KR20030000395A

KR20030000395A - 부유식 수력발전설비

Info

Publication number: KR20030000395A
Application number: KR1020010036155A
Authority: KR
Inventors: 고경영; 고병환
Original assignee: 고경영; 고병환
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2003-01-06

Abstract

본 발명에 따른 부유식 수력발전설비는 호수나 해상에 부선을 띄우고 그 위에 탑형의 수조를 설치한 후 공기펌프의 공기압과 기포발생장치로부터 발생된 기포에 의해 물을 상기 수조에 끌어올려 저장함으로써 이를 이용하여 별도로 설치된 수차와 발전기를 통해 발전을 할 수 있도록 한 것이다.

Description

부유식 수력발전설비{A FLOATING HYDRO-ELECTRIC POWER PLANT}

본 발명은 부유식 수력발전설비에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 호수나 해상에 부선을 띄우고 그 위에 탑형의 수조를 설치한 후 공기펌프의 공기압과 기포발생장치로부터 발생된 기포에 의해 물을 상기 수조에 끌어올려 저장함으로써 이를 이용하여 별도로 설치된 수차와 발전기를 통해 발전을 할 수 있도록 한 부유식 수력발전설비에 관한 것이다.

수력발전은 발전방식에 따라 수로식 발전과 댐식 발전으로 구분될 수 있는데, 이러한 수로식 및 댐식 발전은 그 규모가 거대하기 때문에 건설하는데 소요되는 시간이 많이 소요되며 그 소요비용도 많이 발생한다는 단점이 있으며, 호수나 해상에 단독적으로 설치할 수 없다는 문제점이 있어 왔다.

또한, 해상에 설치되는 발전설비로서 해양 열에너지 변환설비(OTECS: Ocean Thermal Energy Conversion System)라는 것이 있는데, 이 설비는 표층 해수와 심해 해수의 온도차를 이용하는 기술로 해수온도가 높은 열대지역에만 설치가 가능하며 출력전력의 80%를 심해 저온해수의 양수에 소모하기 때문에 그 효용가치가 낮다고 할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 물의 고저차를 이용할 필요가 없고, 자연 호수나 바다의 수면상에 설치하여 수력발전을 할 수 있도록 한 부유식 수력발전설비를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 건설하는데 소요되는 시간 및 비용을 획기적으로 줄일 수 있고 소형규모로부터 대형규모까지 필요에 따라서 용이하게 시설할 수 있도록 한 부유식 수력발전설비를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 수직 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비에서 공기펌프가 작동하여 해저에 위치한 수압탱크내에 공기압공간이 생기는 것을 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비에서 공기펌프의 지속적인 작동에 의해 발생한 기포가 물을 수조로 이송하는 것을 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비를 복수 설치한 것을 도시한 수평단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 부선20 : 수조

30 : 양수관40 : 공기펌프

50 : 발전장치53 : 발전기

55 : 수차59 : 방수관

80 : 기포관81 : 체크밸브

82 : 기포발생장치90 : 수압탱크

91 : 체크밸브93 : 공기압공간

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비는 호수나 바다의 수면상에 부유할 수 있는 부선; 물을 저장하기 위해 상기 부선 상에 설치된 수조; 상기 수조의 기저부 일측에 설치되고 수차와 발전기를 구비하는 발전장치; 압력작용에 의해 호수나 해수의 물을 이송시키기 위해 호수나 바다의 저면에 설치되고, 하부면에 체크밸브를 설치한 수압탱크; 상기 수압탱크로부터 상기 수조로 물을 끌어올리기 위해 상기 수압탱크와 상기 수조를 연결하는 양수관; 상기 수압탱크에 공기를 투입하여 내부에 소정의 공기압이 형성시키기 위해 상기 부선의 상부에 설치된 공기펌프; 및 상기 공기펌프로부터 상기 수압탱크로 공기를 투입하기 위해 상기 공기펌프와 상기 수압탱크를 연결하는 기포관을 포함한다.

상기 수차는 상기 수조와 연통되고, 상기 부선을 관통한 방수관에 의해 호수나 바다와 연통되며, 상기 양수관은 상기 수압탱크 내부에서 상기 기포관과 동일한길이를 갖도록 연장되어 있다.

또한, 상기 기포관의 하부측 내부에는 체크밸브가 설치되어 있고, 상기 기포관의 최하단에는 기포발생장치가 설치되어 있다.

이하, 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 수직 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비는 호수면이나 해수면 상에 부선(10)을 띄우고, 그 위에 물을 저장하기 위한 수조(20)가 설치되어 있다. 상기 수조(20)의 기저부 일측에는 발전장치(50)가 설치되어 있고, 상기 발전장치(50)는 수차(55)와 발전기(53)를 구비함으로써 상기 수조(20)로부터 물을 유입시켜 외부로 방출시켜 발전을 하게 된다.

즉, 상기 물의 유동을 위해 상기 수차(55)는 상기 수조(20)와 연통되어 있고, 상기 부선(10)에는 방수관(59)이 형성되어 있어 상기 방수관(59)에 의해 호수나 해수에 연통되어 있다. 따라서, 상기 수조(20)로부터 상기 수차(55)로 유입된 물은 발전을 일으키면서 상기 방수관(59)를 통해 외부로 방출되는 것이다.

또한, 상기 수조(20)에 호수나 해수의 물을 끌어올리는 구조에 대해 상세히 살펴보면, 먼저 압력작용에 의해 호수나 해수의 물을 이송시킬 수 있도록 수압탱크(90)를 호수나 바다의 저면에 설치한다. 이때, 상기 수압탱크(90)의 하부면에는 체크밸브(91)를 설치하여 수압탱크(90) 내부로는 물이 유입되게 하면서 내부의 물은 외부로 빠져나가지 못하도록 한다.

그리고, 양수관(30)이 상기 수압탱크(90)와 상기 수조(20)를 연결하도록 설치되어, 상기 수압탱크(90)로부터 상기 수조(20)로 물을 끌어올린다. 상기 양수관(30)은 상기 수압탱크(90)의 내부로 일정길이만큼 연장되어 설치된다.

또한, 공기펌프(40)가 상기 부선(10)의 상부에 설치되어, 상기 수압탱크(90)에 공기를 투입함으로써 상기 수압탱크(90)의 내부에 소정의 공기압이 형성되도록 한다. 이러한 공기의 투입을 위해 기포관(80)이 상기 공기펌프(40)와 상기 수압탱크(90) 사이에 연결되어 있다. 이때, 상기 기포관(80)은 상기 수압탱크(90)의 내부로 일정길이만큼 연장되어 설치된다.

여기서 상기 양수관(30)은 상기 수압탱크(90) 내부에서 상기 기포관(80)과 동일한 길이를 갖도록 연장되어 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기포관(80)의 하부측 내부에는 체크밸브(81)가 설치되어 수압탱크(90) 내부의 물이 기포관(80)을 따라 거꾸로 역류하는 것을 방지해 준다.

바람직하게는, 상기 기포관(80)의 최하단에는 기포발생장치(82)가 추가로 설치되어, 다수의 기포를 발생시킴으로써 상기 기포가 양수관(30)을 따라 올라갈 수 있도록 한다. 이때, 상기 기포들이 물을 상방으로 이송시키는 역할을 하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 동작에 대해 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비에서 공기펌프가 작동하여 해저에 위치한 수압탱크내에 공기압공간이 생기는 것을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비에서 공기펌프의 지속적인 작동에 의해 발생한 기포가 물을 수조로 이송하는 것을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비의 최초 작동전 상태를 도시한 것으로, 물 밑에 위치한 수압탱크(90)는 물로 완전히 충진되어 있고 상기 양수관(30) 및 방수관(59)에도 해수면 높이와 동일한 높이까지 물이 충진되어 있다.

이 상태에서 공기펌프(40)를 작동시키면, 도 3에 도시된 바와 같이, 기포관(80)을 통해 공기가 수압탱크(90)로 투입되어, 상기 수압탱크(90) 내부에 공기압 공간(93)을 형성하게 된다. 이때, 공기압공간(93)은 소정의 높이(h₂)를 가지며, 상기 높이(h₂)는 상기 수압탱크(90)의 상단부부터 상기 기포관(80)의 최하단부 위치까지일 수 있다. 이와 같이, 공기압공간(93)이 생김으로써 그만큼의 수압탱크(90) 내부의 물이 상기 양수관(30)을 따라 상부로 밀려 올라가게 된다.

상기 수압탱크(90) 내부에 충진된 물이 일정높이에 다다르면, 상기 수압탱크(90)의 내부에 부압이 발생하여 상기 체크밸브(91)를 통해 상기 수압탱크(90) 외부의 물이 계속해서 내부로 유입되며, 이렇게 유입된 물은 다시 상기 공기압공간(93)의 공기압에 의해 양수관(30)을 통해 상기 수조(20)로 이동한다.

이와 동시에, 도 4에 도시된 바와 같이, 지속적으로 공기펌프(40)를 작동시켜 기포관(80)을 통해 공기를 주입하고 별도의 기포발생장치(82)를 통해 기포를 주입하게 되면, 발생된 기포(B)가 상기 양수관(30)을 따라 상부로 올라가게 되는데, 이때 상기 기포(B) 사이에는 해수가 위치함으로써, 가시적으로는 상기 기포(B)들이해수를 밀어올려 이송시키는 것과 같이 보인다.

즉, 상기 기포(B)들은 해수를 상기 수조(20)로 이송시키는데 큰 역할을 하고 있는 것이다.

이와 같은 작동에 의해, 물이 수조(20)에 충진하게 되면, 상기 발전장치(50)의 수차(55)를 가동하여 발전기(53)를 작동시키는 것이다. 이때, 수차(55)를 가동시킴으로써 소비된 물의 양은 상기 공기압과 기포의 작동에 의해 지속적으로 수조(20)로 재공급이 되면서, 본 발명에 따른 발전설비의 발전이 계속적으로 이루어질 수 있는 것이다.

상기와 같은 작동에 있어서, 실제적인 양수의 높이, 즉 수면으로부터 양수관(30)의 최상단부까지의 높이(h₁)는 수심(H), 양수관의 단면적(A₁), 수압탱크의 단면적(A₂), 및 수압탱크내의 공기압공간의 높이(h₂) 등으로 결정되며 양수의 높이(h₁)는 양수관의 마찰손실등으로 인하여 실제 계산치보다 10∼30% 정도 낮아진다.

도 5는 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비를 복수개 설치한 것을 도시한 수평단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 대형 수조(20')를 부선에 설치하고 그 주위에 양수관(30'), 기포관(80'), 공기펌프(40'), 및 발전장치(50')로 구성된 발전설비를 여러 세트 설치하여 사용할 수 있으며, 각각의 발전설비의 동작은 상기에 설명한 내용과 동일하게 이루어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 부유식 수력발전설비는 물의 고저차를 이용할 필요 없이, 자연 호수나 바다의 수면상에 설치하여 수력발전을 할 수 있고, 그로 인해 발전설비를 건축하는데 소요되는 시간 및 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며, 소형규모로부터 대형규모까지 필요에 따라서 용이하게 시설할 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

호수나 해수의 수면상에 부유할 수 있는 부선(10);

해수를 저장하기 위해 상기 부선 상에 설치된 수조(20);

상기 수조(20)의 기저부 일측에 설치되고 수차(55)와 발전기(53)를 구비하는 발전장치(50);

압력작용에 의해 호수나 바다의 물을 이송시키기 위해 호수나 바다의 저면에 설치되고, 하부면에 체크밸브(91)를 설치한 수압탱크(90);

상기 수압탱크(90)로부터 상기 수조(20)로 물을 끌어올리기 위해 상기 수압탱크(90)와 상기 수조(20)를 연결하는 양수관(30);

상기 수압탱크(90)에 공기를 투입하여 내부에 소정의 공기압을 형성시키기 위해 상기 부선(10)의 상부에 설치된 공기펌프(40); 및

상기 공기펌프(40)로부터 상기 수압탱크(90)로 공기를 투입하기 위해 상기 공기펌프(40)와 상기 수압탱크(90)를 연결하는 기포관(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.
제 1항에 있어서, 상기 수차(55)는 상기 수조(20)와 연통되고, 상기 부선(10)을 관통한 방수관(59)에 의해 호수나 해수와 연통되는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.
제 1항에 있어서, 상기 양수관(30)은 상기 수압탱크(90)내부에서 상기 기포관(80)과 동일한 길이로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기포관(80)의 하부측 내부에는 체크밸브(81)가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.
제 4항에 있어서, 상기 기포관(80)의 최하단에는 기포발생장치(82)가 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.
호수나 해수의 수면상에 부유할 수 있는 부선;

해수를 저장하기 위해 상기 부선 상에 설치된 수조(20');

상기 수조(20')의 기저부 일측에 설치되고 수차(55)와 발전기(53)를 구비하는 다수의 발전장치(50');

압력작용에 의해 해수를 이송시키기 위해 호수나 해수의 저면에 설치되고, 하부면에 체크밸브(91)를 설치한 다수의 수압탱크(90);

상기 수압탱크(90)로부터 상기 수조(20')로 해수를 끌어올리기 위해 상기 수압탱크(90)와 상기 수조(20')를 연결하는 다수의 양수관(30');

상기 수압탱크(90)에 공기를 투입하여 내부에 소정의 공기압을 형성시키기 위해 상기 부선(10)의 상부에 설치된 다수의 공기펌프(40'); 및

상기 공기펌프(40')로부터 상기 수압탱크(90)로 공기를 투입하기 위해 상기공기펌프(40')와 상기 수압탱크(90)를 연결하는 다수의 기포관(80')을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 수력발전설비.