KR200488733Y1 - 부유식 발전 플랜트의 바지선 - Google Patents

Abstract

부유식 발전 플랜트의 바지선이 개시된다. 본 고안의 일 실시 예에 따라 개시된 부유식 발전 플랜트의 바지선은 복수의 발전유닛이 설치되며, 외주 면을 따라 해수의 수선 면이 원형 형상을 가지도록 원판 형상으로 구성된 몸체를 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

부유식 발전 플랜트의 바지선{BARGE STRUCTURE OF A BARGE MOUNTED POWER GENERATION PLANT}

본 고안은 부유식 발전 플랜트에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 발전유닛이 설치되는 바지선의 형상의 변화를 통해 안정적인 발전 작업이 가능한 부유식 발전 플랜트의 바지선에 관한 것이다.

일반적인 발전 방법으로는 수력발전 플랜트, 화력발전 플랜트, 원자력발전 플랜트 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법 등은 대규모의 발전설비와 부지를 필요로 하고, 특히 발전 플랜트 주변의 환경오염을 유발하는 등, 환경적인 측면에서 큰 문제점이 되고 있다.

한편, 전력 예비율이란 현재 사용되는 전기보다 추가전력을 얼마다 더 공급할 수 있느냐를 보여주는 수치로서, 수치가 높으면 공급량이 충분하여 전기를 여유있게 사용할 수 있으나, 낮을 경우에는 여름과 겨울 전력 성수기에 문제가 발생할 수 있다.

전력은 저장을 할 수 없으므로 수치가 너무 높을 경우 에너지를 낭비하고, 전기요금의 부담도 커지는 등 경제적 손실을 초래하기 때문에 적정수준을 유지하는 것이 필요하며 대체로 15% 내외의 전력 유지율을 유지하는 것이 적당한 것으로 판단되고 있다.

그렇지만, 전력 수요가 급증하여 전력 예비율을 적정수준으로 유지할 수 없을 것이라 예측되거나, 전력 수급이 원활하지 못한 상황이 급작스럽게 발생할 수 있고, 이러한 전력위기 상황에 능동적으로 대처할 수 있는 방안이 심각하게 대두되고 있다.

이 방안의 일환으로, 복합화력 발전소를 바지선 위에 제작하는 신개념 플랜트로서, 조선소에서 복합화력 발전기의 완제품을 제작한 뒤 바지선에 탑재해 운영함으로써, 필요에 따라 발전설비를 다른 지역으로 이동시킬 수 있는 부유식 발전 플랜트(BMPP; barge-mounted power plant)가 대안으로 각광받고 있다.

이와 같이 BMPP는 선박과 발전 플랜트가 결합함에 따라, 육상에서 평균 4년 이상의 건설기간이 소요되는 복합화력 발전소에 비해 순수 제작기간이 1년 3개월 정도(구매, 설계, 운송기간 제외)로 짧고, 또한 부지매입과 송전선로 건설이 따로 필요치 않아 비용 절감이 가능할 뿐 아니라, 쉽게 증설 가능한 장점을 가진다.

BMPP의 설비용량은 원자력 발전(1기당 용량 1,000MW)의 20%에 해당하는 200MW에 달하며, 전력 수요에 따른 탄력적 운영이 가능하여 전력 위기 시 해결방안으로 검토되는 것이다.

현재 개발된 BMPP는 베네수엘라에 설치된 340MW가 최대이지만, 건설기자재 및 고급 현장 건설인력 수급이 어려운 해외 육상발전소 건설에 비해 품질 및 납기를 개선할 수 있고, 생산 및 건설관리가 상대적으로 용이한 조선소에서 플랜트 제작을 끝낸 후, 이를 발전소 부지로 해상 운송해 설치 및 현장 시운전을 거치게 된다.

또한, 플랜트 제작이 완료된 상태에서 운송되기 때문에, 국가 전력망 연결이 어려운 미얀마 등 동남아 도서지역에서의 탄력적 운용이 가능하다.

뿐만 아니라 기동성 활용 시에는 노후화 등으로 기존 발전소를 폐기하고 신규 플랜트를 건설할 때 발생하는 단기적 전력 공백을 대체할 수도 있다.

아울러 육상 발전소의 건설에 비해 지역 주민의 반대와 테러 위험으로부터 자유롭고, 노후 발전소를 교체할 때 일반적으로 발생하는 전력 공급의 공백도 해소할 수 있으며, 부지 매입, 환경 승인 등의 발전소 건설 규정이 까다로운 일부 선진국에서의 활용도 기대된다.

고안의 배경기술이 되는 선행기술로서 BMPP와 관련되는 고안문헌으로 검색되고 있지 않다.

도 1에는 기존의 BMPP를 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 기존의 BMPP는 일반적인 형태의 바지선(barge) 위의 파운데이션(foundation)(2)에 터빈(turbine)(4)과 발전기(generator)(6)로 구성되는 발전장치(10)가 장착되고, 터빈(4)과 발전기(6)를 샤프트(shaft)(8)로 연결되도록 구성된다.

바지선 위에 저장된 연료를 이용하여 스팀을 생성하고, 그 스팀을 이용하여 터빈(4)을 회전시키면, 터빈(4)의 회전력은 샤프트(8)를 통해서 발전기(6)에 전달되고, 그 결과 발전기(6)가 구동됨에 따라, 전기를 생산하게 된다.

그리고 바지선의 파운데이션(2)에는 해상의 주변 환경, 예를 들어 바람(wind)와 파도(wave)에 의해서 바지선이 영향을 받지 않도록 해저 면에 고정될 수 있는 파일(12)이 장착된다.

그런데, 이러한 기존의 BMPP는 부유 작동(floating operation) 시, 굽힘 모우멘트(bending moment)로 인한 호깅(hogging)과 새깅(sagging)이 발생하게 되며, 이에 발전장치의 운용에 치명적인 문제점을 상정할 수 있다.

즉, 부유체인 바지선이 해상에서 운용되기 때문에, 부유상태에서 파랑 하중이 평형하지 않은 적재 하중을 받게 되면, 부유체의 세로 모멘트가 선체 상층부에는 인장력이 발생하고, 하층부에는 압축력이 발생하도록 작용하는 상태가 발생함으로써 부유체의 중앙부가 들어 올려지듯이 변형되는 상태가 될 수 있다.

따라서 기존의 BMPP는 다양한 해상상태에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 파운데이션(2)의 중앙부가 들어 올려지듯이 변형됨에 따라 발전기(4)와 터빈(6)의 위상 차를 초래함으로써, 샤프트(8)가 변형되거나 파손(fail)될 수 있는 문제를 상정할 수 있다.

또한, 기존의 BMPP에 사용되는 발전장치(10)의 샤프트(8)는 대부분 육상용으로 제작되기 때문에 해상용으로 적용하기에는 많은 어려움을 상정할 수 있다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 복수의 발전유닛이 설치되는 바지선의 형상을 수직 굽힘 모멘트로 인한 파운데이션의 변형을 최소화하도록 변경함으로써, 해상 환경이 좋지 않은 상태에서도 안정적인 발전 작업이 가능한 부유식 발전 플랜트의 바지선을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 일 관점에 따르는 부유식 발전 플랜트의 바지선은 복수의 발전유닛이 설치되며, 외주 면을 따라 해수의 수선 면이 원형 형상을 가지도록 원판 형상 또는 정다각판 형상으로 구성된 몸체를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체는 수평 센터 라인을 중심으로 상하 대칭인 것을 특징으로 한다.

상기 몸체는 수직 센터 라인을 중심으로 좌우 대칭인 것을 특징으로 한다.

상기 몸체의 외주 면에는 볼록하게 라운드지거나, 상기 해수의 수선 면이 원형이 되는 볼록 라운드부 또는 노치부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 발전유닛은 가스 발전기와 터빈으로 구성되는 제 1 발전유닛과, 스팀 발전기와 터빈으로 구성되는 제 2 발전유닛을 포함할 수 있다.

상기 제 1 발전유닛과 상기 제 2 발전유닛은 수직 센터 라인을 중심으로 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 실시 예에 따르면, 수직 굽힘 모멘트로 인한 바지선 몸체의 변형을 최소화할 수 있도록 바지선 몸체의 형상을 변경함에 따라 장비 파운데이션의 변형이 제한되어 발전장치 샤프트 변형을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 고안의 실시 예에 따르면, 바지선 몸체가 원판 또는 다각형 판으로 변경됨에 따라 수직 센터 라인을 중심으로 4개 이상의 발전장치를 최소의 비용으로 추가로 설치할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 기존의 BMPP를 나타내는 개념도이고,
도 2는 도 1의 BMPP에 있어서, 파운데이션의 변형에 따라 발생하는 발전기와 터빈의 위상 차에 의해 샤프트가 변형되는 상태를 나타내는 예시도이고,
도 3은 본 고안의 일 실시 예에 따른 원판 형상의 부유식 발전 플랜트의 바지선의 구성을 나타내는 측면 개략도이고,
도 4는 도 3의 평면도이고,
도 5는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 정다각판 형상의 부유식 발전 플랜트의 바지선의 구성을 나타내는 평면도이고,
도 6은 본 고안의 일 변형 예로서, 측면에 볼록 라운드부가 형성된 측면 개략도이고,
도 7은 도 6의 다른 변형 예로서, 측면에 노치부가 형성된 측면 개략도이다.

이하, 본 고안의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 어떠한 부분이 어떠한 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 3 및 도 4는 본 고안의 일 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트의 바지선의 구성을 나타내고 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트의 바지선은 몸체(30)의 형상을 수직 굽힘 모멘트로 인한 파운데이션(20)의 변형을 최소화하도록 변경한 것이 특징이다.

바지선 상부의 파운데이션(20)에는 복수의 발전유닛이 설치되며, 바지선 몸체(30)는 그 외주 면을 따라 해수의 수선 면(32)이 원형 형상을 가지도록 원판 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 바지선 몸체(30)는 수평 센터 라인을 중심으로 상하 대칭이고, 수직 센터 라인을 중심으로 좌우 대칭으로 구성할 수 있다.

바지선 상부의 파운데이션(20)에 설치되는 복수의 발전유닛은 가스 발전기(42)와 터빈(44)으로 구성되는 제 1 발전유닛(40)과, 스팀 발전기(52)와 터빈(54)으로 구성되는 제 2 발전유닛(50)으로 이루어진 한 쌍의 발전유닛을 포함하되, 2배수 이상으로 발전유닛을 포함할 수 있고, 발전기(42)(52)와 터빈(44)(54)은 샤프트(46)(56)로 연결되어, 터빈(44)(54)의 구동력이 발전기(42)(52)에 전달되어 발전을 행할 수 있다.

본 고안의 바지선에 의하면, 바지선 몸체(30)를 원판 형상으로 변경함으로써, 수직 센터 라인을 중심으로 상하 좌우에 4개의 발전유닛을 대칭으로 설치할 수 있으므로, 2개의 발전유닛을 설치하던 기존의 바지선에 비해 상부의 4방향으로 발전유닛을 추가할 수 있고, 기타 여유공간의 확보가 가능하며, 여유공간을 예를 들어 연료 저장공간으로 활용할 수 있다.

제 1 발전유닛(40)과 제 2 발전유닛(50)은 몸체(30)의 중심으로부터 동심원상에 서로 대향하거나, 각각의 발전유닛끼리 대향하도록 등 간격으로 설치되어 대칭을 이룬다. 각 발전유닛(40)(50)의 터빈(44)(54)은 동심원상에 위치될 수 있다.

도 4에 있어서, 제 1 및 제 2 발전유닛(40)(50)이 서로 대칭이 되도록 4개의 발전유닛이 상하 좌우로 바지선 몸체(30)에 설치되었으나, 이와 달리, 각 발전유닛의 쌍, 즉 제 1 발전유닛(40)들이 서로 수평으로 대향하거나 제 2 발전유닛(50)들이 서로 수직으로 대향하도록 설치될 수 있다.

한편, 도 5는 본 고안의 다른 실시 예에 따른 부유식 발전 플랜트의 바지선을 나타내고 있다.

도 5의 실시 예는 바지선 몸체(30)가 원판 형상인 도 3의 실시 예와 달리, 8각의 정다각판 형상으로 바지선 몸체(30)를 형성할 수 있다.

이와 같이 바지선 몸체(30)를 8각의 정다각판 형상으로 형성함으로써, 원판 형상과 마찬가지로 수직 굽힘 모멘트로 인한 바지선의 변형을 최소로 할 수 있다.

구체적으로 도시하여 예시하지는 않았지만, 8각 이외의 6각, 5각의 정다각형 형상이어도 바지선의 변형을 최소로 할 수 있음은 물론이다.

도 5의 실시 예에 있어서, 바지선 상부의 파운데이션(20)에도 가스 발전기(42)와 터빈(44)으로 구성되는 제 1 발전유닛(40)과, 스팀 발전기(52)와 터빈(54)으로 구성되는 제 2 발전유닛(50)으로 이루어진 2배수 쌍, 예를 들어 8개의 발전유닛을 설치할 수 있고, 발전기(42)(52)와 터빈(44)(54)은 샤프트(46)(56)로 연결되어, 터빈(44)(54)의 구동력이 발전기(42)(52)에 전달되어 발전을 행할 수 있다.

본 고안의 바지선에 의하면, 바지선 몸체(30)를 정다각판 형상으로 변경함으로써, 수직 센터 라인을 중심으로 상하 좌우에 4개 이상의 발전유닛을 대칭으로 설치할 수 있으므로, 2개의 발전유닛을 설치하던 기존의 바지선에 비해 상부의 원주 방향 전체를 이용하여 발전유닛을 추가할 수 있고, 기타 여유공간을 연료 저장공간으로 활용할 수 있는 이점도 있다.

제 1 발전유닛(40)과 제 2 발전유닛(50)은 몸체(30)의 중심으로부터 동심원상에 서로 대향하거나, 각각의 발전유닛끼리 대향하도록 등 간격으로 설치되어 대칭을 이룬다. 각 발전유닛(40)(50)의 터빈(44)(54)은 동심원상에 위치될 수 있다.

한편, 도 6 및 도 7은 본 고안의 변형 예들로서, 도 6에 도시된 바와 같이 바지선 몸체(30)의 측면에 볼록 라운드부(34)가 형성되거나 도 7에 도시된 같이 노치부(36)가 형성되며, 바지선 몸체(30)의 외주 면을 따라 해수의 수선 면(32)이 원형 형상을 가지도록 구성될 수 있다.

이상과 같이 구성된 본 고안의 부유식 발전 플랜트의 바지선은 그 몸체(30)를 원판 또는 정다각판 형상이므로, 부유 작동(floating operation) 시, 수직 굽힘 모멘트(bending moment)로 인한 바지선 몸체(30)의 변형을 최소함으로써, 파운데이션(20)의 변형이 억제되어, 파운데이션(20) 상부에 설치된 각 발전유닛(40)(50)의 터빈과 발전기를 연결하는 샤프트가 변형되지 않으므로 해상 환경이 좋지 않은 상태에서도 발전 작업을 안정적으로 행할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 고안에 따른 부유식 발전 플랜트의 바지선의 바람직한 실시 예에 불과한 것으로서, 본 고안은 상기한 실시 예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 고안청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 고안의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.

20 : 파운데이션
30 : 바지선 몸체
32 : 해수의 수선 면
34 : 볼록 라운드부
36 : 노치부
40,50 : 발전유닛
42 : 가스 발전기
44,54 : 터빈
46, 56 : 샤프트
52 : 스팀 발전기

Claims (12)

1. 부유식 발전 플랜트의 바지선으로서,
   복수의 발전유닛이 설치되며, 외주 면을 따라 해수의 수선 면이 원형 형상 또는 정다각판 형상 중 어느 하나를 가지도록 원판 형상으로 구성된 몸체를 가지되,
   상기 몸체의 외주 면에는 상기 해수의 수선 면이 원형이 되는 볼록 라운드부가 형성되며,
   상기 몸체 원주 방향 전체를 이용하여 상기 발전유닛이 설치되고, 상기 몸체의 기타 여유공간을 연료 저장공간으로 활용하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 바지선.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체는 수평 센터 라인을 중심으로 상하 대칭인 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 바지선.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체는 수직 센터 라인을 중심으로 좌우 대칭인 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 바지선.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 발전유닛은 가스 발전기와 터빈으로 구성되는 제 1 발전유닛과, 스팀 발전기와 터빈으로 구성되는 제 2 발전유닛을 포함하는 부유식 발전 플랜트의 바지선.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 발전유닛과 상기 제 2 발전유닛은 수직 센터 라인을 중심으로 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 부유식 발전 플랜트의 바지선.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

Images