KR20040107166A - 헬리칼형 해양 복합발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양환경에서 얻을 수 있는 자연에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치에 관한 것으로서, 해양환경에서 제공하는 자연에너지를 에너지원으로 이용하는 발전장치에 있어서, 하단부가 해저지반에 고정되는 원통형 수직지지기둥; 수직지지기둥을 감싸는 형태로 설치되어 수직지지기둥 축으로 회전하는 동력전달실린더; 동력전달실린더가 자체의 중심에 위치하도록 동력전달실린더의 수면 이하 부분에 고정되는 하나 이상의 헬리칼 블레이드; 수직지지기둥의 수면 상부에 설치되며, 수면 상부로 노출되는 동력전달실린더의 상단부와 자체의 입력축이 맞물려 회전력을 전달받는 헬리칼 발전기; 수직지지기둥의 상단부에 스위블에 의해 회전가능하게 설치되는 풍력 발전기; 및 풍력 발전기의 입력축에 설치되는 프로펠라 블레이드;를 포함한 구성으로 이루어져, 바람과 해류라는 두 종류의 에너지원을 이용하여 풍력발전과 해류발전을 동시에 수행하며, 따라서 현저히 향상된 발전의 연속성을 확보함에 따라 단일 에너지원을 이용할 경우에 발생할 수 있는 운용상의 단점을 보완함과 더불어, 극대화된 발전용량을 확보할 수 있는 헬리칼형 해양 복합발전장치를 제공한다.

Description

헬리칼형 해양 복합발전장치{HELICAL TYPE OFFSHORE COMBINED GENERATING SYSTEM}

본 발명은 해양환경에서 얻을 수 있는 자연에너지를 이용하여 전력을 생산하는 발전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해풍을 이용한 풍력발전과 해류를 이용한 해류발전을 동시에 수행할 수 있는 복합 발전장치에 관한 것이다.

전기를 생산하기 위한 대표적인 발전의 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력발전을 들 수 있을 것이다.

그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제가 있었다. 그리고, 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하기는 하지만, 방사선 누출을 차단하기 위해 시설투자에 막대한 비용이 요구되고, 혐오시설로 인식되어 건설준비단계에서부터 지역주민들에 의한 강력한 저항을 받을 수 밖에 없으며, 폐기물처리가 쉽지 않을 뿐만아니라, 경미한 사고일지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다.

근래들어, 화력이나 원자력에서 벗어나 공해문제로부터 자유로울 수 있는 풍력, 조력, 수력, 태양열 등과 같은 자연에너지가 공해가 없는 청정에너지일 뿐만 아니라, 고갈될 염려가 없는 영구적인 에너지원으로서 발전 용도의 에너지원으로 주목을 받고 있다.

그러나, 전통적인 발전 형태인 수력발전은 공해를 유발하지는 않지만, 물막이를 위한 막대한 건설비용이 요구되고, 댐 건설후 광범위한 지역의 수몰에 따른 생태계의 변화와 더불어 심한 경우에는 해당지역의 기후까지도 변화시키는 2차적인 환경문제가 발생할 수 있는 등의 문제점을 갖고 있다.

한편, 풍력발전 및 태양열발전은 기상상태의 영향에 지배되므로, 바람이 없는 경우 및 태양복사에너지가 차단되는 경우에는 발전이 불가능한 문제점이 있었다

청정에너지를 이용한 발전의 형태는 발전을 거듭하여 해양환경에서 얻을 수 있는 무궁무진한 자연에너지를 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 등장하였으며, 동시에 그 사용이 증가하고 있다. 실제로, 해양에서 얻을 수 있는 에너지원을 이용한 전력생산의 예를 살펴 보면, 해류, 온도차, 파도, 바람, 조수 간만의 차 등을 이용하여 전력을 생산하는 다양한 종류의 발전 형태가 이용되고 있다.

이와 같은 발전의 형태는 모두 공해와는 무관한 청정에너지를 발전에 이용하는 점에서 장점을 갖고 있지만, 조력발전은 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려울 뿐만아니라 막대한 건설비용 부담과 더불어 갯벌을 황폐화 및 방대한 지역의 환경에 막대한 영향을 미치는 문제점이 있으며, 파력발전 및 해양온도차발전 역시 입지조건이 상당히 제한적임에 따라 보편적으로 적용되기가 어려운 문제점이 있었다.

해양환경에서 날씨의 변화와 상관없이 지속적인 발전이 가능한 것과 동시에 오염이 없는 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 해류발전이 대안으로 부각되고 있으며, 해류발전은 입지조건의 제약이 전혀 없는 것은 아니지만 조력발전에 비해서는 폭 넓은 이용이 가능하고, 해류의 풍부한 운동에너지를 적극적으로 이용한다는 측면에서 큰 관심사가 되고 있지만, 구조가 복잡하고 발전용량에 대한 한계성이 따를 수 밖에 없는 문제점이 있는 실정이다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해소하고자 발명한 것으로서,

본 발명의 목적은 해양환경에서 쉽게 얻을 수 있는 바람의 운동에너지와 해류의 운동에너지를 동시에 발전의 에너지원으로 이용하여 발전의 연속성과 극대화된 발전용량을 확보할 수 있으며, 구조가 단순하여 건설비용의 절감이 가능한 복합발전장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치를 개략적으로 도시한 정면도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치를 개략적으로 도시한 부분파단 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 수직지지기둥 20: 헬리칼 블레이드

30: 헬리칼 발전기 40: 동력전달실린더

50: 프로펠라 블레이드 60: 풍력 발전기

70: 스위블

이를 실현하기 위한 본 발명은,

해양환경에서 제공하는 자연에너지를 에너지원으로 이용하는 발전장치에 있어서,

하단부가 해저지반에 고정되는 원통형 수직지지기둥;

상기 수직지지기둥을 감싸는 형태로 설치되어 상기 수직지지기둥 축으로 회전하는 동력전달실린더;

상기 동력전달실린더가 자체의 중심에 위치하도록 상기 동력전달실린더의 수면 이하 부분에 고정되는 하나 이상의 헬리칼 블레이드;

상기 수직지지기둥의 수면 상부에 설치되며, 수면 상부로 노출되는 상기 동력전달실린더의 상단부와 자체의 입력축이 맞물려 회전력을 전달받는 헬리칼 발전기;

상기 수직지지기둥의 상단부에 스위블에 의해 회전가능하게 설치되는 풍력발전기; 및

상기 풍력 발전기의 입력축에 설치되는 프로펠라 블레이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리칼형 해양 복합발전장치를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 해저지반에 고정되는 원통형 수직지지기둥(10)과, 수중에 설치되는 헬리칼 블레이드(20)와 헬리칼 블레이드(20)의 회전력에 의해 전기를 발생시키는 헬리칼 발전기(30)를 포함하는 해류 발전부, 및 프로펠라 블레이드(50)와 풍력 발전기(60)를 포함하는 풍력 발전부로 이루어진다.

수직지지기둥(10)은 해류 발전부와 풍력 발전부를 모두 지지하는 뼈대의 역할을 수행하는 원통형 단면을 갖는 구조물로서, 하단부가 해저지반에 파일 관입 등을 통해 수직상태를 유지하도록 견고하게 고정된다.

수직지지기둥(10)의 외부를 감싸는 형태로 해류 발전부를 구성하는 동력전달실린더(40)가 설치되는데, 이 동력전달실린더(40)는 수직지지기둥(10)을 축으로 자유로운 회전이 가능하도록 설치된다.

이와 같은 동력전달실린더(40)의 수면 이하 부분에 하나 이상의 헬리칼 블레이드(20)가 설치되며, 이때 동력전달실린더(40)가 각 헬리칼 블레이드(20)의 중심을 관통하는 형태로 고정되어 해류의 운동에너지가 헬리칼 블레이드(20)에 전달되는 경우 동력전달실린더(40)도 함께 회전하게 된다.

그리고, 동력전달실린더(40)로부터 회전력을 전달받아 전기를 생산하는 헬리칼 발전기(30)가 수면 상부로 노출된 수직지지기둥(10)의 상부측에 설치되며, 이때 헬리칼 발전기(30)는 역시 수면 상부로 노출되는 동력전달실린더(40)의 상단부와 자체의 입력축이 맞물려 회전력을 전달받을 수 있도록 설치된다.

또한, 수직지지기둥(10)의 상단부에 풍력 발전기(60)가 설치되며, 이 풍력 발전기(60)의 입력축에 바람의 운동에너지에 의해 회전하는 프로펠라 블레이드(50)가 설치된다.

여기서, 풍력 발전기(60)는 풍향에 따라 자체의 자동적인 회전이 가능하도록 스위블(70)을 통해 수직지지기둥(10)의 상단부에 고정된다.

이상과 같은 본 발명에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치의 작동에 관하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치는 바람과 해류의 운동에너지를 에너지원으로 사용할 수 있으며 수심이 깊지 않은 연안지역에 설치되어 사용되는 것이 바람직하다.

우선, 수중에 위치하는 헬리칼 블레이드(20)에 해류의 운동에너지가 전달됨으로써 헬리칼 블레이드(20)와 헬리칼 블레아드(20)가 고정된 동력전달실린더(40)가 수직지지기둥(10)을 축으로 회전하게 된다. 동력전달실린더(40)는 자체의 상단부가 수면 상부에 위치한 헬리칼 발전기(30)의 입력축과 맞물려 있음에 따라 회전력을 헬리칼 발전기(30)에 전달하게 되고, 헬리칼 발전기(30)는 전달받은 회전력을 이용하여 전기를 발생시키게 된다. 여기서, 헬리칼 블레이드(20)는 해류의 방향에 관계없이 작동이 가능한 것으로서, 발전효율을 향상과 발전의 연속성을 극대화하는 역할을 수행한다.

동력전달실린더(40)에 고정되는 헬리칼 블레이드(20)의 수는 설치지역의 해류와 수심등에 따라 결정되며, 헬리칼 블레이드(20)의 단면 형상, 크기 등도 마찬가지로 해류의 유속이나 수심 등의 설치지역의 주변환경에 따라 결정된다.

그리고, 수면 위에 노출된 프로펠라 블레이드(50)에 바람의 운동에너지가 전달됨으로써 풍력 발전기(60)에 회전력이 전달되고, 풍력 발전기(60)는 전달받은 회전력으로 전기를 발생시키게 된다.

이와 같은 풍력 발전기(60)는 수직지지기둥(10)의 상단부에 스위블(70)에 의해 고정됨으로써 회전가능한 상태로 위치하게 되고, 따라서 풍향에 따라 풍력 발전기(60)가 자체적으로 회전할 수 있도록 함으로써 발전효율을 극대화 시킬 수 있게 된다.

따라서, 해풍을 이용한 발전이 크기와 방향의 변화가 심할 수 밖에 없는 해풍을 에너지원으로 함에 따라 일정한 발전력이나 발전량을 기대하기 어려워 주 전력공급원으로서는 한계성이 있었으며, 해류를 이용한 발전은 계절적 요인과 조석에 영향 등에 따라 해류의 유속 편차가 발생하지만, 해풍을 이용한 풍력발전과 해류를 이용한 해류발전을 동시에 수행할 수 있도록 하여 연속적인 전력공급원으로 적용이 가능하게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따른 헬리칼형 해양 복합발전장치는 바람과 해류라는 두 종류의 에너지원을 이용하여 풍력발전과 해류발전을 동시에 수행하며, 따라서 현저히 향상된 발전의 연속성을 확보함에 따라 단일 에너지원을 이용할 경우에 발생할 수 있는 운용상의 단점을 보완함과 더불어, 극대화된 발전용량을 확보할 수 있게 된다.

또한, 구조가 단순하여 건설비용과 운영비용의 절감이 가능하며, 발전에 이용되는 에너지원이 모두 공해와 무관한 청정에너지임에 따라 주변환경과 잘 어울릴 수 있는 장점을 갖는 것이다.

이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 해양환경에서 제공하는 자연에너지를 에너지원으로 이용하는 발전장치에 있어서,

   하단부가 해저지반에 고정되는 원통형 수직지지기둥(10);

   상기 수직지지기둥(10)을 감싸는 형태로 설치되어 상기 수직지지기둥(10) 축으로 회전하는 동력전달실린더(40);

   상기 동력전달실린더(40)가 자체의 중심에 위치하도록 상기 동력전달실린더(40)의 수면 이하 부분에 고정되는 하나 이상의 헬리칼 블레이드(20);

   상기 수직지지기둥(10)의 수면 상부에 설치되며, 수면 상부로 노출되는 상기 동력전달실린더(40)의 상단부와 자체의 입력축이 맞물려 회전력을 전달받는 헬리칼 발전기(30);

   상기 수직지지기둥(10)의 상단부에 스위블(70)에 의해 회전가능하게 설치되는 풍력 발전기(60); 및

   상기 풍력 발전기(60)의 입력축에 설치되는 프로펠라 블레이드(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리칼형 해양 복합발전장치.