력 또는 상기 소수력 발전부(170)에서 발생된 전력을 공급받을 수 있다.
그리고, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량을 실시간으로 모니터링하는 센싱 방식으로 상기 양수용 펌프(130) 또는 상기 소수력 발전부(170)를 제어할 수 있다.
상기 통합 제어부(200)는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 조류의 유속에 따른 상기 조류 발전부(110)의 발전량을 실시간으로 모니터링하고, 더불어, 이 발전량을 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량과 비교 분석하는 제1모니터링부(210)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1모니터링부(210)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량을 초과하는지 또는 미달되는지 실시간으로 감지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 통합 제어부(200)는 상기 제1모니터링부(210)에서 감지된 결과 값을 기초로 상기 양수용 펌프(130)를 제어할 수 있다.
예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1모니터링부(210)에서 감지된 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량을 초과하면, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 양수용 펌프(130)를 작동시켜 해수가 상기 저장부(150)로 이송되도록 한다. 조류의 유속이 빠른 시간대에서는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량을 초과하여 상기 양수용 펌프(130)를 가동시킬 수 있는 잉여 전력이 발생된다. 따라서, 상기 통합제어부(200)는 잉여 전력으로 상기 양수용 펌프(130)를 작동시켜 상기 소수력 발전부(170)를 가동시키기 위한 해수가 상기 저장부(150)에 저장되도록 할 수 있다.
반면에, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1모니터링부(210)에서 감지된 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량에 미달되면, 상기 통합 제어부(200)는 상기 저장부(150)에 저장된 해수를 상기 소수력 발전부(170)로 방출시켜 상기 소수력 발전부(170)가 발전되도록 한다. 예컨대, 조류의 유속이 느린 시간대에서는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량에 미달되는 경우가 발생된다.
이에 따라, 상기 소수력 발전부(170)에서 발전된 전력과 상기 조류 발전부(110)에서 발전된 전력이 더해져 상기 데이터 센터(C)로 공급될 수 있다.
다시 말해, 상기 제1모니터링부(210)는, 상기 조류 발전부(110)의 발전량과 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량을 실시간으로 비교 분석하여 잉여 전력의 발생 여부를 판단하기 위한 구성요소라 할 수 있으며, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 제1모니터링부(210)의 판단 결과에 따라서 상기 양수용 펌프(130) 및 상기 저장부(150)의 수로 개폐시스템(미도시)을 제어할 수 있다.
참고로, 제1모니터링부(210)에 의해서 상기 조류 발전부(110)의 발전량을 실시간으로 체크하여 상기 양수용 펌프(130) 또는 상기 소수력 발전부(170)를 제어하는 센싱방식은, 시간대에 따른 조류력을 이미 판단하여 상기 양수용 펌프(130) 또는 상기 소수력 발전부(170)를 제어하는 타이머 방식보다 데이터 센터(C)로 공급 전력량을 안정적이고 높은 정확도로 공급할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 저장부(150)에 저장된 해수의 양을 감지하는 제2모니터링부(220)를 더 포함할 수 있다.
따라서, 상기 통합 제어부(200)는 상기 제2모니터링부(220)에 의한 감지 결과에 따라서 상기 소수력 발전부(170)의 발전량을 예측하고, 더불어, 상기 양수용 펌프(130)의 가동여부도 판단할 수 있다.
예컨대, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 저장부(150)에 상기 소수력 발전부(170)를 가동시킬 충분한 양의 해수가 저장되어 있음에도 불구하고 상기 조류 발전부(110)의 발전량이 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량을 초과하는 경우, 상기 양수용 펌프(130)가 불필요하게 작동되지 않도록 하여 전력이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 통합 제어부(200)는, 상기 제2모니터링부(220)에서 실시간으로 전달된 저수량 데이터를 기초로 상기 소수력 발전부(170)의 발전량을 예측할 수 있고, 더불어 상기 양수용 펌프(130)를 작동시키거나 정지시킬 수도 있다.
한편, 상기 데이터 센터(C)의 발열 온도를 낮추기 위해서 상기 데이터 센터(C)로 냉각수가 공급되는바, 이 냉각수는 전술한 바와 같이 상기 양수장치(12)의 실시예엔 상기 양수용 펌프(13)에 의해 이동되는 해수와 열교환 될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 데이터 센터(C)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부(230); 및 냉각수 순환라인(231) 및 해수 공급라인(L1, L2)과 각각 연결되어 상기 데이터 센터(C)를 경유한 냉각수의 온도를 낮추는 열교환부(240);를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각수 공급부(230)는, 상기 통합 제어부(200)로부터 전력을 전달받아 가동되어 상기 데이터 센터(C)로 냉각수를 공급할 수 있다. 다시 말해, 상기 냉각수 공급부(230)는, 상기 조류 발전부(110)에 의해 발전된 전기 에너지 또는 상기 소수력 발전부(170)에 의해 발전된 전기 에너지를 이용하여 가동될 수 있다.
상기 냉각수 공급부(230)와 상기 데이터 센터(C)는, 냉각수 순환라인(231)에 의해 연결되는바, 상기 냉각수 공급부(230)로부터 공급된 냉각수는 상기 데이터 센터(C)로 공급되어 발열 온도를 낮춘 뒤 다시 냉각수 공급부(230)로 이동될 수 있다.
상기 열교환부(240)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 양수용 펌프(130)와 상기 저장부(150)를 서로 연결하는 해수 공급라인(L1)과 연결되거나, 또는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 저장부(150)와 상기 소수력 발전부(170)를 서로 연결하는 해수 공급라인(L2)과 연결될 수 있다.
즉, 상기 양수용 펌프(110)에 의해 상기 저장부(150)로 이동되는 해수가 상기 열교환부(240)를 경유하거나, 또는, 상기 저장부(150)에서 상기 소수력 발전부(170)로 이동되는 해수가 상기 열교환부(240)를 경유할 수 있다.
이에 따라, 상기 열교환부(240)가 배치된 지점에서는, 상기 냉각수 공급부(230)에서 공급되어 상기 데이터 센터(C)를 경유한 냉각수와 상기 해수 공급라인(L1, L2)을 따라 이동되는 해수가 서로 열교환 될 수 있으며, 이때, 상기 데이터 센터(C)를 경유한 냉각수는 해수에 의해 온도가 낮아 진채로 상기 냉각수 공급부(230)로 이동될 수 있다.
좀더 구체적으로 설명하면, 상기 데이터 센터(C)의 발열 온도를 낮추고 순환되는 냉각수의 온도는, 상기 데이터 센터(C)로 최초 공급될 시기의 온도보다 높을 수밖에 없다.
따라서, 상기 데이터 센터(C)로 공급된 냉각수는, 상기 냉각수 순환라인(231)에 의해 상기 냉각수 공급부(230)로 이동되어, 공지의 냉각장치들에 의하여 상기 데이터 센터(C)의 발열 온도를 낮출 수 있는 온도를 가지도록 냉각될 필요성이 있다.
하지만, 상기 데이터 센터(C)의 발열 온도에 의해 온도가 높아진 냉각수를 다시 냉각시키는데 요구되는 시간이나 전력의 소모가 큰 단점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템(100)은, 해수 공급라인(L1, L2)을 따라 이동되는 차가운 해수와 상기 데이터 센터(C)를 경유한 냉각수가 서로 열교환되도록 열교환부(240)를 마련하여, 상기 냉각수 공급부(230)에서 냉각수를 다시 냉각시키기 위한 시간이나 전력의 소모를 줄일 수 있다.
참고로, 상기 열교환부(240) 및 상기 냉각수 공급부(230)는, 공지의 다양한 열교환장치 및 냉각수 공급장치 의해 구현될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 발명의 요지가 모호해지지 않도록 하기 위하여 그 구체적인 구성설명이 생략된다.
또한, 상기 열교환부(240)가, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 저장부(150)와 상기 소수력 발전부(170)를 서로 연결하는 해수 공급라인(L2)에 연결되도록 배치되면, 상기 해수 공급라인(L2)을 따라서 중력에 의해 자연적으로 이동되는 해수를 공급받을 수 있으므로, 상기 열교환부(240)로 해수를 공급하기 위한 별도의 전력이 요구치 않아 전력의 소모를 줄일 수 있는 장점도 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명의 제1실시예에서는, 데이터 센터(C)로 상기 조류 발전부(110)에서 생산되는 전력을 기초로하여 상황에 따라 상기 소수력 발전부(170)에서 생산되는 전력을 공급하는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이를 테면, 제2실시예로 상기 조류 발전부(110)에서 생산되는 전력 모두를 상기 양수용 펌프(130)를 가동시키기 위한 목적으로만 사용하고, 상기 소수력 발전부(170)에서 생산되는 전력 모두를 상기 데이터 센터(C)로 공급하는데만 사용할 수도 있다.
위와 같이 조류 발전부(110)에서 생산되는 전력을 오로지 양수용으로만 사용하여 상기 소수력 발전부(170)에서 생산되는 전력 모두를 상기 데이터 센터(C)로 공급하는 경우는, 실질적으로 전술한 제1실시예보다 에너지 효율이 떨어질 수 있으나, 상기 조류 발전부(110) 또는 상기 소수력 발전부(170)가 설치되는 지리적 환경이나 공사 비용 등 다양한 요인 등을 고려하여 선택될 수 있는 제2실시예라 할 수 있다. 그리고, 제2실시예가 적용되는 바람직한 경우는 상기 데이터 센터(C)가 또 다른 발전부로부터 주요 전력을 공급받는 경우일 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 조류/양수 발전 시스템을 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템
110 : 조류 발전부 130 : 양수용 펌프
150 : 저장부 170 : 소수력 발전부
200 : 통합 제어부 210 : 제1모니터링부
220 : 제2모니터링부 230 : 냉각수 공급부
231 : 냉각수 순환라인 240 : 열교환부
L1, L2 : 해수 공급라인 10 : 공급시설
11 : 발전장치 12 : 양수장치

Claims (17)

  1. 데이터 센터; 및
    연안에 마련되어 상기 데이터 센터의 운영을 위한 전력 및 발열 온도를 낮추기 위한 양수(揚水)를 공급하는 공급시설;을 포함하며,
    상기 공급시설은 해수를 이용하여 상기 데이터 센터로 전력을 공급하는 발전장치; 및
    상기 데이터 센터의 냉각을 위한 양수를 공급하는 양수장치;를 포함하며,
    상기 양수장치에 의해 상기 데이터 센터로 공급되는 양수는 해수이고,
    상기 해수는 상기 데이터 센터로 공급된 냉각수와 열교환되어 상기 냉각수의 온도를 낮추고,
    상기 데이터 센터로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급부의 냉각수 순환라인 및 상기 해수가 이동되는 해수 공급라인과 각각 연결되는 열교환부;를 포함하고,
    상기 공급시설의 발전장치와 양수장치는 서로 연동되어 사용되고,
    상기 공급시설의 발전장치는,
    조류력에 의해 구동되어 전기 에너지를 발생시키는 조류 발전부;를 포함하고,
    상기 양수장치는,
    상기 조류 발전부에 의해 발생된 전기 에너지를 이용하여 해수를 상부로 끌어올리는 양수용 펌프;를 포함하고,
    상기 공급시설의 발전장치는,
    상기 양수용 펌프에 의해 이송된 해수가 저장되는 저장부;
    상기 저장부에서 이송되는 해수에 의해 전기 에너지를 발생시키는 소수력 발전부; 및
    상기 조류 발전부와 상기 양수용 펌프 및 상기 소수력 발전부를 제어하는 통합 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는,
    상기 조류 발전부에서 발생된 전력 또는 상기 소수력 발전부에서 발생된 전력을 상기 데이터 센터로 공급하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열교환부는 상기 양수용 펌프와 상기 저장부를 서로 연결하는 해수 공급라인과 연결되거나, 또는, 상기 저장부와 상기 소수력 발전부를 서로 연결하는 해수 공급라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는,
    상기 조류 발전부의 발전량이 기준 전력량을 초과하면 상기 양수용 펌프를 가동시키고,
    상기 조류 발전부의 발전량에 대응하여 상기 소수력 발전부의 발전량을 제어하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 기준 전력량은
    상기 조류 발전부의 최대 발전량보다는 작고 상기 데이터 센터로 공급되어야 할 공급 전력량과는 동일하거나 작은 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 소수력 발전부의 발전량은 상기 조류 발전부의 발전량에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 소수력 발전부는, 상기 공급 전력량에 미달되는 상기 조류 발전부의 발전량에 부가되어 상기 공급 전력량을 충족하도록 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는,
    상기 조류 발전부의 발전량을 실시간으로 모니터링하여 상기 기준 전력량 또는 상기 공급 전력량과 비교 분석하는 제1모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 통합 제어부는,
    상기 저장부에 저장된 해수의 양을 감지하는 제2모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 조류 발전부에서 생산된 전력 모두는 상기 양수용 펌프만을 가동시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템.
KR1020190059467A 2019-05-21 2019-05-21 조류/양수 발전 시스템을 이용한 데이터 센터의 전력 및 냉각수 공급 시스템 KR102125054B1 (ko)

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