KR102290895B1 - 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법 - Google Patents

양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102290895B1
KR102290895B1 KR1020200082312A KR20200082312A KR102290895B1 KR 102290895 B1 KR102290895 B1 KR 102290895B1 KR 1020200082312 A KR1020200082312 A KR 1020200082312A KR 20200082312 A KR20200082312 A KR 20200082312A KR 102290895 B1 KR102290895 B1 KR 102290895B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
seawater
power generation
storage tank
seawater storage
unit
Prior art date
Application number
KR1020200082312A
Other languages
English (en)
Inventor
한관우
김지영
유무성
이호엽
조동호
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020200082312A priority Critical patent/KR102290895B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102290895B1 publication Critical patent/KR102290895B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B21/00—Tying-up; Shifting, towing, or pushing equipment; Anchoring
    • B63B21/50—Anchoring arrangements or methods for special vessels, e.g. for floating drilling platforms or dredgers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/005—Starting, also of pump-turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F03B15/02—Controlling by varying liquid flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/008—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with water energy converters, e.g. a water turbine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/4453—Floating structures carrying electric power plants for converting solar energy into electric energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00—Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B35/44—Floating buildings, stores, drilling platforms, or workshops, e.g. carrying water-oil separating devices
    • B63B2035/4433—Floating structures carrying electric power plants
    • B63B2035/446—Floating structures carrying electric power plants for converting wind energy into electric energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

본 발명은 재생 에너지를 이용한 발전과 양수 발전을 수행하여 발전하는 발전 시스템으로서, 해저에 배치되고, 해수 저장 탱크 내부와 외부의 낙차에 의해 상기 해수 저장탱크 내부로 이동하는 해수를 이용하여 양수 발전하는 복수의 양수 발전 장치; 해수면에 배치된 복수의 풍력 발전 장치; 상기 해수면에 배치된 복수의 태양열 발전 장치; 및 상기 복수의 풍력 발전 장치 및 상기 복수의 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 상기 복수의 양수 발전 장치의 유입 동작 또는 양수 동작을 제어하는 제어 장치를 포함한다.

Description

양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법 { PUMPING-UP POWER GENERATION APPARATUS, POWER GENERATION SYSTEM HAVING THE SAME, AND POWER GENERATION METHOD }
본 발명은 해수를 이용하여 양수 발전하는 양수 발전 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양수 발전 장치를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법에 관한 것이다.
최근, 대규모 해상 풍력 및 수상 태양광 등의 개발이 활발하게 추진되고 있어, 해양에서의 대규모 재생 에너지 단지 연계형 에너지 저장 기술의 수요가 커지고 있다.
대규모의 전력 에너지 저장을 위해서 기존에 활용 중인 기술에는 양수 발전 기술이 있다.
양수 발전은 육지에서 산과 강의 낙차를 이용하여 강의 물을 산 정상의 상류 저수지에 양수 저장하였다가 필요시 방류하여 발전하는 수력식 발전 저장 기술로, 개발 입지에 한계가 있다.
반면, 해수를 이용하는 양수 발전으로는 해안가 고지대에 저수지를 만들어 해수를 양수하여 저장하는 양수 발전이 제시된 바 있으나, 이 역시 적용 가능한 입지가 제한적이며 주변에 미치는 환경 영향이 크기 때문에 상용화에 어려움이 있다.
유럽등에서는 해저 지반에 자중으로 안착시키는 중력식 콘크리트 구체 구조물에 해수의 유입 및 배출을 통해 전력을 저장하는 발전 장치가 개시되어 있다.
그러나, 이와 같은 발전 장치를 국내 해역과 같이 해저 지반이 연약층으로 이루어진 지역에 적용하기에는 어려움이 있다.
또한, 해저에 설치할 때는 하부 지지구조 시공에 시간적 및 경제적인 투자가 소요되며 하부 지지구조가 필요 없는 기존 중력 고정식 해수 양수 에너지 저장 시스템은 자중만으로 부력 및 유체 하중을 견뎌야하기 때문에 시스템의 규모 및 구조에 제약이 발생된다.
따라서, 연약층으로 형성된 해저 지반에 안정적으로 고정되어 설치될 수 있는 발전 장치가 요구된다.
본 발명의 목적은 입지 조건에 영향을 받지 않고 해저 지반에 설치될 수 있는 양수 발전 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 양수 발전 장치를 포함하여 안정적인 전력 공급을 수행할 수 있는 발전 시스템 및 발전 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 양수 발전 장치는, 해저면에 배치되어 해수를 이용하여 양수 발전하는 발전 장치로서, 상기 해수를 저장하는 해수 저장 탱크를 포함하고, 상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부의 낙차에 의해 유입되는 상기 해수를 이용하여 발전하는 발전부; 및 상기 발전부의 하부에 배치되고, 내부에 상기 해저면의 토사와 상기 해수가 유입되며, 음압에 의해 상기 해저면에 관입되어 상기 발전부를 지지하는 고정부를 포함하고, 상기 음압은 상기 고정부 내부로 유입된 해수의 배출에 의해 생성된다.
여기서, 상기 발전부는, 상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부를 연결하여 상기 해수의 낙차가 생성되는 낙차 발생 라인; 상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 상기 해수의 흐름에 따라 회전하는 수차를 이용하여 발전하는 발전기; 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 펌프; 및 상기 낙차 발생 라인을 개폐하는 제1 밸브를 포함한다.
또한, 상기 발전부는, 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부로 공기를 유입하여 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 더 포함한다.
여기서, 상기 압력 조절부는, 상기 공기가 저장되는 공기 저장부; 상기 저장된 공기를 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하는 공조부; 일단이 상기 해수 저장 탱크와 연결되고, 타단이 상기 공기 저장부와 연결되어 상기 공기가 이동하는 공기 이동 라인; 및 상기 공기 이동 라인을 개폐하는 제2 밸브를 포함한다.
또한, 상기 발전부는, 제1 조건에 따라 유입 동작을 수행하고, 상기 유입 동작은, 상기 낙차에 의해 상기 해수가 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 동작이며, 상기 제1 조건은, 상기 해수 저장 탱크에 상기 해수가 기준량 이하 저장되고, 상기 해수 저장 탱크의 내부 압력이 외부 압력보다 낮고, 상기 제1 밸브가 개방된 상태이다.
또한, 상기 발전부는, 제2 조건에 따라 양수 동작을 수행하고, 상기 양수 동작은, 상기 해수 저장 탱크에 저장된 상기 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 동작이며, 상기 제2 조건은, 상기 해수 저장 탱크에 상기 해수가 기준량 이상 저장되고, 상기 해수 저장 탱크의 내부 압력이 외부 압력보다 높으며, 상기 제1 밸브가 개방되고, 상기 펌프에 전원이 인가된 상태이다.
또한, 상기 펌프는, 상기 고정부가 상기 음압에 의해 해저면에 관입되도록, 상기 고정부 내부로 유입된 해수를 상기 고정부 외부로 배출한다.
또한, 상기 고정부는, 하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 상기 해수 및 상기 토사 가 유입되며, 상기 낙차 발생 라인과 연결되고, 내부에 유입된 해수가 상기 펌프에 의해 외부로 배출되는 해수 배출 라인; 및 상기 해수 배출 라인을 개폐하는 제3 밸브를 포함한다.
또한, 상기 고정부는, 하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 상기 해수 및 상기 토사가 유입되는 유입 공간이 형성된 복수의 버킷; 한 쌍의 상기 버켓과 결합되고, 상기 한 쌍의 버켓 각각의 상기 유입 공간을 연결하여 상기 해수가 이동하는 복수의 연결 라인; 일단은 상기 복수의 버킷 중 어느 하나와 연결되고, 타단은 상기 낙차 발생 라인과 연결되며, 상기 유입 공간에 유입된 해수가 상기 유입 공간 외부로 배출되는 해수 배출 라인; 및 상기 해수 배출 라인을 개폐하는 제3 밸브를 포함한다.
또한, 상기 고정부는, 상기 제1 밸브가 폐쇄되고, 상기 제3 밸브가 개방된 상태에서, 상기 펌프가 상기 유입 공간에 유입된 상기 해수를 상기 유입 공간 외부로 배출하여 생성되는 음압에 의해 상기 해저면에 관입된다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 발전 시스템은, 재생 에너지를 이용한 발전과 양수 발전을 수행하여 발전하는 발전 시스템으로서, 해저에 배치되고, 해수 저장 탱크 내부와 외부의 낙차에 의해 상기 해수 저장탱크 내부로 이동하는 해수를 이용하여 양수 발전하는 복수의 양수 발전 장치; 해수면에 배치된 복수의 풍력 발전 장치; 상기 해수면에 배치된 복수의 태양열 발전 장치; 및 상기 복수의 풍력 발전 장치 및 상기 복수의 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 상기 복수의 양수 발전 장치의 유입 동작 또는 양수 동작을 제어하는 제어 장치를 포함하고, 상기 해수 저장 탱크는, 양수 발전에 이용된 해수를 내부에 저장하며, 상기 유입 동작은, 상기 해수가 상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입되는 동작이고, 상기 양수 동작은, 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장탱크 외부로 배출하는 동작이다.
또한, 상기 양수 발전 장치는, 상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부를 연결하여 상기 해수의 낙차가 생성되는 낙차 발생 라인; 상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 상기 해수의 흐름에 따라 회전하는 수차를 이용하여 발전하는 발전기; 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 펌프; 상기 낙차 발생 라인을 개폐하는 제1 밸브; 및 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부로 공기를 유입하여 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함한다.
여기서, 상기 압력 조절부는, 상기 공기가 저장되는 공기 저장부; 상기 저장된 공기를 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하는 공조부; 일단이 상기 해수 저장 탱크와 연결되고, 타단이 상기 공기 저장부와 연결되어 상기 공기가 이동하는 공기 이동 라인; 및 상기 공기 이동 라인을 개폐하는 제2 밸브를 포함한다.
또한, 상기 제어 장치는, 상기 복수의 풍력 발전 장치, 상기 복수의 태양열 발전 장치 및 상기 복수의 양수 발전 장치의 발전량을 측정하는 발전량 측정부; 상기 복수의 양수 발전 장치 내부 및 외부의 압력을 측정하고, 상기 복수의 양수 발전 장치에 저장된 해수의 양을 측정하는 상태 측정부; 및 상기 복수의 풍력 발전 장치 및 상기 복수의 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 상기 복수의 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 측정된 복수의 압력 및 상기 측정된 해수의 양을 이용하여 상기 복수의 양수 발전 장치의 상기 유입 동작 또는 상기 양수 동작을 제어한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 풍력 발전 장치 및 복수의 태양열 발전 장치의 발전량이 기준량 보다 적은 경우, 상기 복수의 양수 발전 장치가 유입 동작을 수행하도록 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 양수 발전 장치의 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 보다 낮게 형성한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 복수의 풍력 발전 장치 및 복수의 태양열 발전 장치의 발전량이 기준량 보다 많은 경우, 잉여 전력을 이용하여 상기 복수의 양수 발전 장치가 양수 동작을 수행하도록 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 제어한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 상기 외부 압력보다 높게 형성하고, 상기 펌프를 구동한다.
또한, 상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치가 상측에 배치되고, 상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치를 해수면에 부유시키는 복수의 부유체를 더 포함한다.
여기서, 상기 복수의 부유체는, 상기 복수의 양수 발전 장치와 결합되어 소정의 이동 범위를 유지하는 복수의 앵커를 포함한다.
또한, 상기 풍력 발전 장치, 상기 태양열 발전 장치 및 상기 양수 발전 장치는 그룹으로 형성되고, 상기 그룹의 상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치에서 생성된 전력 중 잉여 전력은 상기 그룹의 상기 양수 발전 장치에서 사용된다.
또한, 상기 제어 장치는, 복수의 상기 그룹별로 발전량을 측정하고, 상기 발전량에 따라 각각의 상기 양수 발전 장치의 동작을 제어한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 발전 방법은, 재생에너지를 이용한 발전과 양수 발전을 수행하여 발전하는 발전 시스템의 발전 방법으로서, 복수의 양수 발전 장치, 복수의 풍력 발전 장치 및 복수의 태양열 발전 장치를 그룹화하는 단계; 복수의 그룹 각각의 발전량을 측정하는 단계; 상기 복수의 그룹의 각각의 상기 발전량과 기준량을 비교하는 단계; 및 비교 결과에 따라 상기 복수의 그룹 각각의 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 단계는, 상기 발전량이 상기 기준량보다 적은 경우, 상기 해수 저장 탱크 내부에 상기 해수의 존재 유무를 파악하는 단계; 상기 해수 저장 탱크 내부에 상기 해수가 기준량 이하인 경우, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성하는 단계; 및 상기 해수 저장 탱크 내부로 상기 해수를 유입하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성하는 단계는, 상기 해수 저장 탱크 내부 및 외부 압력을 측정하는 단계; 및 상기 해수 저장 탱크 내부 압력이 외부 압력 보다 높은 경우, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력이 외부 압력 보다 낮게 형성될 때까지 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 단계는, 상기 발전량이 상기 기준량보다 많은 경우, 상기 해수 저장 탱크 내부에 상기 해수의 존재 유무를 파악하는 단계; 상기 해수 저장 탱크 내부에 상기 해수가 존재하는 경우, 상기 해수 저장탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 외부 압력 보다 높게 형성하는 단계; 및 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 외부로 배출하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 외부 압력보다 높게 형성하는 단계는, 상기 해수 저장 탱크 내부 및 외부 압력을 측정하는 단계; 및 상기 해수 저장 탱크 내부 압력이 외부 압력보다 낮은 경우, 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 외부 압력보다 높게 형성될 때까지 상기 해수 저장 탱크 내부로 공기를 유입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법에 따르면,
첫째, 음압으로 해저면에 관입되는 고정부에 의해 양수 발전 장치가 해저면의 지반 형태에 영향을 받지 않고 설치될 수 있다.
둘째, 발전부와 고정부가 펌프를 공유하여 구조적인 효율성을 높일 수 있다.
셋째, 풍력 발전 장치 및 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 양수 발전 장치의 동작을 제어하여 발전의 안정성을 높일 수 있다.
넷째, 압력 조절부에 의해 유입 동작 및 양수 동작을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양수 발전 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 양수 발전 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 양수 발전 장치의 개략적인 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 양수 발전 장치의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 양수 발전 장치의 설치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a는 본 발명의 양수 발전 장치의 유입 동작의 수행을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7b는 본 발명의 양수 발전 장치의 양수 동작의 수행을 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제어 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 10a는 도 8에 도시된 양수 발전 장치의 유입 동작을 제어하는 조건을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10b는 도 8에 도시된 양수 발전 장치의 양수 동작을 제어하는 조건을 설명하기 위한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 도 11에 도시된 비교 결과에 따라 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 도 12에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 14는 도 11에 도시된 비교 결과에 따라 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는 도 14에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나 외부 압력 보다 높게 형성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성 요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 양수 발전 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 양수 발전 장치의 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 양수 발전 장치의 개략적인 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 양수 발전 장치(100)에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 양수 발전 장치(100)는 해저면(10)에 배치되어 해수(20)를 이용하여 양수 발전하는 발전 장치이다.
본 발명의 양수 발전 장치(100)는 발전부(110) 및 고정부(120, 130)를 포함한다.
발전부(110)는 해수(20)를 저장하는 해수 저장 탱크(111)를 포함하고, 해수 저장 탱크(111)의 내부와 외부의 낙차에 의해 유입되는 해수(20)를 이용하여 발전한다.
해수 저장 탱크(111)는 돔 형상으로 형성되고, 최소 200m 이상의 해저에 설치될 수 있도록 20bar 이상의 수압을 견딜 수 있는 내구성을 가질 수 있다.
그리고, 발전부(110)는 낙차 발생 라인(112), 발전기(113), 펌프(114), 제1 밸브(115) 및 압력 조절부(116)를 포함한다.
낙차 발생 라인(112)은 해수 저장 탱크(111) 내부와 외부를 연결하여 해수(20)의 낙차가 생성되고, 해수(20)가 이동한다.
발전기(113)는 낙차에 의해 해수 저장 탱크(111)로 유입되는 해수(20)의 흐름에 따라 회전하는 수차를 이용하여 발전하고, 펌프(114)는 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)를 외부로 배출하며, 제1 밸브(115)는 낙차 발생 라인(112)을 개폐한다.
그리고, 압력 조절부(116)는 해수 저장 탱크(111) 내부의 공기를 흡입하거나, 해수 저장 탱크(111) 내부로 공기를 유입하여 해수 저장 탱크(111) 내부의 압력을 조절한다.
압력 조절부(116)는 공기 저장부(116a), 공조부(116b), 공기 이동 라인(116c) 및 제2 밸브(116d)를 포함한다.
공기 저장부(116a)는 공기가 저장되고, 공조부(116b)는 공기 저장부(116a)에 저장된 공기를 해수 저장 탱크(111) 내부로 유입하거나, 해수 저장 탱크(111) 내부의 공기를 흡입한다.
공기 이동 라인(116c)은 일단이 해수 저장 탱크(111)와 연결되고, 타단이 공기 저장부(116a)와 연결되어 공기가 이동하며, 제2 밸브(116d)는 공기 이동 라인(116c)을 개폐한다.
그리고, 발전부(110)는 제1 조건에 따라 유입동작을 수행하고, 제2 조건에 따라 양수 동작을 수행한다.
유입 동작은 낙차에 의해 해수(20)가 해수 저장 탱크(111) 내부로 유입되는 동작이고, 양수 동작은 해수 저장 탱크(111) 내부에 저장된 해수(20)를 해수 저장 탱크(111) 외부로 배출하는 동작이다.
제1 조건은 해수 저장 탱크(111)에 해수(20)가 기준량 이하 저장된 상태이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력보다 낮으며, 제1 밸브(115)가 개방된 상태이다.
제2 조건은 해수 저장 탱크(111)에 해수(20)가 기준량 이상 저장된 상태이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력보다 높으며, 제1 밸브(115)가 개방되고, 펌프(114)에 전원이 인가된 상태이다.
고정부(120)는 발전부(110)의 하부에 배치되고, 내부에 해저면(10)의 토사와 해수(20)가 유입되며, 내부로 유입된 해수(20)의 배출로 인한 음압에 의해 해저면(10)에 관입되어 발전부(110)를 지지한다.
여기서, 고정부(120) 펌프(113)에 해저면(10)에 관입된다. 펌프(113)는 고정부(120)가 음압에 의해 해저면(10)에 관입될 수 있도록, 고정부(120) 내부로 유입된 해수(20)를 외부로 배출한다.
고정부(120)는 하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부(120a)에 해수(20) 및 해저면(10)의 토사가 유입된다.
그리고, 고정부(120)는 해수 배출 라인(121) 및 제3 밸브(122)를 포함하는데, 해수 배출 라인(122)은 낙차 발생 라인(112)과 연결되고, 펌프(114)에 의해 유입 내부로 해수(20)가 외부로 배출된다. 제3 밸브(122)는 해수 배출 라인(121)을 개폐한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치의 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 양수 발전 장치의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)에 대하여 설명한다.
제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)는 제1 실시예의 양수 발전 장치(100)와 고정부(130)에서만 차이를 보이고, 제1 실시예의 양수 발전 장치(100)와 동일한 발전부(110)를 포함하므로 발전부(110)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)의 고정부(130)는 복수의 버킷(131), 복수의 연결 라인(132), 해수 배출 라인(133) 및 제3 밸브(134)를 포함한다.
버킷(131)은 하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 해수(20) 및 해저면(10)의 토사가 유입되는 유입 공간(131a)이 형성된다.
연결 라인(132)은 한 쌍의 버킷(131)과 결합되고, 한 쌍의 버킷(131) 각각의 유입 공간(131a)을 서로 연결하여 해수(20)가 이동한다.
해수 배출 라인(133)은 일단이 복수의 버킷(131) 중 어느 하나와 연결되고, 타단이 낙차 발생 라인(112)과 연결되며, 펌프(114)에 의해 유입 공간(131a)에 유입된 해수(20)가 버킷(131)의 외부로 배출된다. 그리고, 제3 밸브(134)는 해수 배출 라인(133)을 개폐한다.
도 6a 및 도 6b는 양수 발전 장치의 설치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)가 해져면(10)에 고정되는 과정을 설명한다.
먼저, 도 6a에 도시된 것처럼 양수 발전 장치(200)가 설치될 위치에 배치된다.
여기서, 복수의 버킷(131) 내부에 해수(20)가 유입되고, 발전부(110)의 자중(self-load)에 의해 고정부(130)가 해저면(10)에 일부 관입된다.
그리고, 발전부(110)의 제1 밸브(115)가 폐쇄된 상태이고, 제3 밸브(134)가 개방된 상태에서 펌프(114)에 의해 복수의 유입 공간(131a)에 유입된 해수(20)가 외부로 배출되면, 복수의 유입 공간(131a)에 음압의 발생된다.
그러면, 복수의 유입 공간(131a)으로 해저면(10)의 토사가 유입되어 도 5b에 도시된 것처럼 고정부(130)가 해저면(10)에 완전 관입된다.
여기서, 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)를 이용하여 해저면(10)에 관입되는 과정을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 실시예에 따른 양수 발전 장치(100)도 동일한 과정으로 해저면(10)에 관입된다.
도 7a는 본 발명의 양수 발전 장치의 유입 동작의 수행을 설명하기 위한 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 양수 발전 장치의 양수 동작의 수행을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 양수 발전 장치(200)가 유입 동작 및 양수 동작을 수행하는 과정을 설명한다.
도 7a를 참조하여 양수 발전 장치(200)가 유입 동작을 수행하여 발전하는 과정을 설명하면, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부의 압력보다 낮은 상태로 설정되고, 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)가 기준량 이하이면, 낙차 발생 라인(112)으로 해수(20)가 유입될 수 있도록 제1 밸브(115)를 개방한다.
그러면, 낙차 발생 라인(112)으로 유입되는 해수(20)의 이동에 의해 발전부(113)가 발전한다.
여기서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮게 설정되면, 해수 저장 탱크(111) 내부와 외부의 압력 차이에 의해 해수(20)의 유입을 원활하게 할 수 있다.
도 7b를 참조하여 양수 발전 장치(200)가 양수 동작을 수행하는 과정을 설명하면, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부의 압력보다 높은 상태로 설정되고, 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)가 기준량 이상이면, 펌프(114)에 전원을 인가한다.
그리고, 제1 밸브(115)를 개방하면 펌프(114)에 의해 해수 저장 탱크(111) 에 저장된 해수(20)가 낙차 발생 라인(112)을 통해 해수 저장 탱크(111) 외부로 배출된다.
여기서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높게 설정되면, 해수(20)가 해수 저장 탱크(111) 외부로 배출되는 중에 압려차이에 의해 해수(20)가 역류하는 현상을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 9는 본 발명의 제어 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 10a는 도 8에 도시된 양수 발전 장치의 유입 동작을 제어하는 조건을 설명하기 위한 단면도이고, 도 10b는 도 8에 도시된 양수 발전 장치의 양수 동작을 제어하는 조건을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 발전 시스템(1000)은 도 1 및 도 4에 도시된 양수 발전 장치(100, 200)를 포함하고, 재생 에너지를 이용한 발전을 수행하여 발전하는 발전 시스템이다.
설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 양수 발전 장치(100)를 포함하는 본 발명의 발전 시스템(1000) 대하여 설명한다. 그러나, 도 1에 도시된 양수 발전 장치(100)를 포함하는 것에 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시된 양수 발전 장치(200)를 포함할 수 있다.
도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예의 발전 시스템(1000)은 복수의 양수 발전 장치(100), 복수의 풍력 발전 장치(300), 복수의 태양열 발전 장치(400), 복수의 부유체(500) 및 제어 장치(600)를 포함한다.
양수 발전 장치(100)는 해저에 배치되고, 해수 저장 탱크(111) 내부와 외부의 낙차에 의해 해수 저장 탱크(111) 내부로 이동하는 해수(20)를 이용하여 양수 발전한다.
풍력 발전 장치(300)는 해수면에 배치되어 풍력 발전하고, 태양열 발전 장치(400)는 해수면에 배치되어 태양열을 이용하여 발전한다.
부유체(500)는 풍력 발전 장치(300) 및 태양열 발전 장치(400)가 상측에 배치되고, 풍력 발전 장치(300) 및 태양열 발전 장치(400)를 해수면에 부유시킨다.
부유체(500)는 복수의 앵커(510)를 포함한다. 앵커(510)는 복수의 양수 발전 장치(100)와 결합되어 부유체(500)가 소정의 이동 범위 내에서 움직일 수 있도록 부유체(500)를 고정한다.
그리고, 양수 발전 장치(100), 풍력 발전 장치(300) 및 태양열 발전 장치(400)는 하나의 그룹(30)을 형성하고, 그룹(30)의 풍력 발전 장치(300) 및 태양열 발전 장치(400)에서 생성된 전력 중 잉여 전력은 그룹(30)의 양수 발전 장치(100)가 사용한다.
여기서, 잉여 전력의 사용은 필요에 따라 다른 그룹(30)에 포함된 양수 발전 장치(100)로 송전할 수 있다.
제어 장치(600)는 복수의 풍력 발전 장치(300) 및 복수의 태양열 발전 장치(400)의 발전량에 따라 복수의 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
제어 장치(600)는 복수의 그룹(30) 각각 발전량을 측정하고, 그룹(30)의 발전량에 따라 각각의 그룹(30)에 포함된 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
제어 장치(600)는 발전량 측정부(610), 상태 측정부(620) 및 제어부(630)를 포함한다.
발전량 측정부(610)는 복수의 양수 발전 장치(100), 복수의 풍력 발전 장치(300) 및 복수의 태양열 발전 장치(400)의 발전량을 측정하는데, 복수의 그룹(30) 각각에 대한 발전량을 측정한다.
상태 측정부(620)는 복수의 양수 발전 장치(100) 내부 및 외부의 압력을 측정하고, 복수의 양수 발전 장치(100)에 저장된 해수(20)의 양을 측정하한다.
상태 측정부(620)는 복수의 그룹(30) 각각의 양수 발전 장치(100) 내부 및 외부의 압력과 저장되 해수(20)의 양을 각각 측정한다.
제어부(630)는 복수의 풍력 발전 장치(300) 및 복수의 태양열 발전 장치(400)의 발전량에 따라 복수의 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
제어부(630)는 상태 측정부(620)에서 측정된 복수의 압력 및 해수(20)의 양을 이용하여 복수의 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
도 10a 및 도 10b를 참조하여, 제어부(630)가 양수 발전 장치(100)를 제어하는 동작을 설명한다.
도 1, 도 3 및 도 10a를 참조하여 복수의 풍력 발전 장치(300)와 복수의 태양열 발전 장치(400)의 발전량이 기준량보다 적은 경우를 설명한다.
이 경우, 복수의 그룹(30)의 발전량 중 기준량보다 적은 그룹(30)의 양수 발전 장치(100)가 유입 동작을 수행하도록 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
제어부(630)는 상태 측정부(620)에서 측정된 압력 및 저장된 해수(20)의 양을 이용하여 양수 발전 장치(100)의 해수 저장 탱크(111) 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성한다.
유입 동작이 수행되기 위한 조건은, 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이하이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮은 경우이다.
해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이하이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높은 경우, 제어부(630)는 압력 조절부(116)의 공조부(116b)를 제어하여 해수 저장 탱크(111) 내부의 공기를 흡입해 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮게 형성한다.
그리고, 제어부(630)는 제1 밸브(115)를 개방하여 해수 저장 탱크(111)로 해수(20)를 유입한다. 이때, 해수(20)는 해수 저장 탱크(111) 내부와 외부의 압력 차이에 의해 유입된다.
도 10b를 참조하여 복수의 풍력 발전 장치(300)와 복수의 태양열 발전 장치(400)의 발전량이 기준량보다 많은 경우를 설명한다.
이 경우, 복수의 그룹(30)의 발전량 중 기준량보다 많은 그룹(30)의 양수 발전 장치(100)가 양수 동작을 수행하도록 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다.
양수 동작이 수행되기 위한 조건은, 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이상이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높거나 외부 압력과 같은 경우이다.
해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이상이고, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮은 경우, 제어부(630)는 압력 조절부(116)의 공조부(116b)를 제어하여 공기 저장부(116a)에 저장된 공기를 해수 저장 탱크(111) 내부로 유입해 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높거나, 외부 압력과 같게 형성한다.
그리고, 제어부(630)는 잉여 전력을 이용하여 펌프(114)에 전원을 인가하고, 제1 밸브(115)를 개방하여 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)를 외부로 배출한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 도 8에 도시된 발전 시스템(1000)의 발전 방법이다.
도 8, 도 9 및 도 11을 참조하여 본 발명의 해상 풍력 발전 장치의 설치 방법을 설명한다.
복수의 양수 발전 장치(100), 복수의 풍력 발전 장치(300) 및 복수의 태양열 발전 장치(400)를 그룹화 한다(단계 S110).
이후, 제어 장치(600)가 복수의 그룹(30) 각각의 발전량을 측정하고(단계 S120), 복수의 그룹(30) 각각의 발전량과 기준량을 비교한다(단계 S130).
그리고, 단계 S130의 비교 결과에 따라 제어 장치(600)가 복수의 그룹(30) 각각의 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어한다(단계 S140, S150).
여기서, 양수 발전 장치(100)의 동작을 제어하는 과정은, 유입 동작을 제어하는 과정(단계 S140) 및 양수 동작을 제어하는 과정(단계 S150)으로 나뉜다.
도 12는 도 11에 도시된 비교 결과에 따라 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2, 도 9 및 도 12를 참조하여 도 11에 도시된 양수 발전 장치의 유입 동작을 제어하는 과정(단계 S140)에 대하여 설명한다.
단계 S130에서, 그룹(30)의 발전량이 기준량보다 적은 경우, 제어 장치(600)의 상태 측정부(620)는 해수 저장 탱크(111) 내부에 해수(20)의 존재 유무를 파악한다(단계 S141).
해수 저장 탱크(111) 내부에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이하인 경우, 제어부(630)는 해수 저장 탱크(111) 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성한다(단계 S142).
그리고, 제어부(630)는 제1 밸브(115)를 개방하여 낙차 발생 라인(112)을 통해 해수 저장 탱크(111) 내부로 해수(20)를 유입시킨다(단계 S143).
도 13은 도 12에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2, 도 9 및 도 13을 참조하여 도 12에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력 보다 낮게 형성하는 과정(단계 S142)에 대하여 설명한다.
상태 측정부(620)가 해수 저장 탱크(111) 내부 및 외부 압력을 측정한다(단계 S142a).
단계 S142a에서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높은 경우, 제어부(630)는 압력 조절부(116)의 공조부(116b)를 제어하여 해수 저장 탱크(111) 내부의 공기를 흡입한다(단계 S142b).
단계 S142a에서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮은 경우, 단계 S142b를 생략한다.
도 14는 도 11에 도시된 비교 결과에 따라 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2, 도 9 및 도 14를 참조하여 도 11에 도시된 양수 발전 장치의 양수 동작을 제어하는 과정(단계 S150)에 대하여 설명한다.
단계 S130에서, 그룹(30)의 발전량이 기준량보다 많은 경우, 제어 장치(600)의 상태 측정부(620)는 해수 저장 탱크(111) 내부에 해수(20)의 존재 유무를 파악한다(단계 S151).
해수 저장 탱크(111) 내부에 저장된 해수(20)의 양이 기준량 이상인 경우, 제어부(630)는 해수 저장 탱크(111) 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 외부 압력 보다 높게 형성한다(단계 S152).
그리고, 제어부(630)는 펌프(114)에 전원을 인가하고, 제1 밸브(115)를 개방하여 낙차 발생 라인(112)을 통해 해수 저장 탱크(111)에 저장된 해수(20)를 해수 저장 탱크(111) 외부로 배출한다(단계 S153).
도 15는 도 14에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나 외부 압력 보다 높게 형성하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2, 도 9 및 도 15를 참조하여 도 14에 도시된 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 외부 압력 보다 높게 형성하는 과정(단계 S152)에 대하여 설명한다.
상태 측정부(620)가 해수 저장 탱크(111) 내부 및 외부 압력을 측정한다(단계 S152a).
단계 S152a에서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 낮은 경우, 제어부(630)는 공조부(116b)를 제어하여 공기 저장부(116a)에 저장된 공기를 해수 저장 탱크(111) 내부로 유입한다(단계 S152b).
단계 S152b에서 공기는 해수 저장 탱크(111)의 내부 압력이 외부 압력과 같거나, 외부 압력 보다 높아질 때까지 유입된다.
그리고, 단계 S152a에서, 해수 저장 탱크(111) 내부 압력이 외부 압력 보다 높거나, 외부 압력과 같은 경우, 단계 S152b를 생략한다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100...양수 발전 장치 110...발전부
111..해수 저장 탱크 112...낙차 발생 라인
113...발전기 114...펌프
115...제1 밸브 116...압력 조절부
116a...공기 저장부 116b...공조부
116c...공기 이동 라인 116d...제2 밸브
200...양수 발전 장치 120...고정부
121...해수 배출 라인 122...제3 밸브
130...고정부 131...버킷
131a...유입 공간 132...연결 라인
133...해수 배출 라인 134...제3 밸브
300...풍력 발전 장치 400...태양열 발전 장치
500...부유체 510...앵커
600...제어 장치 610...발전량 측정부
620...상태 측정부 630...제어부

Claims (27)

  1. 해저면에 배치되어 해수를 이용하여 양수 발전하는 발전 장치로서,
    상기 해수를 저장하는 해수 저장 탱크를 포함하고, 상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부의 낙차에 의해 유입되는 상기 해수를 이용하여 발전하는 발전부; 및
    상기 발전부의 하부에 배치되고, 내부에 상기 해저면의 토사와 상기 해수가 유입되며, 음압에 의해 상기 해저면에 관입되어 상기 발전부를 지지하는 고정부
    를 포함하고,
    상기 음압은 상기 고정부 내부로 유입된 해수의 배출에 의해 생성되는, 양수 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발전부는,
    상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부를 연결하여 상기 해수의 낙차가 생성되는 낙차 발생 라인;
    상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 상기 해수의 흐름에 따라 회전하는 수차를 이용하여 발전하는 발전기;
    상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 펌프; 및
    상기 낙차 발생 라인을 개폐하는 제1 밸브
    를 포함하는, 양수 발전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전부는,
    상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부로 공기를 유입하여 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부
    를 더 포함하는, 양수 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압력 조절부는,
    상기 공기가 저장되는 공기 저장부;
    상기 저장된 공기를 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하는 공조부;
    일단이 상기 해수 저장 탱크와 연결되고, 타단이 상기 공기 저장부와 연결되어 상기 공기가 이동하는 공기 이동 라인; 및
    상기 공기 이동 라인을 개폐하는 제2 밸브
    를 포함하는, 양수 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발전부는, 제1 조건에 따라 유입 동작을 수행하고,
    상기 유입 동작은, 상기 낙차에 의해 상기 해수가 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 동작이며,
    상기 제1 조건은,
    상기 해수 저장 탱크에 상기 해수가 기준량 이하 저장되고, 상기 해수 저장 탱크의 내부 압력이 외부 압력보다 낮고, 상기 제1 밸브가 개방된 상태인, 양수 발전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 발전부는, 제2 조건에 따라 양수 동작을 수행하고,
    상기 양수 동작은, 상기 해수 저장 탱크에 저장된 상기 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 동작이며,
    상기 제2 조건은,
    상기 해수 저장 탱크에 상기 해수가 기준량 이상 저장되고, 상기 해수 저장 탱크의 내부 압력이 외부 압력보다 높으며, 상기 제1 밸브가 개방되고, 상기 펌프에 전원이 인가된 상태인, 양수 발전 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 펌프는,
    상기 고정부가 상기 음압에 의해 해저면에 관입되도록, 상기 고정부 내부로 유입된 해수를 상기 고정부 외부로 배출하는, 양수 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정부는,
    하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 상기 해수 및 상기 토사 가 유입되며,
    상기 낙차 발생 라인과 연결되고, 내부에 유입된 해수가 상기 펌프에 의해 외부로 배출되는 해수 배출 라인; 및
    상기 해수 배출 라인을 개폐하는 제3 밸브
    를 포함하는, 양수 발전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고정부는,
    하면이 개방된 원통 형상으로 형성되고, 내부에 상기 해수 및 상기 토사가 유입되는 유입 공간이 형성된 복수의 버킷;
    한 쌍의 상기 버켓과 결합되고, 상기 한 쌍의 버켓 각각의 상기 유입 공간을 연결하여 상기 해수가 이동하는 복수의 연결 라인;
    일단은 상기 복수의 버킷 중 어느 하나와 연결되고, 타단은 상기 낙차 발생 라인과 연결되며, 상기 유입 공간에 유입된 해수가 상기 유입 공간 외부로 배출되는 해수 배출 라인; 및
    상기 해수 배출 라인을 개폐하는 제3 밸브
    를 포함하는, 양수 발전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고정부는,
    상기 제1 밸브가 폐쇄되고, 상기 제3 밸브가 개방된 상태에서, 상기 펌프가 상기 유입 공간에 유입된 상기 해수를 상기 유입 공간 외부로 배출하여 생성되는 음압에 의해 상기 해저면에 관입되는, 양수 발전 장치.
  11. 재생 에너지를 이용한 발전과 양수 발전을 수행하여 발전하는 발전 시스템으로서,
    해저에 배치되고, 해수 저장 탱크 내부와 외부의 낙차에 의해 상기 해수 저장탱크 내부로 이동하는 해수를 이용하여 양수 발전하는 복수의 양수 발전 장치;
    해수면에 배치된 복수의 풍력 발전 장치;
    상기 해수면에 배치된 복수의 태양열 발전 장치; 및
    상기 복수의 풍력 발전 장치 및 상기 복수의 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 상기 복수의 양수 발전 장치의 유입 동작 또는 양수 동작을 제어하는 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 해수 저장 탱크는, 양수 발전에 이용된 해수를 내부에 저장하며,
    상기 유입 동작은, 상기 해수가 상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입되는 동작이고,
    상기 양수 동작은, 상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장탱크 외부로 배출하는 동작이며,
    상기 양수 발전 장치는,
    상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부의 낙차에 의해 유입되는 상기 해수를 이용하여 발전하는 발전부; 및
    상기 발전부의 하부에 배치되고, 내부에 상기 해저면의 토사와 상기 해수가 유입되며, 음압에 의해 상기 해저면에 관입되어 상기 발전부를 지지하는 고정부
    를 포함하고,
    상기 음압은 상기 고정부 내부로 유입된 해수의 배출에 의해 생성되는, 발전 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 양수 발전 장치는,
    상기 해수 저장 탱크의 내부와 외부를 연결하여 상기 해수의 낙차가 생성되는 낙차 발생 라인;
    상기 낙차에 의해 상기 해수 저장 탱크로 유입되는 상기 해수의 흐름에 따라 회전하는 수차를 이용하여 발전하는 발전기;
    상기 해수 저장 탱크에 저장된 해수를 상기 해수 저장 탱크 외부로 배출하는 펌프;
    상기 낙차 발생 라인을 개폐하는 제1 밸브; 및
    상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부로 공기를 유입하여 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부
    를 더 포함하는, 발전 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 압력 조절부는,
    상기 공기가 저장되는 공기 저장부;
    상기 저장된 공기를 상기 해수 저장 탱크 내부로 유입하거나, 상기 해수 저장 탱크 내부의 공기를 흡입하는 공조부;
    일단이 상기 해수 저장 탱크와 연결되고, 타단이 상기 공기 저장부와 연결되어 상기 공기가 이동하는 공기 이동 라인; 및
    상기 공기 이동 라인을 개폐하는 제2 밸브
    를 포함하는, 발전 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 복수의 풍력 발전 장치, 상기 복수의 태양열 발전 장치 및 상기 복수의 양수 발전 장치의 발전량을 측정하는 발전량 측정부;
    상기 복수의 양수 발전 장치 내부 및 외부의 압력을 측정하고, 상기 복수의 양수 발전 장치에 저장된 해수의 양을 측정하는 상태 측정부; 및
    상기 복수의 풍력 발전 장치 및 상기 복수의 태양열 발전 장치의 발전량에 따라 상기 복수의 양수 발전 장치의 동작을 제어하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 복수의 압력 및 상기 측정된 해수의 양을 이용하여 상기 복수의 양수 발전 장치의 상기 유입 동작 또는 상기 양수 동작을 제어하는, 발전 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 풍력 발전 장치 및 복수의 태양열 발전 장치의 발전량이 기준량 보다 적은 경우,
    상기 복수의 양수 발전 장치가 유입 동작을 수행하도록 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 조절하는, 발전 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 양수 발전 장치의 상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 보다 낮게 형성하는, 발전 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 풍력 발전 장치 및 복수의 태양열 발전 장치의 발전량이 기준량 보다 많은 경우,
    잉여 전력을 이용하여 상기 복수의 양수 발전 장치가 양수 동작을 수행하도록 상기 해수 저장 탱크 내부의 압력을 제어하는, 발전 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 해수 저장 탱크 내부 압력을 외부 압력과 같거나, 상기 외부 압력보다 높게 형성하고, 상기 펌프를 구동하는, 발전 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치가 상측에 배치되고, 상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치를 해수면에 부유시키는 복수의 부유체
    를 더 포함하는 발전 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 부유체는,
    상기 복수의 양수 발전 장치와 결합되어 소정의 이동 범위를 유지하는 복수의 앵커
    를 포함하는, 발전 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 풍력 발전 장치, 상기 태양열 발전 장치 및 상기 양수 발전 장치는 그룹으로 형성되고,
    상기 그룹의 상기 풍력 발전 장치 및 상기 태양열 발전 장치에서 생성된 전력 중 잉여 전력은 상기 그룹의 상기 양수 발전 장치에서 사용되는, 발전 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    복수의 상기 그룹별로 발전량을 측정하고, 상기 발전량에 따라 각각의 상기 양수 발전 장치의 동작을 제어하는, 발전 시스템.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
KR1020200082312A 2020-07-03 2020-07-03 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법 KR102290895B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200082312A KR102290895B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200082312A KR102290895B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102290895B1 true KR102290895B1 (ko) 2021-08-23

Family

ID=77499241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200082312A KR102290895B1 (ko) 2020-07-03 2020-07-03 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102290895B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102502406B1 (ko) * 2022-09-30 2023-02-27 (주)원프랜트 양수 발전, 태양광 발전 및 풍력 발전을 이용한 전력 공급 시스템 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010520404A (ja) * 2007-03-06 2010-06-10 イー／エス・ボービンド 再生可能エネルギーの蓄積および利用方法
US20110215650A1 (en) * 2010-03-08 2011-09-08 Massachusetts Institute Of Technology Offshore energy harvesting, storage, and power generation system
KR101560506B1 (ko) * 2014-12-17 2015-10-26 한국해양대학교 산학협력단 수중 수압 에너지를 이용한 부유식 에너지 저장 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010520404A (ja) * 2007-03-06 2010-06-10 イー／エス・ボービンド 再生可能エネルギーの蓄積および利用方法
US20110215650A1 (en) * 2010-03-08 2011-09-08 Massachusetts Institute Of Technology Offshore energy harvesting, storage, and power generation system
KR101560506B1 (ko) * 2014-12-17 2015-10-26 한국해양대학교 산학협력단 수중 수압 에너지를 이용한 부유식 에너지 저장 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102502406B1 (ko) * 2022-09-30 2023-02-27 (주)원프랜트 양수 발전, 태양광 발전 및 풍력 발전을 이용한 전력 공급 시스템 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5872406A (en) Tidal generator
KR101036436B1 (ko) 파랑발전기
CN114313125B (zh) 漂浮式基础及其主动压载系统
NZ565291A (en) Power generation using immersed vessel(s) using off-peak electricity for pumping out water from vessel and to generate electricity via turbine during peak demand to feed to grid
KR102287189B1 (ko) 에너지 발전 및 저장 시스템
KR102290895B1 (ko) 양수 발전 장치와 이를 포함하는 발전 시스템 및 발전 방법
CN110578643B (zh) 深海漂浮式的风力发电与抽水蓄能联合装置及工作方法
GB2469120A (en) System and method of transferring water to shore
JP3687790B2 (ja) 水力発電設備
CN110566408B (zh) 深海漂浮式抽水蓄能风力发电装置及方法
US20240301855A1 (en) Combined wave energy converter and grid storage
KR101254973B1 (ko) 부유식 구조물
GB2488158A (en) Water driven reciprocating engine
KR101015205B1 (ko) 풍력, 조류, 해류 및 파력을 이용한 발전시스템
CN209258345U (zh) 一种海上发电升压站结构
KR101202945B1 (ko) 수압을 이용한 공기압 에너지 저장장치
KR102375024B1 (ko) 파력 펌프 보조형 해수 양수발전 시스템
KR102645867B1 (ko) 해저 에너지 저장 시스템
KR102429989B1 (ko) 앵커부재를 구비한 수중 에너지 저장구조물 및 그 시공방법
KR101958615B1 (ko) 파력발전시스템
AU694491B2 (en) Tidal generator
KR20110015484A (ko) 해상 직립 부유식 소수력 복합 발전선 시스템
RU2710135C1 (ru) Приливная ГЭС
KR20100061231A (ko) 직립형 복합 조력 발전 설비와 발전선을 활용한 해상 저수지 건설과 발전 시스템
KR20110013094A (ko) 해상 직립 부유식 소수력 복합 발전선

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20200703

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210428

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210809

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210811

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210812

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration