KR20090053064A - 조력발전용 복층형 수문 구조물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조력발전소에 설치되는 수문 구조물에 관한 것으로, 수로벽을 공유하는 상부수로 및 하부수로를 일체화하여 구성하되, 각각의 수문을 인접하여 설치하여 권양기 등 수문 구동 설비를 간소화하고 각각의 수로에 독립적인 운용이 가능한 스톱로그투입부를 설치하여 수로 및 수문의 효율적인 유지관리가 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 한정된 사업비 내에서 수로의 통수능을 최대한 확보할 수 있어 신속한 충수(充水) 및 방류가 가능할 뿐 아니라 수문을 통한 유출입 조절 또한 용이하게 수행할 수 있다.
조력발전, 수문, 수로, 복층

Description

조력발전용 복층형 수문 구조물{Layered type installation structure of water gate for tidal power plant}
본 발명은 조력발전소에 설치되는 수문 구조물에 관한 것으로, 수로벽을 공유하는 상부수로 및 하부수로를 일체화하여 구성하되, 각각의 수문을 인접하여 설치하여 권양기 등 수문 구동 설비를 간소화하고 각각의 수로에 독립적인 운용이 가능한 스톱로그투입부를 설치하여 수로 및 수문의 효율적인 유지관리가 가능하도록 한 것이다.
조력발전이란 조석으로 인한 해수면의 승강현상을 이용한 발전방식으로서 부체(浮體)가 받는 부력을 이용하는 부체식, 조위의 승강에 따라 밀실에서 압축된 공기를 이용하는 압축공기식 및 방조제를 축조하여 인공적인 해수저수지 즉, 조지(潮池)를 조성하여 발전하는 조지식으로 분류될 수 있다.
이들 중 상업적으로 실용화된 유일한 방식이라 할 수 있는 조지식 조력발전은 조석간만(潮汐干滿)의 차가 현저한 해안에 방조제 등을 축조하여 조지를 형성하 고, 외해가 고조일 때 수문을 열어 해수를 조지에 유입시키거나, 외해가 저조일 때 조지에서 외해로 배수하는 과정에서 수차를 구동하여 발전하는 방식을 말한다.
이러한 조지식 조력발전에 있어서, 해수의 조지내 유입시 및 외해로의 배수시 모두 수차를 가동하는 방식을 복류식이라 하고, 유입 또는 배수 어느 하나에서만 수차를 가동하는 방식을 단류식이라 하며, 단류식 중 유입시에 수차를 가동하는 것을 창조식, 배수시에 가동하는 것을 낙조식이라 한다.
조지식 조력발전소를 구성하는 구조물은 기본적인 구조물로서 조지를 형성하기 위한 방조제와 방조제 내, 외부 즉 조지 및 외해간 해수 유통을 위한 수로 및 발전기의 구동을 위한 수차가 설치되는 발전수로 등을 들 수 있으며, 이론적으로 별도의 수로 없이 수차의 회전축 단속상태 및 임펠러(impeller) 각도를 조절함으로써 발전수로만으로 해수의 유동 및 발전을 병행할 수도 있으나 유의한 효율을 기대할 수 없으므로, 통상 발전수로와 별도의 해수 출입수로를 설치하게 된다.
이러한 출입수로는 방조제를 횡단하는 구조물로서 가능한 한 최대의 통수능을 확보하는 것이 유리하지만, 수문 및 수로가 광대해질 경우 수문 구동을 위한 기계설비의 설치비용이 기하급수적으로 상승될 뿐 아니라, 관련 구조물 및 부대공의 규모 또한 확장되어 전체 공사비가 대폭 증액되는 문제점이 있다.
이에, 소규모의 수로 및 수문을 다수 설치하는 방식이 사용되고 있으나, 이 또한 전체 수문 구조물의 방조제 종방향 측 연장이 확장될 수 밖에 없으므로, 기초공 및 가물막이공 등의 선행 및 부대공사의 실시 면적이 확대되고, 특히 기존 방조제에 수문 구조물을 설치하는 경우, 수문 구조물의 설치를 위하여 방조제를 절단하여야 하는 바, 방조제의 절단부가 과다하게 소요되며, 완공후에도 이들 절단부는 구조적 취약부로 작용할 수 있으므로 전체 방조제의 안정성에 큰 위협이 되는 심각한 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 조력발전 방조제(100)를 횡단하여 설치되는 수문 구조물에 있어서, 각각 상부수문(310) 및 하부수문(210)이 설치되는 상부수로(300) 및 하부수로(200)가 수로벽(150)을 공유하며 구성되되, 상부수로(300)와 하부수로(200)는 수평의 분할판(400)에 의하여 분할되고, 상부수문(310) 및 하부수문(210)은 서로 인접하여 설치되며, 상부수로(300) 및 하부수로(200)의 양 단부에는 각각 스톱로그투입부(152)가 형성됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물로서, 하부수문(210)은 분할판(400)을 관통하여 승강되고, 상부수로(300) 양 단부의 스톱로그투입부(152) 외측에 하부수로(200)의 스톱로그투입부(152)가 각각 설치됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물이며, 상기 분할판(400)의 내부에는 다수의 격실(420)이 형성되되, 격실(420) 하부에는 통수구(421)가 형성되고, 격실(420)과 외부를 연결하는 통기구(422)가 설치됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물이다.
또한, 상기 분할판(400) 내부에는 수로를 횡단하는 방향으로 검사랑(410)이 형성되고 이 검사랑(410)은 수로벽(150)을 관통하여 수로벽(150) 측면에 설치되는 관리동(430)과 연결됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물이다.
본 발명을 통하여, 수문의 효율적인 운용 및 유지관리가 가능함은 물론, 각종 기계설비 및 구조물을 집약화함으로써 소요 부지 및 자재를 절감하고 공기를 단 축하며 전체 구조물을 간소화하여 조력발전소 건설비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 한정된 사업비 내에서 수로의 통수능을 최대한 확보할 수 있어 신속한 충수(充水) 및 방류가 가능할 뿐 아니라 수문을 통한 유출입 조절 또한 용이한 장점이 있다.
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선, 도 1은 본 발명의 부분절단 사시도로서, 동 도면 및 본 발명의 대표 단면도인 도 2를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 각각 상부수문(310) 및 하부수문(210)이 설치되는 상부수로(300) 및 하부수로(200)가 수로벽(150)을 공유하면서 수평의 분할판(400)에 의하여 분할되어 복층으로 구성되며, 상부수로(300) 및 하부수로(200)의 양 단부에는 각각 스톱로그투입부(152)가 형성된다.
즉, 장방형 단면의 수로가 분할판(400)에 의하여 상부 및 하부의 2개 수로로 분할된 형태를 가지되, 상부수로(300) 및 하부수로(200)에 각각 상부수문(310) 및 하부수문(210)이 구성되고, 이들 상부수문(310) 및 하부수문(210)은 서로 인접하여 설치되어 권양기지지대(312) 등의 권양기(311) 관련설비를 공유하도록 구성된 것이다.
도 2에서와 같이, 하부수문(210)은 분할판(400)을 관통하여 승강하도록 구성되며, 상부수문(310) 및 하부수문(210)의 외측에는 양측으로 2열씩 총 4열의 스톱 로그투입부(152)가 형성된다.
스톱로그(151)는 수로 또는 수문의 점검시 수로를 통한 해수의 유통을 일시적으로 차단하기 위한 갑문으로서, 상부수로(300)를 횡단하는 횡단보(320), 권양기지지대(312) 및 횡단교량(330)의 노견부(331)를 주행로로 하는 갠트리크레인(gantry crane)(329)에 의하여 스톱로그투입부(152)로 투입된다.
도 3 및 도 4는 스톱로그(151)의 투입상태에 따른 상부수로(300) 및 하부수로(200)의 해수 유통상태를 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상부수로(300)와 하부수로(200)가 개별적으로 폐쇄 및 개방될 수 있으므로, 어느 한 쪽의 폐쇄시에도 나머지 수로는 정상적인 운용이 가능하게 된다.
즉, 하부수로(200) 양 단부의 스톱로그투입부(152) 내측에 상부수로(300) 양 단부의 스톱로그투입부(152)를 형성함으로써, 하부수로(200)의 스톱로그투입부(152)에 스톱로그(151)를 투입하게 되면 스톱로그(151) 상단과 하단이 각각 분할판(400)과 하부수로(200) 저면에 밀착하게 되어, 하부수로(200)의 스톱로그(151)가 수면 위로 돌출되지 않아도 하부수로(200)의 수밀이 가능한 것이다.
따라서 도 3에서와 같이, 하부수로(200)를 폐쇄한 상태에서도 상부수로(300)를 통한 해수의 유통이 가능하게 된다.
한편, 도 3 내지 도 5에서와 같이, 분할판(400) 내부에는 다수의 격실(420) 및 검사랑(inspection gallery)(410)을 형성하여 구조물의 자중을 저감하고 하부수로(200)의 효과적인 점검이 가능하도록 하였다.
즉, 분할판(400)의 내부에 중공(中空)의 격실(420)을 구성하여, 소기의 기하 학적 강성은 확보하면서 자중을 저감하고 자재를 절감할 수 있도록 하였으며, 도 5에서와 같이 수로를 횡단하는 검사랑(410)을 형성하여 수로벽(150) 측면에 구성되는 관리동(430)과 연결함으로써 상부수로(300)의 사용중에도 하부수로(200)로 진입할 수 있도록 하였다.
여기서 관리동(430)은 구조물 및 수문 등을 유지관리하기 위한 일종의 작업공간이자, 외부와 검사랑(410)을 연결하는 통로 구조물로서, 수로벽(150) 측면에 인접하여 구성하게 되며, 작업자는 이 관리동(430)을 통하여 검사랑(410)에 진입한 후, 검사랑(410) 하부의 진입통로(411)를 통하여 하부수로(200) 내부로 들어갈 수 있게 된다.
특히, 도 7에서와 같이 다수의 수문 구조물이 조합되어 설치되는 경우, 각각의 검사랑(410)을 모두 연결할 수 있으며, 이들 수문 구조물 조합체의 양단 또는 일단에 하나의 관리동(430)만 구성하여도 전체 하부수로(200)들에 접근이 가능하게 된다.
또한, 중공의 격실(420) 하부에는 통수구(421)를 형성하고 외부와 연결되는 통기구(422)를 설치하여 분할판(400)이 수몰될 시 격실(420) 내부로 해수가 유입되도록 함으로써 구조물에 작용하는 부력을 최소화할 수 있도록 하였다.
수위가 상승하여 분할판(400)이 수몰되면 분할판(400) 하부에 형성된 통수구(421)를 통하여 격실(420) 내부로 해수가 유입됨과 동시에 격실(420) 내부의 공기는 통기구(422)를 통하여 외부로 배출되는데, 통기구(422)의 배출단은 계획 최고수위 보다 높게 설치하여야 통기구(422)를 통한 해수의 외부 유출을 방지할 수 있 는 바, 도 5에 도시된 실시예의 경우 통기구(422)가 격실(420)과 수로벽(150) 상단을 연결하도록 설치되었으나, 이러한 통기구(422)의 설치위치는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 이에 대한 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.
한편, 도 6은 상부수로(300) 상부의 횡단교량(330) 내부의 격실(420)에도 통수구(421) 및 통기구(422)를 형성한 실시예로서, 횡단교량(330)의 상단면은 계획 최고수위 이상의 표고를 가지므로 도시된 바와 같이 간단하게 통기구(422)를 설치할 수 있으며, 이러한 횡단교량(330)의 격실(420) 및 분할판(400)의 격실(420)은 공히 수위가 하강하게 되면 유입되었던 해수가 다시 배출되므로, 원활한 배출을 위하여 격실(420) 바닥에 소정의 경사를 형성하고 통수구(421)를 최 저부에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이렇듯, 본 발명의 수문 구조물은 각각 상부수문(310) 및 하부수문(210)이 설치되는 상부수로(300) 및 하부수로(200)가 일체형으로 집약되어 구성되며, 이들 상, 하 수로는 기초구조물 및 활동방지키(key)(221), 전, 후방의 에이프런(apron)(222) 등의 하부구조물을 공유함은 물론, 주요 구조체인 수로벽(150) 또한 공유하게 되므로, 소요 부지 및 자재를 절감하고 공기를 단축하며 전체 구조물을 간소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 시공상태 부분절단 사시도
도 2는 본 발명의 대표 단면도
도 3은 본 발명의 하부수로 폐쇄상태 단면도
도 4는 본 발명의 상부수로 폐쇄상태 단면도
도 5는 본 발명의 관리동 연결상태 부분절단 사시도
도 6은 본 발명의 횡단교량 격실 예시도
도 7은 본 발명의 조합체 부분절단 사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
100 : 방조제
150 : 수로벽
151 : 스톱로그(stoplog)
152 : 스톱로그투입부
200 : 하부수로
210 : 하부수문
221 : 활동방지키(key)
222 : 에이프런(apron)
300 : 상부수로
310 : 상부수문
311 : 권양기
312 : 권양기지지대
320 : 횡단보
329 : 갠트리크레인(gantry crane)
330 : 횡단교량
331 : 노견부
400 : 분할판
410 : 검사랑
411 : 진입통로
420 : 격실
421 : 통수구
422 : 통기구
430 : 관리동(管理棟)

Claims (5)

  1. 조력발전 방조제(100)를 횡단하여 설치되는 수문 구조물에 있어서, 각각 상부수문(310) 및 하부수문(210)이 설치되는 상부수로(300) 및 하부수로(200)가 수로벽(150)을 공유하며 구성되되, 상부수로(300)와 하부수로(200)는 수평의 분할판(400)에 의하여 분할되고;
    상부수문(310) 및 하부수문(210)은 서로 인접하여 설치되며;
    상부수로(300) 및 하부수로(200)의 양 단부에는 각각 스톱로그투입부(152)가 형성됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 하부수문(210)은 분할판(400)을 관통하여 승강되고;
    상부수로(300) 양 단부의 스톱로그투입부(152) 외측에 하부수로(200)의 스톱로그투입부(152)가 각각 설치됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 분할판(400)의 내부에는 다수의 격실(420)이 형성되되, 격실(420) 하부에는 통수구(421)가 형성되고, 격실(420)과 외부를 연결하는 통기구(422)가 설치됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 분할판(400) 내부에는 수로를 횡단하는 방향으로 검사랑(410)이 형성됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 검사랑(410)은 수로벽(150)을 관통하여 수로벽(150) 측면에 설치되는 관리동(430)과 연결됨을 특징으로 하는 조력발전용 복층형 수문 구조물.
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