KR20100066027A - 격자형 파력발전 - Google Patents

Abstract

본 발명은 격자형 파력발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파랑의 수면에 떠있는 부력체가 파랑의 운동에 의해 상하 또는 회전운동을 하도록 하고 그 에너지를 이용하여 발전을 하는 소위 가동물체형 파력발전 시스템의 부력체를 격자형으로 배치한 격자형 파력발전 시스템에 관한 것이다.

본 발명은, 그 각각은 일방향으로 길게 제작되며 격자형상으로 해수면 상에 배치되는 여러 개의 부력체와, 상기 격자형상으로 배치되는 부력체의 인접하는 단부들을 서로 연결하되, 그 연결되는 부분에서 상기 부력체들의 상대회전운동을 허용하는 커플러와, 상기 부력체의 내부 또는 외부에 마련되며, 상기 해수면의 상하 또는 좌우방향의 운동에 의한 상기 부력체의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 에너지 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자형 파력발전 시스템을 제공한다.

Description

격자형 파력발전{Grid-type wave-power generation system}

본 발명은 격자형 파력발전 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파랑의 수면에 떠있는 부력체가 파랑의 운동에 의해 상하 또는 회전운동을 하도록 하고 그 에너지를 이용하여 발전을 하는 소위 가동물체형 파력발전 시스템의 부력체를 격자형으로 배치한 격자형 파력발전 시스템에 관한 것이다.

파력발전이란 파도에 의하여 발생하는 에너지를 이용하여 발전을 하는 시스템이다. 파도 때문에 수면은 주기적으로 상하운동을 하고 해수입자는 전후로 움직이게 되는데 이러한 운동을 에너지 변환장파도가 진행하는 에너지 또는 파도의 상하방향의 운동에너지를 이용하는 것이다.

이러한 파력발전 시스템은 출력 변동이 심하고 대규모 플랜트를 해상에 계류시키는 것이 용이하지 않으며 파도가 강한 지역을 찾는 것이 쉽지 않고, 현재의 기술수준으로는 발전단가가 높은 등의 여러 가지 단점이 있으나, 소규모로도 설치가 가능하고, 일부 파력발전 시스템의 경우 방파제로도 활용할 수도 있으며, 한 번 설치해 놓으면 반 영구적으로 사용할 수 있고 공해를 유발하지 않는 신재생 에너지로서 최근 각광받고 있다.

이러한 파력발전 시스템에는 파력을 이용하여 공기를 압축하고 그 압축된 공기의 에너지를 이용하여 터빈을 회전하는 방식과 파력을 기계적인 에너지로 변환하고 그 변환된 기계적인 에너지를 이용하여 터빈을 회전시키는 방식으로 나눌 수 있다.

파력을 기계적인 에너지로 변환하는 파력발전 시스템의 하나의 예로 미국등록 특허 제6,476,511호(명칭 : Floating apparatus and method for extracting power from sea waves)에 게재된 파력발전 시스템이 있다.

상기 등록특허에 개시된 파력발전 시스템은 도 1에 개략적으로 묘사된 바와 같이 일렬로 배치된 여러 개의 부력체(1)와, 서로 인접하는 부력체(1)들의 인접하는 단부에 설치되는 에너지 전환수단(2)과 서로 인접하는 부력체(1)들을 연결하는 커플러(3)로 구성되어 있다. 상기 부력체(1)는 그 단면이 원형 또는 타원형으로 구성되어 있으며, 하부의 일부는 물에 잠기게 된다. 상기 커플러(2)는 서로 인접하는부력체(1)의 단부들이 상대회전을 할 수 있도록 힌지장치가 마련되어 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 상기 파력발전 시스템은 해저면에 고정되는 앵커와 앵커와 부력체들을 서로 연결하는 와이어 등의 고정수단에 의해 파랑에 의해 떠내려가는 것을 방지하게 된다.

도 1에 도시된 파력발전 시스템은 수면에 떠 있는 상태로 발전을 하게 되는데 파랑에 의해 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같은 운동을 하게 된다. 도 2a 및 도 2b는 위에서 본 상태를 도시한 것으로서, 도 2a와 같이 일렬로 나란하게 배치된 상태에서 도2b에 도시된 바와 같이 지그재그로 배열된 상태로 부력체(1)들의 배치 가 바뀌는 과정에서 에너지 전환수단(2)에 의해 파력 에너지를 전기 에너지로 전환하게 된다. 도 2c 및 도 2d는 측면에서 본 상태를 도시한 것으로서, 파랑에 의해 수면의 위치가 변화하면서 도 2c에 도시된 상태에서 도 2d에 도시된 상태로 바뀌는 운동을 하게 되면 이러한 움직임에 의해서도 에너지 변환수단(2)에 의해 파랑 에너지를 전기에너지로 변환하여 발전을 하게 된다. 물론 도 2a 내지 도 2d에 도시된 상태가 모든 운동 상태를 표현하고 있는 것은 아니며 다양한 형태로 계속해서 운동을 하게 되며 그 과정에서 전기에너지가 생산된다.

상기 에너지 변환수단(2)은 도 3에 간략하게 도시되어 있다. 상기 에너지 변환수단(2)은 로드(4)와 실린더(5)로 구성되어 있으며, 부력체(1)가 운동을 하는 과정에서 로드(4)와 실린더(5)는 피스톤 운동을 하게 되며 그러한 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 발전하게 되는 것이다.

파력을 기계적인 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 파력발전 시스템의 또하나의 예로서 최근 상업화 실험에 들어간 Ocean Power Delivery Ltd.의 Pelamis P-750 Wave Energy Converter가 있다. 상기 제품의 경우에도 전술한 미국등록특허 제6,476,511호와 유사하게 일렬로 길게 마련되는 부력체와 부력체들을 연결하되 회전이 가능하도록 힌지가 포함된 커플러, 부력체들의 내부에 마련되는 에너지 전환수단 및 상기 부력체들을 해저면에 고정하기 위한 수단을 구비하고 있다. 상기 제품의 경우 부력체는 3.5미터의 직경을 가지는 원형단면을 취하고 있고, 그 내부에 는 에너지 전환수단으로 하이드롤릭 램과 하이드롤릭 램에 의해 회전하는 하이드롤릭 모터, 발전기 등을 수용하고 있으며, 부력체들이 연결된 총길이는 150미터에 이 른다. (http://www.redwoodenergy.org/uploads/OPD%20-%20Newport%20Presentation% 2006.pdf 참조)

전술한 파력발전 시스템에 있어 최대의 전력생산을 위해 고려할 사항으로 부력체의 크기와 에너지 전환수단의 구성 등도 매우 중요하지만, 일방향으로 길게 마련되는 부력체의 운동을 최대화할 수 있는 부력체의 배치도 매우 중요한데, 계속해서 변하는 파도의 방향에 맞추어 파력발전 시스템을 재배치하는 것은 현실적으로 어 어렵다. 왜냐하면 파력발전 시스템의 크기가 매우 클 뿐만 아니라 파랑에 의해 떠내려가는 것을 방지하기 위하여 해저면에 고정까지 되어 있기 때문이다. 한번 배치되면 그 위치를 변경할 수 없음으로 인해 생기는 문제는 파랑의 방향에 따라 생산되는 전력의 크기가 변하는 것이다.

또한, 상술한 파력발전 시스템의 경우 전술한 바와 같이 그 크기가 매우 크므로 그 배치에 있어 일정한 거리를 유지해야 하는데, 인접하게 설치하는 경우 서로 인접하게 설치된 파력발전 시스템끼리 충돌하여 파손될 위험이 있기 때문이다. 이러한 문제로 인해 단위면적에 설치할 수 있는 부력체의 수 즉, 파력발전 시스템의 발전용량이 일정하게 제한될 수 밖에 없는 문제점도 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 파도의 방향이 변하는 경우에도 전력발전 효율이 떨어지지 않고, 충돌에 의한 파손을 막을 수 있어 단위 면적에 설치할 수 있는 부력체의 수를 최대화 하여 파력발전 시스템의 용량을 극대화할 수 있는 파력발전 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 과제의 해결 수단으로서 본 발명은,

그 각각은 일방향으로 길게 제작되며 격자형상으로 해수면 상에 배치되는 여러 개의 부력체와,

상기 격자형상으로 배치되는 부력체의 인접하는 단부들을 서로 연결하되, 그 연결되는 부분에서 상기 부력체들의 상대회전운동을 허용하는 커플러와,

상기 부력체의 내부 또는 외부에 마련되며, 상기 해수면의 상하 또는 좌우방향의 운동에 의한 상기 부력체의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 에너지 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자형 파력발전 시스템을 제공한다.

본 발명에 의하면 부력체가 그리드 형상으로 배치되어 있어서, 파랑의 방향에 무관하게 일정한 전력을 생산할 수 있는 장점이 있고, 단위면적당 최대한의 부력체를 배치할 수 있너서 전력생산량을 극대화활 수 있는 격자형 파력발전 시스템 을 제공할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 격자형 파력발전 시스템의 부력체 배치를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 격자형 파력발전 시스템에서 부력체의 배치를 일부 변형한 도면이다.

본 실시예에 따른 격자형 파력발전 시스템은 부력체(10), 커플러(20) 및 에너지 전환수단으로 구성된다.

상기 부력체(10)는 해수면 상에 배치되어 물에 뜰 수 있도록 부력을 가진 구성으로서, 그 각각은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 일방향으로 길게 제작된다. 상기 부력체(10)의 단면은 원형이나 타원형으로 제작될 수 있으며, 여러 개의 부력체(10)는 전체적으로 보아 격자형상으로 배치된다.

상기 커플러(20)는 격자형상으로 배치되는 부력체들의 인접하는 단부들을 서로 연결하는 구성이다. 상기 커플러(20)에는 힌지부(21)가 마련되어 인접하는 부력체(10)들의 단부가 상대회전할 수 있도록 구성되어 있다.

상기 부력체(10)는 도 4에 도시된 바와 같이 배치될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 배치될 수도 있는데, 도 4에 도시된 바와 같은 배치는 상기 커플러(20)가 격자의 꼭지점에 해당하는 부분에만 마련되는 것이고, 도 5에 도시된 바와 같은 배치는 커플러(20)가 격자의 꼭지점에 해당하는 부분 뿐만 아니라 꼭지점 에 해당하는 커플러(20)들 사이에 배치되는 부력체(10)사이에도 배치되는데 차이가 있다. 상기 힌지(21)의 구성은 이미 공지된 구성을 활용할 수 있으므로 도면상에 상세하게 도시하지 않았으며, 커플러(20) 역시 마찬가지 이유로 그 위치표시정도만 도시하였다.

상기 에너지 변환수단은 상기 부력체(10)가 파랑에 의해 좌우 또는 상하로 운동하면서 생기는 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 수단으로서, 상기 부력체(10)의 내부에 마련될 수도 있고 내부에 마련될 수도 있으며 그 위치나 형태 등에 구애되지 않고 파랑의 운동에너지에 의해 발생하는 부력체(10)의 운동에너지를 전기에너지로 바꿀 수 있으면 족하다. 상기 에너지 변환수단은, 도 1에 도시되나 파력발전 시스템과 같이 상기 커플러(20)가 있는 위치에서 부력체(10)의 외부에 마련될 수도 있고, Palemis P-750 wave energy converter처럼 부력체(10)의 내부에 마련될 수도 있다. 이처럼 상기 에너지 변환수단은 그 형태나 그 설치위치 등에서 다양한 구성이 가능하므로 도면상에 표시하지 않았다.

이와 같이 부력체들을 전체적으로 보아 격자형상으로 구성하는 경우 파도(파랑)의 방향이 변하는 경우에도 부력체들의 배치방향을 옮길 필요가 없는 장점이 있다. 파도가 방향이 변하더라도 그 변한 방향에서 최대한의 전력생산 효율을 발생할 수 있도록 배치되는 것이기 때문이다.

또한, 부력체들이 서로 연결되어 있어서 부력체들 사이의 간섭이나 충돌이 발생할 가능성이 없어지므로 종래와 같이 일렬로 배치된 파력발전 시스템에 비하여 단위면적당 배치되는 부력체수를 최대한으로 할 수 있어서 발전효율을 증가시킬 수 있는 장점도 발생한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 제시하였다. 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상 안에서 다양한 형태의 격자형 파력발전 시스템의 구현이 가능하다.

도 1은 종래의 파력발전 시스템에 한 예를 개략적으로 도시한 모식도

도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 파력 발전 시스템의 부력체가 파도에 의해 운동하는 형태를 도시한 도면.

도 3은 도 1에 도시된 파력발전 시스템의 에너지 전환수단을 개략적으로 도시한 모식도.

도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 격자형 파력발전 시스템의 부력체 배치를 설명하기 위한 도면.

도 5는 도 4에 도시된 격자형 파력발전 시스템에서 부력체의 배치를 일부 변형한 도면.

** 도면의 주요부분에 대한 기호의 설명 **

10 : 부력체 20 : 커플러

Claims (1)

1. 그 각각은 일방향으로 길게 제작되며 전체적으로 격자형상으로 해수면 상에 배치되는 여러 개의 부력체와,

   상기 격자형상으로 배치되는 부력체의 인접하는 단부들을 서로 연결하되, 그 연결되는 부분에서 상기 부력체들의 상대회전운동을 허용하는 커플러와,

   상기 부력체의 내부 또는 외부에 마련되며, 상기 해수면의 상하 또는 좌우방향의 운동에 의한 상기 부력체의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 에너지 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 격자형 파력발전 시스템.

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