KR20120011150A - 부유식 발전장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 부유식 발전장치가 개시된다.　 본 발명의 일 측면에 따른 부유식 발전장치는 부유체와, 부유체의 내측에 상하로 관통하여 형성되는 문풀(moonpool)과, 부유체의 하부에 설치되어 문풀로 유입되는 유체의 유동을 안내하는 가이드부와, 문풀에 설치되어 유체의 유동에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함한다.

Description

부유식 발전장치 {FLOATING GENERATOR}
본 발명은 부유식 발전장치에 관한 것이다.
일반적인 전기를 발생시키는 발전방법으로는 화력발전, 원자력발전 등을 들 수 있는데, 이러한 발전방법들은 대규모의 발전설비가 필요하다. 특히 화력발전의 경우 발전설비를 가동시키기 위해 엄청난 양의 석유 또는 석탄에너지가 필수적으로 공급되어야 하므로 석유, 석탄자원이 고갈되고 있는 현 시점에서는 많은 어려움이 예견되고 공해 또한 큰 문제가 되고 있다. 원자력발전의 경우에는 방사능 유출과 핵폐기물 처리가 심각한 문제점을 안고 있다.
이와 같이, 최근에는 화석연료의 고갈과 환경오염의 문제점이 부각되면서 자연에너지를 직접적으로 이용하여 전기를 발생시킬 수 있으며, 대규모의 발전설비의 설치가 필요없는 대체에너지의 개발이 요구되고 있다.
이러한 대체에너지를 이용한 발전장치로는 수력, 풍력, 태양열, 조력, 파력 등이 있다.　 전술된 대체에너지를 이용한 발전장치는 무한한 자원을 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 발전가능한 지역이 제한되고, 전기를 지속적으로 생산할 수 없었다.　 또한, 이러한 대체에너지를 이용한 발전장치는 에너지 변환 효율이 낮고, 이로 인해 화석연료나 원자력을 이용하는 발전장치에 비해 생산단가가 지나치게 높아 발전 실효성이 낮다.
본 실시예는 조류 또는 파도 등에 의해 부유체에 형성된 문풀로 유입되는 유체의 유동을 증가시켜 전기를 발생시킬 수 있고, 전기의 발생이 지속적으로 이루어지도록 한 부유식 발전장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 부유식 발전장치는 부유체와, 부유체의 내측에 상하로 관통하여 형성되는 문풀(moonpool)과, 부유체의 하부에 설치되어 문풀로 유입되는 유체의 유동을 안내하는 가이드부와, 문풀에 설치되어 유체의 유동에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함한다.
발전부는 유체의 유동에 의해 회전하며 전기를 생산하는 발전터빈을 포함할 수 있다.
발전부는 유체의 높이 변화에 의해 승강하며 전기를 생산하는 부이식 발전기를 포함할 수 있다.
문풀의 후측으로 넘쳐 흐르는 유체의 유입을 허용하도록 설치된 월류차단부와, 월류차단부 내에 설치되며 유입된 유체가 배수되며 전기를 생산하는 발전터빈을 포함할 수 있다.
문풀의 후측에 일단이 회전 가능하게 설치되며, 문풀의 내측으로 연장된 플랩을 포함하며, 문풀로 유입된 유체의 상하 이동에 의해 플랩을 회전시켜 전기를 생산하는 플랩 발전기를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 부유체의 하부에 설치된 가이드부를 통과하는 과정에서 문풀로 유입되는 유체의 유동을 증가시킬 수 있으며, 이와 같이 증가된 유체의 유동을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치를 도시한 계략도.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치의 문풀에 형성되는 유체의 유동을 도시한 간략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치의 문풀에 발생되는 유동의 크기를 도시한 그래프.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치의 측면을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
이하, 본 발명에 따른 부유식 발전장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치를 도시한 계략도이고,
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치의 문풀에 형성되는 유체의 유동을 도시한 간략도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 부유식 발전장치(10)는 해양에서 발생하는 조류와 파도를 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다.
이를 위해 부유식 발전장치(10)는 해양에 뜰 수 있도록 이루어진 부유체(12)를 포함할 수 있다.　 일례로, 부유체(12)는 바지선(barge ship)으로 이루어질 수 있으며, 바지선의 선수는 계류삭(4)에 의해 해양에 계류상태로 유지되는 부이(2) 등에 연결될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 부유체(12)의 내측에는 상하로 관통되는 문풀(moonpool)(14)이 형성될 수 있다.
한편, 해양은 표층수의 파도가 비교적 잔잔한 상태에서도 표층수 하부에는 조류 등에 의한 유동이 발생한다.　 이러한 유동에 의해 부유체(12)가 상, 하로 이동할 수 있으며, 이에 따라 부유체(12)의 문풀(14)에는 내부로 유입된 유체, 일례로 해수의 유동이 증가하게 된다.
부유체(12)는 도 2와 같이 이동시 발생하는 선속에 의한 팁 볼텍스(tip vortex)와 파도에 의한 선체의 운동이 발생할 수 있으며, 이때 발생하는 기진력에 의해 문풀(14) 내부의 물은 문풀(14)이 가진 고유진동수에 의하여 내부로 유입된 해수의 유동을 증폭시킬 수 있다.　 여기서 부유체(12)의 고유진동수는 횡방향의 슬로싱 모드(sloshing mode)와 수직방향의 펌핑 모드(pumping mode)에 영향을 받을 수 있다.
이와 같이 부유체(12)에는 문풀(14)로 유입된 해수의 유동이 증폭되면, 해수가 문풀(14) 내부에서 치솟는 스플래쉬(splash) 현상이 발생할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치(10)의 문풀(14)에 발생되는 유동의 크기를 도시한 그래프이다.　 도 4를 참고하면, 입사파에 대한 문풀(14) 내부의 유동의 비가 1.6 내지 3.5배로 크게 증가함을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 부유식 발전장치(10)의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 실시예의 부유체(12)는 선수측의 하부에 유체의 유동을 안내하는 가이드부(16)가 설치될 수 있다.　 일례로, 가이드부(16)는 가이드 베인(guide vane)의 형태로 형성될 수 있으며, 파도와 조류의 복합적인 효과를 이용하여 문풀(14) 내로 유입되는 해수의 유동을 극대화시킬 수 있다.
일례로, 부유체(12)의 선수측 하부로 유입되는 해수가 약 2노트 상당일 경우, 이 해수는 가이드부(16)를 통과하는 과정에서 증속되어 약 12노트 상당으로 빨라지게 된다.
이와 같이, 해수의 속도가 빨라지게 되면, 문풀(14)의 끝단에서 보오텍스(vortex)를 크게 발생시킬 수 있다.
또한, 문풀(14)에는 보오텍스가 크게 발생한 해수를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전부가 설치될 수 있다.
본 실시예에서, 발전부는 유체의 유동에 의해 회전하며 전기를 생산하는 발전터빈(20)을 포함할 수 있다.
이러한 발전터빈(20)은 유체가 유입되는 방향과 대면하는 방향으로 회전축이 설치되어 있으며, 이에 따라 유체에 의한 회전력을 증가시켜 전기의 생산 효율을 증가시킬 수 있다.
발전터빈(20)은 복수개로 설치될 수 있으며, 일례로 문풀(14)로 유입된 해수의 유동이 크게 증가하는 선미측으로 치우져 설치될 수 있다.　 또한, 발전터빈(20)은 문풀(14) 내에서 해수에 완전히 잠긴 상태로 설치될 수 있다.
이러한 발전터빈(20)은 문풀(14) 내부로 증폭된 해수가 유동하는 방향을 향하여 설치될 수 있다.
문풀(14) 내부에서 해수는 수평, 수직 또는 이들이 조합된 다양한 방향으로 유동하게 되며, 본 실시예에서는 수평으로 이동하는 해수의 유동을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다. 일례로, 문풀(14)에는 선수에서 선미 방향으로 수평하게 유체가 유동할 수 있으며, 발전터빈(20)을 선수에서 선미 방향으로 수평하게 설치하여 해수와 접촉시킬 수 있다. 따라서, 발전터빈(20)은 해수의 접촉에 의해 발전터빈(20)의 회전축이 회전하며 전기를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서 발전터빈(20)은 문풀(14)의 일측에 설치된 지지부재에 의해 고정될 수 있으며, 체인 등에 의해 문풀(14)의 내부에서 일정한 위치에 계류될 수 있다.
본 실시예에서 발전부는 문풀(14)로 유입되는 해수에 의해 전기를 생산하는 발전터빈(20)을 포함한 것으로 설명하고 있으나, 본 실시예에 의해 발전부는 한정되지 않으며, 증폭된 해수의 유동을 이용하는 다양한 방식으로 변형될 수 있다.
일례로, 발전부는 발전터빈(20) 외에도 전기를 생산하기 위한 다양한 공지의 기술이 적용될 수 있으며, 생산된 전기를 선체내로 전달하기 위한 배선 등을 포함할 수 있다. 또한, 충전부는 발전부의 내부에 충전부를 마련하여 선체와는 전기적으로 연결되지 않도록 이루어지는 것도 가능하다.
또한, 발전부는 발전터빈(20)이 문풀(14) 내부에 계류되어 전기를 생산할 경우, 발전터빈(20)이 문풀(14)내의 해수 유동이 가장 큰 방향을 향하도록 배치될 수 있으며, 이를 위해 발전터빈(20)의 외측에 방향을 제어하기 위한 핀부재가 더 설치되는 것도 가능하다.
일례로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치(110)의 측면을 개략적으로 도시한 도면인 도 6을 참고하면, 부유체(112)의 내측에는 상하로 관통되는 문풀(114)이 형성될 수 있다.
또한, 부유체(112)의 선수측 하부에는 가이드부(116)가 설치되며, 이 가이드부(116)에 의해 문풀(114)로 유입되는 해수의 유동이 증폭될 수 있다.
이와 같이, 가이드부(116)에 의해 유동이 증폭된 해수는 문풀(114)의 선미측 면을 따라 높게 상승할 수 있다.
한편, 문풀(114)의 선미측에는 문풀(114)로 유입된 해수가 후측으로 넘쳐 흐르는 것을 허용하는 월류차단부(120)가 설치될 수 있다.
월류차단부(120)는 문풀(114)의 선미측에서 해수의 높이보다 높게 설치된 월류차단벽(122)을 포함하며, 이 월류차단벽(122)에 의해 낮은 높이의 해수가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 문풀(114)로 유입된 해수의 유동이 증가하게 되면, 해수가 월류차단벽(122)을 넘어 월류차단부(120) 내부의 공간으로 유입될 수 있다.
월류차단부(120)의 내측에는 월류차단벽(122)을 넘어 유입된 해수가 배수되는 배수구(124)가 마련되며, 이 배수구(124)에는 배수되는 해수를 이용하여 전기를 생산하는 발전터빈(126)이 설치될 수 있다.
본 실시예에서 배수구(124) 및 발전터빈(126)은 부유체(112)의 선저에 형성됨에 따라 최대의 수두(hydrostatic pressure)의 이득을 볼 수 있고, 파도 등에 의한 외부 영향을 덜 받게 되어 안정적인 운용이 가능하다.
본 실시예에서 배수구(124) 및 발전터빈(126)은 부유체(112)의 선저에 형성된 것으로 설명되고 있으나, 배수구(124)의 위치는 이에 한정되지 않으며 부유체(112)의 선저 내지 흘수선 사이에 형성될 수 있으며, 배수구(124)가 문풀(114)로 연통되도록 형성되는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치(210)의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에서 부유식 발전장치(210)는 부유체(212)의 내측에 상하로 관통되는 문풀(214)이 형성될 수 있다.
또한, 부유체(212)의 선수측 하부에 가이드부(216)가 설치되며, 이 가이드부(216)에 의해 문풀(214)로 유입되는 해수의 유동이 증폭될 수 있다.
또한, 문풀(214)에는 가이드부(216)에 의해 유동이 증폭된 해수를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전부가 설치될 수 있다.
한편, 발전부는 문풀(214) 내에 설치되는 부이식 발전기(220)를 포함할 수 있다.
부이식 발전기(220)는 유체의 높이 변화에 의해 상대운동하며 전기를 생산하는 발전기이다. 이러한 부이식 발전기(220)는 문풀(214) 내부로 유입된 유체의 유동이 증가함에 따라 부이식 발전기(220)의 상대운동이 증가하며, 이에 따라 발전효율을 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 부유식 발전장치(310)의 측면을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 실시예에서 부유식 발전장치(310)는 부유체(312)의 내측에 상하로 관통되는 문풀(314)이 형성될 수 있다.
또한, 부유체(312)의 선수측 하부에 가이드부(316)가 설치되며, 이 가이드부(316)에 의해 문풀(314)로 유입되는 해수의 유동이 증폭될 수 있다.
이와 같이, 가이드부(316)에 의해 유동이 증폭된 해수는 문풀(314)의 선미측 면을 따라 높게 상승할 수 있다.
한편, 문풀(314)의 선미측 선체에는 유동이 증폭된 해수를 이용하여 전기를 발생시키기 위한 발전부로서 플랩 발전기(320)가 설치될 수 있다.
이 플랩 발전기(320)는 문풀(314)의 선미측 선체에서 일단이 회전 가능하게 설치되며, 타단은 문풀(314)측으로 연장 형성된다.　
플랩(322)은 두께가 얇은 판부재로 이루어질 수 있으며, 플랩(322)의 상, 하부면이 문풀(314)의 선미측 면을 따라 상승하는 해수와 접촉하며 일단을 축으로 회전하도록 이루어질 수 있다.
플랩 발전기(320)는 이와 같이 플랩(322)이 해수에 의해 회전하는 운동을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예의 부유식 발전장치(10,110,210,310)는 유체의 유입방향과 대면하는 방향으로 설치되어 문풀(14) 내의 증폭된 유체 유동에 의해 발전하는 발전터빈(20), 문풀(114)의 월류차단벽(122)을 넘쳐 흐른 해수를 배수하며 발전하는 발전터빈(126), 문풀(214) 내의 해수의 높이 차이를 이용하는 부이식 발전기(220) 또는 문풀(314)의 선미측 선체에 설치되어 선체면을 따라 상승하는 해수에 의해 일단을 축으로 회전하며 전기를 발생하는 플랩 발전기(320) 중 어느 하나를 포함하는 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 방식의 발전부를 복합적으로 설치할 수 있다.
일례로, 본 실시예의 부유식 발전장치는 문풀의 내부에 해수의 유동과 대면하게 발전터빈을 설치하고, 문풀의 선미측에 월류차단부를 마련하여 월류차단벽을 넘쳐 흐른 해수를 배수시키며 발전하는 발전터빈을 더 설치하는 것도 가능하다.
또한, 본 실시예의 부유식 발전장치는 전술된 발전터빈들과 함께 문풀의 내부에 부이식 발전기를 더 설치하거나, 문풀의 선미측 선체에 플랩 발전기를 더 설치할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
2 : 부이 4 : 계류삭
10 : 부유식 발전장치 12 : 부유체
14 : 문풀 16 : 가이드부
20 : 발전터빈(20)

Claims (7)

  1. 부유체와,
    상기 부유체의 내측에 상하로 관통하여 형성되는 문풀(moonpool)과,
    상기 부유체의 하부에 설치되어 상기 문풀로 유입되는 유체의 유동을 안내하는 가이드부와,
    상기 문풀에 설치되어 유체의 유동에 의해 전기를 생산하는 발전부를 포함하는 부유식 발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 발전부는 유체의 유동에 의해 회전하며 전기를 생산하는 발전터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발전부는 유체의 높이 변화에 의해 승강하며 전기를 생산하는 부이식 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 문풀의 후측으로 넘쳐 흐르는 유체의 유입을 허용하도록 설치된 월류차단부와,
    상기 월류차단부 내에 설치되며 유입된 상기 유체가 배수되며 전기를 생산하는 발전터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 문풀의 후측으로 넘쳐 흐르는 유체의 유입을 허용하도록 설치된 월류차단부와,
    상기 월류차단부 내에 설치되며 유입된 상기 유체가 배수되며 전기를 생산하는 발전터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 문풀의 후측에 일단이 회전 가능하게 설치되며, 상기 문풀의 내측으로 연장된 플랩을 포함하며,
    상기 문풀로 유입된 유체의 상하 이동에 의해 상기 플랩을 회전시켜 전기를 생산하는 플랩 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 문풀의 후측에 일단이 회전 가능하게 설치되며, 상기 문풀의 내측으로 연장된 플랩을 포함하며,
    상기 문풀로 유입된 유체의 상하 이동에 의해 상기 플랩을 회전시켜 전기를 생산하는 플랩 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식 발전장치.
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