KR102490218B1 - 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템에 의하면, 풍력, 파력 발전을 통해 수소 생산을 위한 에너지를 수급하는데 있어서, 이를 안정적이고 효율적으로 수급하기 위한 구체적인 방안을 제공하고 있다.
자세하게는, 풍력 발전기의 배치 및 풍력 발전기의 형상을 통해 상공에서 급변하는 기류 속에서도 풍력 발전용 비행선의 자세를 유지하여 안정적이고 효율적인 풍력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
또한, 파력 발전기를 스프라켓-체인-라쳇 또는 유압실린더-피스톤을 이용하여 파력 발전기 상호간에 작용을 통해 간단한 구조로도 원해에서 안정적이고 효율적인 파력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
자세하게는, 풍력 발전기의 배치 및 풍력 발전기의 형상을 통해 상공에서 급변하는 기류 속에서도 풍력 발전용 비행선의 자세를 유지하여 안정적이고 효율적인 풍력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
또한, 파력 발전기를 스프라켓-체인-라쳇 또는 유압실린더-피스톤을 이용하여 파력 발전기 상호간에 작용을 통해 간단한 구조로도 원해에서 안정적이고 효율적인 파력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 해상에 설치되는 해상 플랫폼을 중심으로 상공에서는 풍력 발전, 해상에서는 파력발전을 하는 등 복합적인 신재생에너지를 기반으로 원해에서 신재생에너지를 이용해 수소 생산용 전력을 생산하는 시스템에 관한 것이다.
현재 글로벌 사회에서는 온실가스 배출 저감을 위해 에너지 효율과 재생에너지 비중을 높이는 '에너지 전환' 정책을 펼치고 있다. 국내에서도 원전 감축과 재생에너지 저변 확장 등을 내용으로 하는 '에너지 전환 로드맵'을 수립하고, '재생 에너지 이행계획'을 발표하는 등 글로벌 기류를 따라가고 있다.
재생에너지는 재생 가능한 자원, 즉 태양력, 풍력, 조력, 지열과 같이 시간이 지남에 따라 자연적으로 보충되는 재생 가능한 자원으로부터 수집된 에너지를 말한다. 다만, 재생에너지 대부분은 효율이 낮아 대체 에너지원으로써 "수소 에너지" 가 주목받고 있다.
수소에너지는 공해물질이 배출되지 않는 청정 에너지원으로, 기후의 영향을 받지 않고 생산 가능하며, 장기간 저장 및 변환이 가능한 장점이 있다.
이러한, 수소에너지 생산을 위한 시설 설치로 인해 발생하는 민원 분쟁과 환경파괴, 대면적 확보 등의 문제를 해결하기 위해 원해(遠海)를 선택하여 수소 에너지를 생산할 수 있는 기술이 제안된 바 있다.
대한민국 등록특허 제1716487호 "이중 튜브 구조의 비행선 및 그를 이용한 전기에너지 공급 및 수소 가스 운송시스템", 대한민국 등록특허 제2144313호 "태양광-풍력 하이브리드 발전형 비행선 기반 복합발전시스템", 대한민국 등록특허 제2259360호 "심층수 기반 발전용 수소생산시스템"에서는 원해에서 생산된 전기로 수소를 생산하고 수소가스 및 질소가스가 이중튜브로 충진된 비행선으로 수소를 운반하는 기술을 제안하고 있다.
선행 기술에서는 풍력, 파력 및 해수 온도차 발전을 통해 수소 생산을 위한 에너지를 수급하는데 있어서 큰 틀을 제시하고는 있지만, 이를 안정적이고 효율적으로 수급하기 위한 구체적인 방안에 대한 기술 내용이 요구 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풍력, 파력 발전을 통해 수소 생산을 위한 에너지를 수급하는데 있어서, 이를 안정적이고 효율적으로 수급하기 위한 구체적인 방안을 제공하는 데 있다.
자세하게는, 상공에서 급변하는 기류 속에서도 풍력 발전용 비행선의 자세를 유지하여 안정적이고 효율적인 풍력 발전이 수행될 수 있도록 하는 과제를 해결하고자 한다.
또한, 간단한 구조로도 원해에서 안정적이고 효율적인 파력 발전이 수행될 수 있도록 하는 과제를 해결하고자 한다.
그리고, 풍력 발전 및 파력 발전을 위한 구성이 상호 연동되어 더욱 효율적인 전력 생산이 될 수 있도록 하는 과제를 해결하고자 한다.
상기의 과제를 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은 공기보다 가벼운 기체가 충진되어 복수 개가 상공에 부유하는 비행선, 상기 비행선의 외부에 설치되되, 회전축 및 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드로 이루어지는 복수 개의 풍력 발전기를 포함하는 풍력 발전 유닛, 해상에 설치되는 부력체로서, 전력 저장장치를 포함하는 해상 플랫폼 및 상기 해상 플랫폼과 비행선을 연결하는 계류색으로서, 상기 비행선에서 생산된 발전 전력이 상기 해상 플랫폼으로 이송되는 권선을 포함하며, 상기 계류색의 일단은 복수 개 가닥으로 분리되어 각 가닥이 상기 비행선의 외부에 대칭 패턴으로 결합되는 상공 연결 부재를 포함하고,
상기 풍력 발전 유닛은 복수 개의 상기 풍력 발전기가 상기 비행선의 외주면에 환형으로 복수 열 배열되고, 상기 풍력 발전기의 회전축은 각각 상기 환형과 접선을 이루도록 설치되며, 상기 환형이 형성하는 가상의 중심축이 상기 비행선의 중심축과 소정 각도를 이루도록 형성되어,
상공의 강한 바람 하에서 상기 상공 연결 부재의 각 가닥에 장력이 작용하고, 복수 개의 상기 풍력 발전기에 바람이 고르게 분산되어 상기 비행선의 균형이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 풍력 발전 유닛은 상기 풍력 발전기의 하측에 함몰된 형태로 형성되는 벙커 및 상기 풍력 발전기의 회전축에 형성되어, 설정 강도의 탄성력으로 상기 블레이드를 지지하며, 상기 설정 강도 이상으로 풍력이 작용되면 상기 블레이드가 폴딩되도록 하는 블레이드 락을 더 포함하고,
상기 풍력 발전기의 회전축은 상기 비행선의 중심축과 수직하게 설치되고 상기 블레이드의 일부는 상기 벙커에 회전 유입되도록 설치되어, 상기 풍력 발전기의 회전 방향과 반대 방향의 바람의 영향이 감소되는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따른 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템에 의하면, 풍력, 파력 발전을 통해 수소 생산을 위한 에너지를 수급하는데 있어서, 이를 안정적이고 효율적으로 수급하기 위한 구체적인 방안을 제공하고 있다.
자세하게는, 풍력 발전기의 배치 및 풍력 발전기의 형상을 통해 상공에서 급변하는 기류 속에서도 풍력 발전용 비행선의 자세를 유지하여 안정적이고 효율적인 풍력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
또한, 파력 발전기를 스프라켓-체인-라쳇 또는 유압실린더-피스톤을 이용하여 파력 발전기 상호간에 작용을 통해 간단한 구조로도 원해에서 안정적이고 효율적인 파력 발전이 수행될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템의 전체 개념도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 측면도를 통해 공기 흐름과 벙커 등을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 측면도를 통해 블레이드 락을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 비행선의 측면도를 통해 풍력 발전기의 배치를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 비행선의 정면도를 통해 풍력 발전기의 배치를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 파력 발전기의 개념도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기계식 파력 발전기의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기계식 파력 발전기의 일 방향 회전을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 상승관 및 회수관만을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 임펠러 및 임펠러실을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력 발전기의 측면도를 통해 공기 흐름과 벙커 등을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 측면도를 통해 블레이드 락을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 비행선의 측면도를 통해 풍력 발전기의 배치를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 비행선의 정면도를 통해 풍력 발전기의 배치를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 파력 발전기의 개념도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기계식 파력 발전기의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 기계식 파력 발전기의 일 방향 회전을 위한 구성을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 내부 구성을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 상승관 및 회수관만을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 유압식 파력 발전기의 임펠러 및 임펠러실을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명은 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템에 관한 것으로서, 도 1에 전체 개념도를 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템은 상공에 부유하는 복수개의 비행선(100), 상기 비행선(100)에 설치되는 풍력 발전 유닛(300), 해상에 부유하는 복수개의 파력 발전기(900,1000), 전력 저장 및 수소 생산을 수행하는 해상 플랫폼(500), 각 발전기와 해상 플랫폼(500)을 연결하는 상공 연결 부재(700) 및 해상 연결부재를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 비행선(100)은 내부에 공기보다 가벼운 기체가 충진되어 상공에 부유할 수 있다.
공기보다 가벼운 기체로는 저렴하게 수급할 수 있는 수소 기체가 가장 바람직하며, 수소 기체 사용에 따른 안전을 보장하기 위하여 비행선(100)의 외주에 질소 기체를 충진한 튜브를 마련하여 보호막이 형성되도록 한다. 또한, 상기 비행선(100)은 익형 단면 형상을 갖도록 하여 공기 흐름을 원활하게 할 수 있는 형태로 구성하는 것이 가장 바람직할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전 유닛(300)은 상기 비행선(100)의 외부에 설치되는 것으로서, 복수 개의 풍력 발전기(310)를 포함한다.
상기 풍력 발전기(310)는 회전축(311) 및 상기 회전축(311)을 중심으로 회전하는 블레이드(312)로 이루어진다. 이러한 풍력 발전기(310)는 수직축 풍력 발전기(vertical axis wind turbine) 중에서도 사보니우스식(Savonius Rotor)으로 이루어진다.
수직축 풍력 발전기(310)를 사용하는 이유는 수평축 풍력 발전기(horizontal axis wind turbine)에 비해 원해(遠海) 상공의 비행선(100)에 설치해서 사용하기에 적합하기 때문이다.
수평축 풍력 발전기의 경우에는, 바람이 부는 방향에 따라 로터의 방향을 변경해야 한다는 점, 바람의 세기에 따라 블레이드의 각도를 변경해야 한다는 점, 회전축이 높은 곳에 위치하게 되므로 강한 바람에 의해 기구적인 손상이 발생할 가능성이 높은 점 등의 문제가 있다.
반면, 사보니우스식의 경우 수평축 풍력 발전기가 갖고 있는 문제점을 모두 해소할 수 있으나, 바람의 항력을 이용하는 방식이므로 회전속도가 바람의 속도보다는 높을 수 없어 회전수가 낮은 한계가 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전기(310)는 사보니우스식 풍력 발전기를 개선하여 장점은 극대화하고 단점은 보완하고자 한다.
도 2, 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 풍력 발전기(310)를 살펴보면, 상기 풍력 발전기(310)의 하측에 함몰된 형태로 형성되는 벙커(320)가 구비되고, 블레이드(312)는 사보니우스 식으로 형성되며, 블레이드(312)의 표면에는 돌출된 형태의 플랩(340)이 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 바람이 좌에서 우로 진행될 때, 풍력 발전기(310)는 시계 방향으로 회전하게 된다. 이 때 좌에서 우로 진행되는 바람이라도 풍력 발전기(310)의 하단에 작용하면 역방향 회전을 유도하는 맞바람으로 작용하게 된다.
본 발명에 따른 풍력 발전기(310)는 일부분이 벙커(320)에 유입되도록 설치되어 있으므로 맞바람의 영향을 줄일 수 있다.
또한, 상기 플랩(340)을 통해 바람과 닿는 면적을 증가시켜 풍력이 더 많이 작용되도록 하고, 맞바람이 작용되는 블레이드(312) 부분에는 바람이 통과되는 양이 증가되도록 하여 전체적으로는 바람이 블레이드(312)의 정방향 회전을 유도하도록 바람을 선택적으로 작용시킬 수 있다.
그리고, 도 4에는 상기 블레이드(312)가 상기 회전축(311)을 중심으로 폴딩될 수 있도록 하는 블레이드 락(330)이 도시되어 있다.
상기 블레이드 락(330)은 상기 풍력 발전기(310)의 회전축(311) 및 블레이드(312)의 결합부위에 형성되며, 설정 강도의 탄성력으로 상기 블레이드(312)를 지지하고 있다. 상기 설정 강도 이상의 풍력이 블레이드(312)에 작용되면 블레이드 락(330)의 지지가 해제된다.
이를 통해 블레이드(312)가 일시적으로 폴딩되며, 블레이드(312)에 작용되는 풍력이 약해지면 블레이드 락(330)의 탄성력에 의해 블레이드(312)가 원위치로 복귀될 수 있다. 블레이드(312) 및 블레이드 락(330)을 통해 상공에서 예기치 못한 강풍에 대응함으로서, 블레이드(312)가 부러지거나 비행선(100)의 자세가 급격하게 무너지는 것을 방지하는 것에 도움을 주는 효과가 있다.
정리하면 상술한 바와 같은 벙커(320), 플랩(340), 블레이드 락(330)은 수평축 풍력 발전기(310)가 아닌 사보니우스식 풍력 발전기(310)에만 적용 가능한 것으로서 사보니우스식 풍력 발전기(310)의 장점을 극대화 시킬 수 있게 된다.
한편, 비행선(100)의 외주면에 풍력 발전기(310)를 설정 패턴으로 배열함으로서 사보니우스식 풍력 발전기(310)가 갖고 있는 회전수가 낮은 문제를 보완할 수 있다.
도 5, 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 풍력 발전기(310)는 복수 개로 상기 비행선(100)의 외주에 배열된다. 자세하게는, 도 6에 도시된 바와 같이 정면에서 비행선(100)을 바라봤을 때 복수 개의 풍력 발전기(310)는 환형을 이룬다.
여기서, 본 발명에 따른 사보니우스식 풍력 발전기(310)는 각각의 회전축(311)이 상기 환형과 접선을 이루는 것으로 설명할 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이 환형을 이룬 복수 개의 풍력 발전기(310)는 복수 열을 이루고, 상기 환형이 형성하는 가상의 중심축은 상기 비행선(100)의 중심축과 소정 각도(Φ)를 이루도록 형성된다.
즉, 본 발명에 따른 풍력 발전기(310)는 사보니우스식 풍력 발전기(310)로 이루어지기 때문에 비행선(100)에 환형으로 설치하더라도 바람에 강한 저항을 받지 않을 수 있는 것이며, 환형으로 설치함으로서 풍력 발전기(310)의 댓수를 늘려서 사보니우스식 풍력 발전기(310)가 갖고 있는 회전수가 낮은 문제를 보완할 수 있는 것이다.
나아가, 각 환형이 경사면을 형성함으로서 바람의 흐름이 경사면을 타고 이동되도록 하여 원활한 흐름을 형성하게 되고, 상기 비행선(100)의 자세 유지에 도움을 줄 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 플랫폼(500)은 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양 발전 유닛(110), 풍력 발전 유닛(300), 파력 발전기(900,1000)로부터 생산된 전력을 저장하는 전력 저장 장치(도면 미표시)를 구성으로 포함하는 부력체이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상공 연결 부재(700)는 상기 해상 플랫폼(500)과 상기 비행선(100)을 연결하는 일종의 계류색(Mooring rope)이며, 상기 상공 연결 부재(700)는 상기 비행선(100)에서 생산된 발전 전력이 상기 해상 플랫폼(500)으로 이송되는 권선을 포함한다.
여기서, 상기 계류색의 일단은 복수 개 가닥으로 분리되어 각 가닥이 상기 비행선(100)의 외부에 결합 되되 대칭 패턴으로 결합되어 상기 비행선(100)이 상공의 강한 바람에 흔들릴 때 각 가닥에 작용되는 장력으로 상기 비행선(100)의 자세 유지에 도움을 줄 수 있다.
나아가, 상기 계류색의 일측에는 꼬임을 방지하기 위한 스위벨(swivel joint)이 구성으로 더 포함될 수 있으며, 기류를 따라서 비행선(100)이 회전하더라도 상기 계류색은 꼬이지 않도록 할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 파력 발전기(900,1000)는 도 1, 도 7을 참조하면 복수 개가 해상에 설정패턴으로서 설치 될 수 있으며, 파력 발전기(900,1000)를 연결 및 고정하는 해상 연결 부재(1100) 및 앵커가 도시되어 있다.
상기 파력 발전기(900,100)는 해상 연결 부재(1100)로 연결되어 설정패턴으로서 군집을 이루고, 복수 개의 군집이 상기 해상 플랫폼(500)을 중심으로 배치될 수 있다.
각 파력 발전기(900,1000)는 상기 해상 연결 부재(1100)로 상호간 결합되어 군집 형태가 유지되며, 각 군집도 상기 해상 플랫폼(500)과 상기 해상 연결 부재(1100)로 결합되어 위치가 고정될 수 있다.
여기서, 상기 파력 발전기(900,1000)는 원해(遠海)의 강한 파동에 의해 움직이면서, 상호 간에 연결된 해상 연결 부재(1100)에 작용하는 장력에 의하여 일종의 용수철 진동 운동을 통해 전력을 생산하게 된다.
여기서, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 파력 발전기(900)는 작동 방식이 기계식으로 구성되는 것(이하 "기계식 파력 발전기"라고 함)으로서 도 8, 도 9에 도시된 바와 같이 하우징(910), 무게추(920), 동력 전달 부재(930), 동력 변환 부재(950), 동력 발생 부재(960), 래칫(970)을 구성으로 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(910)은 일종의 부표(buoy)로서 내부공간이 형성되어 해수면에 부상하며 하측으로 무게 중심이 잡히도록 질량 분포를 조절하여 해상에서 균형을 잡을 수 있다. 상기 내부공간에는 파력 발전을 위한 구성들이 설치되며, 상기 하우징(910)은 부력에 의해 해수면과 함께 이동되면서 설정 범위를 벗어나는 이동을 하면 회귀하도록 상기 해상 연결 부재(1100)가 잡아주고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 무게추(920)는 상기 내부공간에 상하 이동 가능하도록 설치되고, 상기 무게추(920)의 일측에 상기 동력 전달 부재(930)의 일단이 연결되며. 상기 동력 전달 부재(930)의 타단은 상기 하우징(910)의 외부에 위치한 해상 연결 부재(1100)로 연결된다.
따라서, 상기 하우징(910)이 상하 이동됨에 따라 상기 해상 연결 부재(1100)에 연결된 상기 무게추(920)도 상하로 이동될 수 있다. 여기서, 상기 동력 전달 부재(930)의 타단에는 수면 저항을 발생시키는 이동 저항 부재(940)가 결합되어, 파도가 상향 이동할 때 상기 하우징(910)만 동조하고 상기 동력 전달 부재(930) 및 해상 연결 부재(1100)는 동조되지 않도록 수면 저항력을 높혀준다.
즉, 상기 이동 저항 부재(940)는 상기 해상 연결 부재(1100) 또는 동력 전달 부재(930)의 단면적보다 넓은 면적을 갖는 부재로서 가장 넓은 부분이 연직 방향을 향하도록 하여 상기 해상 연결 부재(1100)의 일측에 결합될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 무게추(920)는 파도의 다방향 움직임을 상하 이동으로 가이드 하는 것이고, 이러한 상하 이동을 회전 운동으로 변환 시킬 수 있는 단순한 부재로서 동력 변환 부재(950)가 마련된다.
또한 도 8, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 동력 변환 부재(950)의 일측에는 스프라켓(961) 및 체인(962)으로 이루어지는 동력 발생 부재(960)가 마련되어, 상기 동력 변환 부재(950)의 회전에 따라 스프라켓(961) 및 체인(962)이 회전된다. 여기서, 상기 동력 발생 부재(960)의 일측에는 래칫(970)(Ratchet)이 마련되어 상기 동력 발생 부재(960)가 일 방향으로만 회전 되도록 하므로 상술한 바와 같은 간단한 구성들로서 전력 생산이 가능하도록 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 파력 발전기(1000)는, 도 10, 도 11, 도 12에 도시된 바와 같이, 작동 방식이 유압식으로 구성되는 것(이하 "유압식 파력 발전기"라고 함)으로서 하우징(1010), 유압실린더(1020), 유압부이(1030), 동력 전달 부재(1040), 임펠러실(1050), 임펠러(1051), 제1 유압 상승관(1060), 제2 유압 상승관(1061), 유압 토출구(1062), 제1 유압 회수관(1070), 제2 유압 회수관(1080)을 구성으로 포함한다.
여기서, 상기 하우징(1010)은 상술한 하우징(910)과 동일하므로 설명을 생략하도록 하겠다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(1010)의 내부공간에 유압실린더(1020)가 형성된다. 이러한 유압실린더(1020)는 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 유압실린더(1020)의 내부에는 상하 이동 가능하도록 설치되는 유압부이(1030)가 형성된다. 상기 유압부이(1030)는 상기 유압실린더(1020) 내부에 주입되는 유체보다 낮은 밀도를 갖는 부력체로 형성되므로, 상기 유압부이(1030)에는 정상 상태(stable state)에서 부력에 의해 상기 유압실린더(1020) 상단으로 이동되는 힘이 작용된다.
여기서, 설명의 편의상 상기 유압실린더(1020) 내부를 상기 유압부이(1030)의 상측은 유압실린더 상부, 하측은 유압실린더 하부로 구획하여 설명하도록 한다.
상기 동력 전달 부재(1040)는 일단이 상기 유압부이(1030)에 연결되고 타단은 상기 하우징(1010)의 외부에 위치한 해상 연결 부재(1100)로 연결되어, 상기 하우징(1010)의 상하 이동에 따라 상기 유압부이(1030)을 하향 이동시킬 수 있다.
여기서, 상기 동력 전달 부재(1040)의 타단에는 상술한 바와 같은 이동 저항 부재(940)가 동일하게 결합될 수 있으며 상술한 바와 동일한 설명은 생략하도록 한다.
도 10, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 유압실린더(1020)의 상측에는 임펠러실(1050) 및 임펠러실(1050)의 내부에는 임펠러(1051)가 마련된다.
다음으로, 도 10, 도 11, 도 12를 참조하여 유체의 이동 경로를 설명하도록 한다. 도 11에는 유체의 이동 경로인 제1 유압 상승관(1060), 제2 유압 상승관(1061), 유압 토출구(1062), 제1 유압 회수관(1070) 및 제2 유압 회수관(1080)만을 도시하였다.
도 10, 도 11, 도 12를 참조하면, 제1 유압 상승관(1060)은 상기 유압실린더 하부와 상기 임펠러실(1050)을 연결하며 유압부이(1030)가 상기 동력 전달 부재(1040)에 의해 당겨지면(해수면 상승에 따라 상기 하우징(1010) 전체가 상향 이동되는 것과 동일하다) 상기 유압부이(1030)가 하향 이동하면서 상기 유압실린더 하부에 위치한 유체를 밀어내고, 유체는 상기 제1 유압 상승관(1060)을 타고 상승하여 유압 토출구(1062)를 통해 토출되어 상기 임펠러(1051)를 회전구동시킨다.(제1 토출 단계)
이와 동시에, 토출력을 잃은 유체는 상기 임펠러실(1050)로부터 상기 유압실린더 상부로 제1 유압 회수구(1071)을 통과하여 상기 제1 유압 회수관(1070)을 통해 회수된다.(제1 회수 단계)
여기서, 해수면이 불규칙한 상하 이동됨에 따라 상기 하우징(1010)도 불규칙하게 상하 이동됨으로서, 상기 유압부이(1030)가 부력에 의해 상승하면서 상기 유압실린더 상부에 있는 유체를 밀어낸다. 즉, 유체는 상기 유압실린더 상부로부터 상기 임펠러실(1050)로 이동되는 것으로, 제2 유압 상승관(1061)을 타고 상승하여 상기 유압 토출구(1062)를 통해 토출되어 상기 임펠러(1051)를 회전구동시킨다.(제2 토출 단계)
마지막으로, 토출력을 잃은 유체는 상기 임펠러실(1050)로부터 상기 유압실린더 하부로 제2 유압 회수구(1081)을 통과하여 상기 제1 유압 회수관(1080)을 통해 회수된다.(제2 회수 단계)
상술한 바와 같은, 제1 토출 단계, 제1 회수 단계, 제2 토출 단계 및 제2 회수 단계는 순차적으로 일어나는 것이 아니라 동시 다발적으로 일어나는 것으로서, 원해(遠海)에서 해수면의 불규칙하고 강한 운동에 따라 유압식 파력 발전기도 불규칙하고 강하게 운동하면서 상기 유압실린더(1020)의 상부 및 하부에 위치한 유체를 각각의 토출구로 토출시키고, 각각의 회수구로 회수하면서 반복 수행되며 동력을 발생시킨다.
상술한 바와 같은 유압식 파력 발전기는 각 부품 구성이 매우 단순하여 설비, 보수시에 매우 용이할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 연결 부재(1100)도 상술한바와 같은 상공 연결 부재(700)와 마찬가지로 상기 해상 플랫폼(500)과 상기 파력 발전기(900,1000)를 연결하는 일종의 계류색(Morring rope)이며, 상기 파력 발전기(900,1000)에서 생산된 발전 전력이 상기 해상 플랫폼(500)으로 이송되는 권선을 포함한다.
여기서, 상기 계류색의 일단은 복수 개 가닥으로 분리되어 각 가닥이 상기 파력 발전기(900,1000)에 각각 결합되어 설정패턴으로 배치된 파력 발전기(900,1000)를 상호간 연결시키면서 설정패턴을 유지하도록 할 수 있다.
즉, 강한 파도에 의해 파력 발전기(900,1000)가 요동치면서 최초 설치된 위치에서 벗어나려고 해도 상호 간에 결속된 해상 연결 부재(1100)에 강한 장력이 작용하여 회귀시키며, 이러한 운동을 반복하여 동력을 생산할 수 있게 된다.
더 나아가, 복수 개의 상기 비행선(100)과 복수 개의 상기 파력 발전기(900,1000)를 연결하여 상공의 강한 풍력이 해상의 파력 발전기(900,1000)로도 전달되도록 하는 상공-해상 연결 부재(1100)를 더 포함할 수 있다.
파력 발전이나 풍력 발전 등과 같은 신재생에너지는 기후에 따라 발전 효율의 차이가 많이 날 수 있는데, 본 발명에 따른 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템에서는 풍력이 발생시키는 장력도 상기 파력 발전기(900,1000)의 동력원으로 사용하도록 하여 발전 효율을 높히는 것을 특징으로도 한다.
100: 비행선
110: 태양 발전 유닛
130: 수소 충진부
150: 질소 충진부
300: 풍력 발전 유닛
310: 풍력발전기
311: 회전축
312: 블레이드
320: 벙커
330: 블레이드 락
340: 플랩
500: 해상 플랫폼
700: 상공 연결 부재
710: 계류색
730: 스위밸
900: 파력 발전기
910: 하우징
920: 무게추
930: 동력 전달 부재
940: 이동 저항 부재
950: 동력 변환 부재
960: 동력 발생 부재
961: 스프라켓
962: 체인
970: 래칫
1000: 파력 발전기
1010: 하우징
1020: 유압실린더
1030: 유압부이
1040: 동력 전달 부재
1050: 임펠러실
1051: 임펠러
1060: 제1 유압 상승관
1061: 제2 유압 상승관
1062: 유압 토출구
1070: 제1 유압 회수관
1071: 제1 유압 회수구
1080: 제2 유압 회수관
1081: 제2 휴압 회수구
1090: 이동 저항 부재
1100: 해상 연결 부재
1110: 계류색
110: 태양 발전 유닛
130: 수소 충진부
150: 질소 충진부
300: 풍력 발전 유닛
310: 풍력발전기
311: 회전축
312: 블레이드
320: 벙커
330: 블레이드 락
340: 플랩
500: 해상 플랫폼
700: 상공 연결 부재
710: 계류색
730: 스위밸
900: 파력 발전기
910: 하우징
920: 무게추
930: 동력 전달 부재
940: 이동 저항 부재
950: 동력 변환 부재
960: 동력 발생 부재
961: 스프라켓
962: 체인
970: 래칫
1000: 파력 발전기
1010: 하우징
1020: 유압실린더
1030: 유압부이
1040: 동력 전달 부재
1050: 임펠러실
1051: 임펠러
1060: 제1 유압 상승관
1061: 제2 유압 상승관
1062: 유압 토출구
1070: 제1 유압 회수관
1071: 제1 유압 회수구
1080: 제2 유압 회수관
1081: 제2 휴압 회수구
1090: 이동 저항 부재
1100: 해상 연결 부재
1110: 계류색
Claims (5)
- 공기보다 가벼운 기체가 충진되어 복수 개가 상공에 부유하는 비행선;
상기 비행선의 외부에 설치되되, 회전축 및 상기 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드로 이루어지는 복수 개의 풍력 발전기를 포함하는 풍력 발전 유닛;
해상에 설치되는 부력체로서, 전력 저장장치를 포함하는 해상 플랫폼; 및
상기 해상 플랫폼과 비행선을 연결하는 계류색으로서, 상기 비행선에서 생산된 발전 전력이 상기 해상 플랫폼으로 이송되는 권선을 포함하며, 상기 계류색의 일단은 복수 개 가닥으로 분리되어 각 가닥이 상기 비행선의 외부에 대칭 패턴으로 결합되는 상공 연결 부재;를 포함하고,
상기 풍력 발전 유닛은,
복수 개의 상기 풍력 발전기가 상기 비행선의 외주면에 환형으로 복수 열 배열되고, 상기 풍력 발전기의 회전축은 각각 상기 환형과 접선을 이루도록 설치되며, 상기 환형이 형성하는 가상의 중심축이 상기 비행선의 중심축과 소정 각도를 이루도록 형성되어,
상공의 강한 바람 하에서 상기 상공 연결 부재의 각 가닥에 장력이 작용하고, 복수 개의 상기 풍력 발전기에 바람이 고르게 분산되어 상기 비행선의 균형이 유지되도록 하고,
상기 풍력 발전 유닛에는,
상기 풍력 발전기의 하측에 함몰된 형태로 형성되는 벙커; 및
상기 풍력 발전기의 회전축에 형성되어, 설정 강도의 탄성력으로 상기 블레이드를 지지하며, 상기 설정 강도 이상으로 풍력이 작용되면 상기 블레이드가 폴딩되도록 하는 블레이드 락;이 더 포함되어,
상기 풍력 발전기의 회전축은 상기 비행선의 중심축과 수직하게 설치되고 상기 블레이드의 일부는 상기 벙커에 회전 유입되도록 설치되며, 상기 풍력 발전기의 회전 방향과 반대 방향의 바람의 영향이 감소되는 것을 특징으로 하는 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210092579A KR102490218B1 (ko) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템 |
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|---|---|
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ID=85078196
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|---|---|---|---|
| KR1020210092579A KR102490218B1 (ko) | 2021-07-15 | 2021-07-15 | 복합 신재생에너지를 이용한 수소 생산용 전력 생산 시스템 |
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR101716487B1 (ko) | 2015-10-01 | 2017-03-14 | 최천기 | 이중 튜브 구조의 비행선 및 그를 이용한 전기에너지 공급 및 수소 가스 운송시스템 |
| KR20200038358A (ko) * | 2018-10-02 | 2020-04-13 | 최천기 | 태양광-풍력 하이브리드 발전형 비행선 기반 복합발전시스템 |
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- 2021-07-15 KR KR1020210092579A patent/KR102490218B1/ko active IP Right Grant
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |